水泥工业用耐火材料技术Word格式文档下载.doc

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20世纪90年代以来，一些大型化生产线相继在国内建成投产。

如山东大宇7200t／d熟料生产线及华新5000t／d、京阳5500t／d生产线。

这些生产线以其生产稳定、产品质量好、运行成本低，在国际、国内的产品市场占有了一定的份额，并显示出强劲的市场竞争力。

这些生产线的投产和稳定运行，标志着我国水泥装备现代化、大型化技术已成熟。

1．1．1原料均化技术新型干法水泥生产产品质量得以保证的关键是原料均?

1．1．1原料均化技术新型干法水泥生产产品质量得以保证的关键是原料均化技术的应用。

已投入应用的技术装备如下：

（1）矿山设计采用矿化模型系统（CQMS）。

以此制定的搭配开采方案保证了所开采的矿石中的主要成分的稳定性，同时也为低品位矿石的有效利用创造了条件。

（2）原料预均化技术已在我国得到广泛应用，其工艺与设备13益发展和完善；

预均化效果不断提高；

堆、取料各个环节实现了自动控制；

减小了原料的短期和长期波动；

堆场占地面积逐渐减小；

节约了大量天然资源和能源等。

开发出的圆形、长形原料预均化堆场，可根据建设条件灵活运用，设置具有良好均化效果的原燃料预均化堆场。

国内已具备提供满足不同生产规模的预均化堆场技术装备的条件（圆形堆场直径可达1lOm；

矩形堆场跨度．2．

达50m，可满足2000～10000t／d级规模生产线的需要）。

（3）配置计量精确的块状和粉状物料计量装置，并通过质量控制系统及时调整各种原料的喂料比例，确保出磨生料和水泥的合格率。

（4）生料均化技术由间歇式空气搅拌库逐步发展到投资省、操作简单、电耗低的连续式均化库。

采用高均化效果、低耗电和高卸空率的生料均化库（H值达8以上，电耗约0．25kW-h／t，卸空率大于98％），确保人窑生料的合格率。

1．1．2预分解窑节能煅烧工艺和技术装备

（1）成功研发出具有自主知识产权的新型高效、低阻、低NO。

的预分解系统，主要技术指标达到国际先进水平，全面提升了中国新型干法水泥熟料烧成系统的国产化、大型化技术水平。

通过系统实验研究，开发了系统压损在4000～4800Pa的高效、低压损的五级旋风预热器系统。

目前已投人生产运行的有2000t／d、2500t／d的单系列和2500t／d、3200t／d、5000t／d的双系列。

同时，预热器内筒、锁风阀、耐火衬料等的改进确保了熟料煅烧系统的可靠性和热耗的降低。

（2）通过对各种燃煤（包括无烟煤、低热值煤和含高硫煤等）的燃烧特性及在窑炉工况条件下的燃烧机理研究和工业实验，开发出实用可靠的适合于燃料特性的煅烧技术和装备，为资源的综合利用和降低运行成本创造了条件。

该项技术目前已得到推广。

（3）为满足不同规模生产线建设的需要，开发设计了回转窑系列产品，包括二支承和三支承的回转窑，其中三支承窑的最大规格为4,5．0mX74m，可满足5000～6000t／d规模生产线的需要。

（4）在吸收国外先进技术的基础上，中国已自行开发出了第三代控制流篦式冷却机。

采用空气梁供风、高阻力篦床、入料均匀分配、厚料层、脉冲分风及合理的配风等新技术，已广泛地用在13产700～5000t／d熟料生产线上。

解决了厚层篦式冷却机冷风不易均匀透过料层的技术难点，冷风和高温熟料进行激烈的换·

2·

热：

一方面有利于熟料快速冷却；

另一方面提高了二次、三次风温度，篦式冷却机的热效率已提高至74％以上，且运转率大幅度提高。

开发并推广了第三代TC系列空气梁熟料篦式冷却机。

该技术使熟料冷却风量下降至1．6～1．8m3／kg熟料，热回收效率提高到74％以上，设备可靠性确保了烧成系统的运转率在90％以上。

（5）开发了可适应不同性能材料（包括无烟煤）燃烧的燃烧器系列，一次风量降至10％以下，具有对燃料适应能力强、调节灵活、有利于保护窑皮及延长衬料使用周期等显著优点。

燃烧器的发展趋势是紧跟当今世界工业发展的两大主题——节能和环保，主要体现在：

一次风量小，可烧劣质燃料，耐磨损、耐变形，低NO。

排放。

国内已开发应用了三风道、四风道的多通道煤粉燃烧器，以及燃烧两种以上燃料的五风道的多通道燃烧器。

（6）不带补燃炉的纯低温余热发电技术已取得突破，并已在多家水泥厂应用。

水泥窑纯低温余热发电，完全利用水泥熟料生产过程中产生的废气余热作为热源，整个热力系统不燃烧任何一次能源，可有效地减少水泥生产过程中的能源消耗，具有显著的节能效果。

同时，废气通过余热锅炉降低了排放的温度，还可有效地减轻水泥生产对环境的热污染，具有显著的环保效果。

1．1．3节能粉碎粉磨技术与装备

（1）粉碎技术与装备。

原料的单段破碎工艺具有破碎比大、物料不易堵塞、维修方便、电耗低、工艺流程简单等优点。

经过多年的努力，目前已开发出台时产量从80～1800t／d的不同形式的石灰石单段破碎机，并已投入运行。

适合于黏性物料破碎的齿辊式破碎机的最大产量已达350～400t／d；

破碎高磨蚀性和难破碎性物料的破碎工艺和技术装备也已成熟，可满足工程建设需要。

（2）原料烘干粉磨系统。

根据原料的易磨性、磨蚀性和烘干的不同要求，分别开发了管磨、辊磨系统。

1）带组合式高效选粉机的钢球墨系统（管磨系统）对原料的易磨性和磨蚀性的适应性较广，运行可靠。

新近开发的TLS型组·

d．

合式高效选粉机因其分离效率高、产品细度调节灵活、结构紧凑等优势，使系统产量提高，电耗降低，同时简化了流程，降低了基建投资。

新近开发的管磨机采用了双滑履支撑，配用了先进的边缘滑动装置。

其规格已能满足3000t／d和5000t／d级生产线的要求。

2）辊式磨系统。

在原料适合的前提下，与管磨机相比，辊式磨具有流程简单、节电和烘干能力强等优点。

近年来，随着材料工业和机械加工工业的发展，科研设计和装备制造单位在消化吸收国际先进技术的基础上开发出国产化的新一代辊式磨（改善磨辊结构，加快磨盘转速，采用先进可靠的液压装置，提高磨辊压力，配置高效选粉机，采用外循环设计），使磨机的可靠性和易损件使用寿命得以保证（在正常原料条件下辊套和衬板的寿命可达一年半以上），节电效果进一步提高。

生料制备已由过去球磨机为主逐步发展为高效率的立式磨为主，生料制备电耗明显降低。

目前，国内已具备提供满足5000t／d级以下规模水泥生产线的生料和煤粉制备用的辊式磨系列产品的条件（对于5000t／d级的原料磨需引进部分关键部件）。

（3）水泥粉磨系统：

1）管磨闭路系统。

由高效笼型选粉机、高效布袋收尘器和管磨机组成的水泥粉磨系统，被认为是高新技术对传统流程进行改造的最好实例之一。

系统按生产ISO标准水泥产品的要求进行配置，管磨机采用了双滑履支撑，并配用了先进的边缘转动装置；

第三代笼型高效选粉机的选粉效率在80％以上；

高效布袋收尘器确保在进口含尘达8009／m3的条件下净化气体含尘小于50mg／m3。

系统在运转可靠的前提下，实现了高产低耗。

目前已投入运行的系统能力为40～lOOt／h（以P042．5计）。

2）辊压机系统。

辊压机作为预粉磨或半终粉磨过程的主机装备，其技术可靠性和节电优势已为广大用户所认知和接受。

与管磨系统相比其粉磨电耗可降低25％。

近年来，国产辊压机解决了机体振动、辊磨面损大、寿命．5·

短、自控不协调、液压系统调节不灵活等技术问题，并已形成系列，最大规模能满足半终粉磨系统160t／h产量的配套要求。

随着挤压粉磨系统工艺与设备的不断完善、不断大型化，已经形成以辊压机为中心、各种新型设备组合成为优势互补的多种粉磨新工艺，如预粉磨系统、混合粉磨系统、联合粉磨系统、半终粉磨系统等。

其技术水平达到了20世纪90年代末期的国际先进水平。

挤压粉磨系统已成为水泥粉磨的首选方案，在全国普遍推广应用，最大规格已能满足与5000t／d熟料新型干法水泥生产线配套。

3）钢球磨机大型化及其匹配设备的优化改进和提高，不仅提高了单机生产能力，满足了水泥生产线单线规模不断扩大的需求，而且有效提高了粉磨效率。

4）在球磨机开流粉磨水泥的系统中，采用微型研磨体的高细高产磨得到广泛推广。

高细高产磨技术在磨机仓位设计、磨内筛分、研磨体配比等方面已形成了自己的特色，开辟了广泛的应用市场。

在水泥、超细矿渣、超细粉煤灰等生产中，这种开流粉磨系统已经可以达到或接近闭路系统的效果，而投资和运行成本则可以大幅度降低。

5）采用新型耐磨材料，改善磨机部件材质，不断提高磨机综合效率和使用寿命。

1．1．4自动控制技术新型干法水泥生产工艺线整个流程有近1000台电动机和阀门，数百台机械设备以及上千个开关量，数百个模拟量测点和数十个调节回路。

为保证稳定运行和优良的产品质量，需要通过自动控制来完成。

近年来，我国广泛采用国际上先进的计算机控制技术、通信技术和图形显示技术，采用分散控制、集中管理的集散型控制系统（DOS），并开发运用了工厂生产管理信息系统（PMIS），实现了系统的可靠、安全和实用的目标。

6-

1．1．5环境保护新型干法水泥生产过程作为几乎无污染和生态友好的实践，近年来受到了社会的普遍关注。

作为传统水泥生产的主要污染源（粉尘、废水和废气）已得到系统的治理：

粉尘排放远低于国家标准允许的排放限度；

废水实现了零排放；

有害气体（NO；

）的排放也得到了有效的控制。

水泥工作者们经过长期不懈努力，研制出的环境保护工艺与设备已完全能够满足粉尘以及SO：

、NO。

达标排放。

如：

北京水泥厂的2000t,／d熟料新型干法水泥生产线，被国家环保总局确定为“环保教育基地”，国外一家杂志社载文称之为“生态友好型水泥厂”。

都江堰拉法基水泥厂的4000t／d熟料新型干法水泥生产线，全厂85个粉尘排放点粉尘排放浓度全部低于20mg／m3，达到了欧洲标准。

新型干法水泥生产在最大限度利用工业废渣作为原燃料的同时，在利用工业和生活垃圾等方面具有极大的发展前景。

回转窑焚烧可燃废弃物和有毒有害物、工业及生活污泥的研究已取得很大进展，其技术已在几家水泥厂应用，北京水泥厂的焚烧有毒有害废弃物示范工程已经完成。

1．1．62500t／d和5000t／d级生产线2500t／d和5000t／d级生产线技术装备基本配置见表1—1。

表1-12500t／d和5000t／d级生产线技术装备基本配置┏━━┳━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━┓┃┃┃┃2500t／d生产线┃5000t／'

d生产线┃┃序┃车间┃主机┃┃┃┃┃┃┣━━━━━━━━┳━━━━━┳━━╋━━━━━━━━┳━━━━━┳━━┫┃┃┃┃┃能力┃数┃┃能力┃数┃┃号┃名称┃名称┃性能指标┃┃┃性能指标┃┃┃┃┃┃┃┃／t．h一1┃量┃┃／t-h一1┃量┃┣━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━╋━━━━━━━━╋━━━━━╋━━┫┃┃石灰┃┃进料量：

<

1．5m3┃┃┃进料量：

1．5m3┃┃┃┃1┃石破┃锤式┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃破碎机┃出料粒度：

10％┃500┃1┃出料粒度：

10％┃700┃1┃┃┃碎┃┃廊0mm┃┃┃R70mm┃┃┃┗━━┻━━━┻━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━┻━━┻━━━━━━━━┻━━━━━┻━━┛·

7·

续表1—1┏━━┳━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓┃┃┃┃2500t／d生产线┃5000t／d生产线┃┃┃┃┣━━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━╋━━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━┫┃序┃车间┃主机┃┃能力┃数┃┃能力┃数┃┃号┃名称┃名称┃性能指标┃┃┃性能指标┃┃┃┃┃┃┃┃／t·

h一1┃量┃┃／t．h一1┃量┃┣━━╋━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━┫┃┃窑尾┃┃┃┃┃┃┃┃┃9┃废气┃电收尘┃380000m3／h┃┃1┃620000m3／h┃┃1┃┃┃处理┃┃┃┃┃┃┃┃┣━━╋━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━┫┃┃┃辊压机┃辊压机TRPl40／100┃┃1┃辊压机TRPl40／100┃┃2┃┃┃水泥┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┣━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━┫┃10┃┃┃管磨：

钟．2m×

lOm┃┃┃管磨：

4,4．2m×

lOm┃┃┃┃┃粉磨┃水泥磨┃┃120┃1┃┃120┃2┃┃┃┃┃比表面积：

340m2／kg┃┃┃比表面积：

340m2／kg┃┃┃┗━━┻━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━┻━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━┻━━┛1．2新型干法水泥生产技术的发展方向“十一五”规划明确提出：

全面落实科学发展观，建设资源节约型、环境友好型社会；

大力发展循环经济，加强资源综合利用，全面推行清洁生产，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的节约型增长方式；

加大环境保护力度，降低污染物排放，切实保护好自然生态。

为此，中央提出了“十一五”期间国内生产总值单位能耗降低20％左右，主要污染物排放总量减少10％的约束性指标。

因此，认真贯彻落实科学发展观，充分合理利用资源，最大限度地降低资源能源消耗，减少污染物排放，满足与社会协调发展的生态要求，尽快实现走新型工业化的目标，推动水泥行业实现可持续发展是摆在水泥从业者面前的重要课题和历史任务。

水泥工业是产量大、能耗高的工业。

2006年中国水泥产量为12．4亿t，约消耗能源1．5亿t（标煤），占全国能源消费总量的7％左右。

当然能耗高的原因，大量落后生产工艺的存在是关键。

中国目前还有一半左右的水泥是由国际上业已淘汰的立窑等生产的，其单位能耗比新型干法每吨水泥要高约30。

35kg（标煤）。

历史造成的结构矛盾，需要加快调整步伐。

就新型干法本身来说，我们和世界先进水平相比，单位熟料热耗高250．8kJ／kg（60kcal／kg）左右，单位水泥电耗高lOkW·

h／t左右，相当于全年·

0．

多消耗420万吨标煤和62亿度电。

这一数字也相当可观。

就技术装备的差距来说，主要体现在粉磨和烧成两大领域。

粉磨领域发展的现状和趋向是料床终粉磨代替了传统的球磨，其代表是立式辊磨，从而大幅度的节电。

目前世界上出现了不少无球磨的水泥工厂。

烧成领域发展的现状和趋向是：

以无漏料新型篦式冷却机、二档短窑、低NO。

型分解炉和6级高效预热器系统的新技术代替了原有的系统，达到了进一步大幅度节能、生产稳定可靠、提高对原燃料适应性的效果。

为此，必须加强工程技术的研究，加强工艺技术、信息化建设和重大装备的开发和创新，加速水泥生产生态化装备技术的开发，加强企业管理和人才培养，不断推行优化设计。

今后的主要研究课题如下：

（1）运用CFD高新技术（即计算流体动力学）于新型干法水泥技术研究领域中，如燃烧、分解、预热、烘干、煅烧、冷却、两相流输送、分离、分级、破碎、粉磨、选粉等。

并借此技术对新型干法水泥生产技术进行优化、创新开发以及综合性能评估、问题诊断等。

（2）加强原料均化技术的研究，进一步扩大低品位原料和工业废渣的应用。

进一步强化从原料矿山开采到原料粉磨前均化的措施和手段，减少磨后生料的均化和储存的投资。

（3）进一步提高预热预分解系统的技术性能，对于5000t／d及以上规模的烧成系统，使熟料热耗降至2926kJ／kg（700kcal／kg），并进一步降低电耗，开发高性能回转窑和新一代熟料冷却机等关键设备。

（4）加快利用新型干法窑处置城市混合型废弃物技术及装备的研究和开发。

充分发挥和扩展水泥工业对其他工业产生的废渣、废料、有毒有害废弃物以及城市生活垃圾等利用降解的环保功能，发展循环经济。

由于现代水泥工业具有独特的利废功能，可以协助全社会利用和消纳各种废料、废渣和城市生活垃圾等，促进循环经济。

1）水泥工业可以消纳的废弃物种类很多，适应范围广：

固体、液体或膏体的；

块状的或散状的，一般的、危险性的或·

】0·

有毒的废弃物等，各种废弃物都可以在水泥窑或预分解炉内燃烧殆尽；

2）按照各种废弃物的性能特点，可以分别用作水泥工业的混合材，替代原料或替代燃料，使之物尽其用；

3）水泥工业对废料的消纳量很大，因为水泥窑本身的生产量就很高；

4）在消纳回收利用废弃物的同时不会影响到水泥和混凝土的正常性能与质量，不会影响水泥生产操作的正常运行，水泥窑对各种废物有很强的适应能力；

5）因为水泥窑内温度高（1600'

：

C），热容量大，热惯性稳固持久，各种有害物质在高温区内的停留时间长（5～15s），所以均能被彻底分解烧尽，窑尾废气中不含二n恶英等，确保环境安全；

6）废料燃烧后的残渣，如果其中含有某些重金属等有害物质，这些残渣也都全部固熔在水泥熟料矿物的晶格之中，在水泥混凝土中不能再逸出或析出，不会造成二次污染，没有隐患，环保安全；

7）可以利用全国已有的600多台2000t／d以上的新型干法水泥窑，添置少量的废物预处理设施，即发挥其既生产水泥又妥善利用和消纳废物的双重功能，远比新建废物填埋场或焚烧厂更经济更安全。

发达国家利用废弃物生产生态水泥已有成熟的经验。

在日本40多家水泥企业中，50％以上处理各种废弃物。

在欧洲水泥生产者联合会所属的水泥厂中，每年焚烧100万吨有害废物。

美国的大部分水泥厂都利用废料煅烧水泥，技术成熟，应用普遍。

人们已经认识到，水泥回转窑在处理有毒危险废弃物方面比焚烧炉更有优越性，主要是利用可燃性废弃物（包括固态、液态、气态）代替部分或大部分燃煤和燃油煅烧水泥，既处理了废料，又节约了能源。

所以充分发掘和扩展水泥工业其特有的环境保护功能，真正把水泥工业建设成绿色环境保护、可持续发展的产业，发展循环经济是我国水泥工业的发展方向。

（5）加大力度进行生料辊式磨系统以及用于水泥预粉磨、终粉磨的辊压机和辊式磨系统的开发和推广应用，使水泥综合电耗降至90kW·

h／t以下（以P042．5计）。

加速超细粉磨装备技术的开发，最大限度地利用高炉炉渣、粉煤灰等工业废渣用作水泥混合材。

-1】-

（6）加强对工艺装备过程控制智能化及优化控制软件的研究开发，最大限度地提高生产线的质量和产量，降低能耗，提高设备运转率。

进一步提高网络技术在生产系统自动化的应用及优化工艺过程企业管理中的应用。

（7）研究开发效率更高的除尘装备和降低NO。

、SO：

、CO：

等有害气体的工艺措施和技术装备。

（8）加大对预热器、篦式冷却机废气余热发电技术的开发，使废热回收发电量达到35kW·

h／t熟料以上，减少CO：

排放，发展循环经济，在节能减排上做出应有的贡献。

（9）进一步做好个性化设计，力求以最低的投资、最小的资源消耗和最低的生产成本，最大限度地满足市场的需求。

（10）随着一批大型新型干法水泥生产线的建设，我们需要花大力气研究开发设备的材料和制造加工问题。

现实告诉我们，大型生产线国产化的难点还在于一些大型机械设备的制造加工和材料加工上，这是一个瓶颈，不容忽视。

开展装备专用材料的应用研究，以提高装备的性能，如高性能的耐磨金属材料、金属陶瓷材料、耐火材料和隔热材料等。

（11）针对劳动生产率不高的现状，要加大技术装备的开发和应用，如物料储存输送、水泥成品包装、袋装及散装发运等。

世界水泥技术的发展趋势是以节省资源、节约能源和环境保护为中心，进行清洁生产和高效集约化生产，加强水泥生态化技术和设备的研究、开发，逐步减少天然资源和天然能源的消耗，最大限度地减少环境污染，最大限度地接收、消纳工业废弃物和城市生活垃圾等，使水泥工业达到与环境友好、和谐、共存。

新型干法水泥生产技术代表着当今世界水泥生产的潮流，发展新型干法水泥是实现中国水泥工业现代化的必由之路。

虽然中国先进的新型干法水泥生产线与国际先进水平已经相当接近，但从整体来看，还存在较大差距。

为了使中国新型干法水泥生产工艺与设备的主要技术经济指标逐步赶上甚至超过国际先进水平，同时在环境保护和生态建设方面逐步达到国际先进水平，我们还需要不懈努力。

．12·

1．3新型干法水泥生产线工艺流程新型干法水泥生产线工艺过程与其他生产方法相比基本上是相同的。

它包括原燃料进厂、原燃料破粉碎、生料制备、熟料煅烧、水泥制成及发运等。

典型的新型干法水泥生产线工艺流程如图1-1所示。

图1-1典型的新型干法水泥生产线工艺流程·

13·

2新型干法水泥生产线的窑炉系统新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的新技术。

日本、德国等发达国家以悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产装备已达95％以上。

我国于1976年投产第一台悬浮预热器及预分解窑，发展至今已经形成了设计、制造、配套、施工的完整装备体系，基本实现了设备国产化。

2008年中国水泥产量为13．9亿吨，其中新型干法水泥约8．6亿吨，水泥综合能耗为138kg（标煤），年消耗能源1．88亿吨（标煤）。

新型干法水泥生产是公认的低能耗生产技术，比传统回转窑和立窑每吨水泥平均低约30～35kg（标煤）。

但在我国，目前国际上普遍采用的新型干法生产工艺的产量仅占62％，节能的任务繁重。

而就新干法技术装备本身来说，我国与国际最先进水平还有一定差距。

水泥熟料烧成系统是水泥生产过程的中心环节，也是大量消耗燃料的工序。

一方面，因为硅酸盐水泥主要由熟料所组成，熟料的煅烧过程直接决定水泥的产量和质量、燃料与衬料的消耗以及窑的安全运转。

另一方面，水泥工业是消耗能源较多的产业，而在水泥生产中，熟料煅烧要占全部能耗的80％左右，因此了解并研究熟料的煅烧过程是非常必要的。

新型干法水泥生产线的窑炉系统，是熟料燃烧过程发生的主要场所，研究它们的结构特点对降低能耗、提高生产效率和产品质量都有很大的意义。

图2．1为五级预热窑外分解窑窑炉系统工艺流程与技术参数示意图。