泛论水泥立窑及湿法窑的技术改造

泛论水泥立窑及湿法窑的技术改造
赵乃仁
1 前言
　　众所周知，用立窑、中空窑和湿法回转窑煅烧水泥熟料能耗较高，特别是湿法窑和中空干法回转窑，熟料烧成热耗都高达5850KJ/kg~6270KJ/kg，实物煤耗达250KJ/t~280KJ/t。即使是立窑，其热耗也达4600KJ/kg。比先进的新型干法回转窑热耗约高1250KJ/kg（37%）。此外由于立窑水泥在生产过程中存在煅烧不匀、冷却缓慢、煅烧过程不可控制以及采用复合矿化剂造成氟污染等问题，造成立窑水泥效益低下。另一方面，随着新型干法水泥生产技术的发展，我国在采用新型干法技术煅烧水泥熟料方面已有相当成熟的经验，目前已完全可以依靠自已的力量对立窑和湿法回转窑进行节能技术改造。
　　当前我国水泥市场已由买方市场转变为卖方市场，用户对水泥质量要求越来越高，这就迫使水泥企业越来越重视采用先进的生产工艺以提高水泥质量、降低消耗和生产成本，提高经济效益，增强市场竞争力。因此，我们有理由认为，采用新型干法技术对水泥立窑和湿法窑进行节能技术改造的条件和时机已相当成熟料。本文结合我国实际情况，就水泥机立窑和湿法回转窑改造成新型干法窑的技术途径谈一点看法。
2 立窑的技改
　　由于立窑水泥质量较差，因此在当前水泥市场不景气的情况下，其销售遇到相当大的困难，目前已有相当一部分立窑水泥厂处于停产或半停产状。有人认为我国是发展中国家，立窑水泥在今后相当长一段时间内仍会存在，但必须看到我国水泥市场从供不应求发展到供过于求时间在今后相当长一段时间内仍会存在，但必须看到我国水泥市场从供过于求时间并不长，同时由于供求关系的改变以及用户对水泥质量要求的提高，加上国家有关新的水泥检验标准的采用和提高混凝土标号的标准，立窑水泥的生存空间将越来越小，有可能被迫淘汰。但我们应同时看到，我国立窑水泥企业已发展成一支庞大的队伍，如果简单地将其淘汰，会带来诸如设备浪费、工人失业等众多社会问题，应在充分利用原有设施及劳动力的基础上，将立窑水泥企业逐步改造成现代化的水泥企业。近年来，广东、山东、江苏等地的一些立窑水泥企业已采用变更窑型的根本方法来进行技改，即在厂内增加了新型干法生产线，将回转窑熟料掺入立窑熟料中共同粉磨，以此来改善水泥的质量和性能。但在立窑水泥企业增加整条新型干法生产线问题较多。首先，新线不能放入原厂内而只有异地建设，不能充分利用原设备；其次建设整条生产线投资大，大部分企业无法承受。因此技改时应充分利用立窑水泥厂已有设备，仅新增新型干法烧成系统及煤粉制备系统，在大幅度降低投资的前提下，生产高标号水泥。这样工厂可根据市场需求，适时调整回转窑和立窑熟料的掺合比例，生产不同品种及标号的水泥。
2.1 技改方案
　　采用新型干法生产技术对立窑企业进行技术改造时，其烧成系统和煤粉制备系统可采用下述方案：
(1) 采用带分解炉的新型干法回转窑。其优点是占地少、比预热器容易达产、窑尾温度低不易堵塞。此外，采用单筒冷却机热效率高，操作维护方便，又可抽三次风供分解炉燃烧。
(2) 生产规模可考虑800t/d及500t/d。对于拥有4台立窑的水泥厂，应考虑新增一条800t/d的烧成系统，并淘汰2条立窑生产线。改造后水泥厂熟料产量可增加400t/d左右；对于拥有2台立窑的水泥厂，可考虑增加一条500t/d的熟料生产线，并淘汰一条立窑生产线，这样工厂熟料生产能力可增加约200t/d。
2.2 应用实例
　　以江苏某厂为例，该厂拥有4台机立窑，规格分别为φ2.2m×8.5m、φ2.5m×10m、φ2.84m×10m、φ3.0m×10m，年产水泥35万t。技改方案为新增一条800t/d熟料新型干法线，折除φ2.5m×10m及φ2.2m×8.5m两条机立窑生产线，保留原另外2台机立窑生产线。技改后工厂总的熟料生产能力合计为1300t/d，比原有能力提高464t/d，技改效果较好。该厂具体技改方案如下。
(1) 生料制备及储存。保留原有φ2.2m×6.5m生料磨，并将原φ2.2×6.5m水泥磨改造为生料磨，以满足回转窑生产需要。回转窑生料细度可放宽到12%~14%（0.08mm筛筛余）。原料入磨前须进行烘干、细碎以保证粉磨能力的正常发挥及生料库的正常卸料。为保证入窑生料成分的均匀，新建了4座φ8m×20m容量为1000t的生料库（总储量为4000t），采用机械倒库、库顶均匀布料，进行生料均化。
(2) 煤粉制备及烧成系统。新增φ2.2m×4.4m球磨机用于煤粉制备，产量为7.0t/h，装机容量为240kW，可满足回转窑用6t/h烟煤的需要；回转窑采用φ3.2m×40m（也可用φ3.5m×45m），四级预热器带分解炉，熟料产量为800t/d，热耗为3762kg/kg，熟料冷却机选用φ3.5m×38m单筒回转冷却机。
(3) 废气处理。窑尾主排风机选用1825DIBB24风机，功率为500kW，电除尘器用75m2高压静电除尘器。
(4) 熟料储库。为便于储存回转窑熟料并转入已有的水泥磨系统，新建4座φ8m×18m、库容为4000t的熟料库，可满足回转窑5d产量的储存需求（如原有熟料库够用，可不建）。
2.3 经济效益分析
　　尽管该厂原生产能力为35万t/a，但实际最高销量达仅27万t/a，仅为生产能力的77%。技改后，由于一台水泥磨改为生料磨，水泥产量只有22万t/a，剩余22万t/a，剩余22万t/a 熟料（其中回转窑熟料为15万t/a）用于帮助其它立窑企业改善水泥质量或提供给粉磨站。该厂技改总投资为4000万元，改造后不仅可充分发挥原设备的生产能力，每年生产22万t优质水泥，还可向其它水泥企业或粉磨站提供22.8万t优质熟料，集团经济效益和社会效益明显。
3 湿法回转窑的改造
　　湿法窑由于其投资省、管理方便，对原料适应性强，生料成分均匀，一段时间内很受一些企业青睐。但其热耗高，由于煤价过高，煤费几乎占车间成本的一半，且熟料质量也不能适应新的检验标准。随着新型干法水泥技术的发展，湿法生产线在市场中的竞争力逐渐削弱，影响了企业的发展。
　　近年来，水泥湿磨干烧技术提取了很大进展。这种采用湿法制备生料、干法烧成的生产工艺既保持湿法窑料浆均匀的优点，又发挥了干法工艺热耗低、劳动生产率高的优点，是湿法水泥生产线进行节能技术改造的有效途径。
采用湿磨干烧技术对湿法窑进行技改，其技术关键是料浆的过滤、烘干、粉碎。其评定指标仍是投资、能耗及运行的可靠性。
(1) 投资。将湿法生产线改造为湿磨干烧，可完全利用原湿法生料制备系统，但必须增加料浆过滤、烘干和破碎设备，以1000t/d生产线为例，其投资情况大致如下表1。
　　由表1可以看出，湿磨干烧投资较低（尚未考虑场持因素及厂内多台湿法窑的情况下逐步改造的灵活性），但投资额视具体情况不，差别很大。
(2) 能耗。湿磨干烧工艺电耗和烧成热耗见表2。
　　由表2知，干法工艺比湿磨干烧工艺热耗约低250KJ/kg~418KJ/kg；湿磨干烧工艺虽增加了烘干破碎机及旋风除尘器，阻力有所增加，但省了2~3级旋风预热器及增湿塔，降低了系统阻力，因些两种工艺主排风机负荷接近。此外由于湿磨干烧工艺操作温度较低，所以其标况风量与干法工艺接近，湿磨干烧工艺新增耗电设备为烘干破碎机及过滤设备，新增电耗约7.5kwh/t，但其粉磨电耗低于干法工艺，因而其电耗与干法工艺接近。
(3) 运行可靠性。湿磨干烧工艺运行的可靠性关健取决于过滤工艺是否可靠。过滤工艺在煤炭和冶金行业的应用已非常成熟，水泥行业经历从无到有、从不熟悉到熟悉的过程，目前已完全掌握了其运行特点。从不熟悉到熟悉的过程，目前已完全掌握了其运行特点。以白马山水泥厂为例，过去因不熟悉板框压滤和滤饼仓的操作，堵塞及断料现象时有发生，生产非常被动，经过改造及不断摸索，操作人员基本掌握了板框压滤和滤饼仓的操作特点，保证了系统稳定生产，达到了设计指标。目前真空过滤设备已从鼓型发展到盘型，冶金行业进一步把盘型滤布改为陶瓷以提高过滤性能，从而大大提高了单机生产能力，保证了烘干破碎机的稳定正常运行。
　　湿磨干烧工艺的成功之处在于能够充分利用原有设备及建（构）筑物，减轻了基建工作量，节省了大量投资，且充分发挥了湿法工艺生料均匀及干法工艺热耗低、劳动生产率高的优点，因些深受欢迎。
　　目前国内一些湿法窑水泥厂已考虑采用湿磨干烧技术进行技术改造，改造项目已不局限于φ3.5m回转窑，还涉及到φ3.0m回转窑。采用湿磨干烧技术投资约4000万元，将其改造800t/d熟料的湿法干烧工艺，熟料烧成热耗可达3762KJ/kg，比新型干法窑热耗约高418KJ/kg~627KJ/kg，仍然是合算的。
表1 湿磨干烧与干法烧成工艺投资对比 （略） 表2 湿磨干烧工艺与干法工艺能耗对比（略）