中小型水泥厂的技术改造与发展

1　国内水泥工业现状

经过几十年的发展，我国水泥的总量在一定程度上满足了基本建设的需要，水泥工业的主要矛盾已由总量不足的供需矛盾，转换为技术、规模和产品结构严重失调的主要矛盾。从国内水泥窑的生产方法来看，立窑的台数已经达到87.6%，而窑外分解窑的数量仅有1%，加上立筒和旋风预热器窑的新型干法窑数量也仅仅达到4.8%，国内水泥工业的技术指标与国外先进水平差距更大。
　　

国内水泥工业集中了各种生产方法，从最原始的立窑到新型干法生产线，不同的窑型在配料、烧成等方面存在较大的差距。新的水泥强度检验标准的出台，限制了小水泥和湿法生产线的发展，加速了污染大、质量差的立窑淘汰的步伐。而新型干法水泥生产线在烧成上能实现高硅率值生料的煅烧，熟料的强度与ISO强度接近。因此，新型干法水泥生产线凭借良好的环境条件，将有一个较快的发展。
　　

自我国第1台“四平型”烧油SF分解炉问世以来，先后研究开发了邳县型和新疆型700t/d预分解系统，并从国外引进了2000t/d和4000t/d级系统装备。预热器生产工艺也经历了泾阳型立筒预热器、邗江型300t/d旋风预热器和宝山型600t/d旋风预热器三次大规模的推广。从规模来看，全国现有114条700t/d级以上的新型干法窑，平均生产能力仅达到48.2万t，尚有460条生产能力低于700t/d级的新型干法窑(包括立筒和旋风预热器窑)。受建设资金的限制，小型干法窑特别是小于Φ3m的干法窑多数工艺不配套，设备故障频繁，经济效益差。而后来大量引进的2000t/d级预分解窑，受多重因素影响，普遍投资高、达标达产困难。因而，在近10年以来新型干法生产线特别是2000t/d以上规模发展缓慢。

2　新型干法水泥生产线的低投资设计理念

　　1)设计优化；
　　2)露天化设计；
　　3)合理降低物料库内储存期；
　　4)取消低利用率的设备及设施；
　　5)重视环保。
　　

低投资的设计理念，就是采用“最可靠的设备、最简单的工艺流程和厂房”。在保证生产线的完整性、生产的连续性和可靠性的前提下，力求简化生产工艺流程，以便于生产管理，减少生产事故点，降低投资。适当提高设备运转率，并用引进技术国内制造的设备替代进口产品，提高设备的国产化率。工艺布置上，简化设备厂房，减少建筑面积。在窑头厂房、库顶、预均化堆场等车间选择露天布置；立磨、风机、除尘器、密封性能好的输送设备等取消厂房或屋面；带式输送机通廊不设屋顶，用玻璃钢防雨罩防雨。对各种原料、半成品和成品的储存，在满足正常生产要求的前提下，合理减少储存期，如生料均化库的储存期由常规的3.3d减少到0.8～1.6d。取消车间内利用率较低的大型检修设备，降低设备及土建投资。备用设备在工厂投产后视需要陆续配置，以减少一次投资。在工艺设计中合理选取设备支撑的荷载和动力系数，消除土建设计的“肥梁胖柱”。减少粉尘污染，利用工业废渣。
　　

通过以上的低投资设计措施，新型干法水泥生产线的投资水平已经大大降低，新建2000t/d水泥生产线的投资已经由原来设计的7.5～8.5亿元，降低到4亿元以下。新建全线2000t/d水泥厂(含矿山)单位产品的总投资达到600～700元/t，熟料生产线(不含矿山)的单位投资达到400元/t。

3　现有水泥生产线改造模式的探讨

　　
3.1　湿法窑的改造方向
　　

传统的湿法水泥生产线的缺陷，主要表现在烧成热耗高、对新标准的适应性差，受现有原料系统和投资的限制，可以保留料浆制备的湿法主体，增加料浆过滤系统，将烧成系统改造为全干法，即改造为湿磨干烧的生产工艺。如渠江水泥厂3号窑、贵阳水泥厂、双马水泥集团7号窑、宁夏赛马水泥集团等，都是采用湿磨干烧工艺来将传统的湿法窑改造为新型干法生产线。
　　

贵阳水泥厂1号窑为传统的湿法窑，在扩建2号窑的方案选择上，为了极大地利用现有的设施、减少建设投资，成都院对扩建工程的建设方案进行了比较，见表1。工厂规模为年产熟料30万t，选择湿法窑、湿磨干烧和新型干法窑3种方案进行技术经济分析，从表中可以看到，采用全干法工艺由于利旧设备较少、建设投资较高；而采用湿磨干烧工艺，则兼顾了投资和生产效果两方面的矛盾。所以，新线的建设方案采用湿磨干烧生产工艺。

表1 贵阳水泥厂生产方法方案比较

序号	比较项目		湿磨干烧	全湿法	全干法
1	窑型		Φ3.3m×50m三级 预热器带分解炉	Φ4.4m×165m 湿法长窑	Φ3.3m×50m五级 预热器带分解炉
2	烧成热耗/(kJ/kg)		3763	5971	3595
3	水泥电耗/(kWh/t)		110	100	125
4	原料适应性		好	好	差
5	生料均化性		好	好	一般
6	耗水量		居中	最多	最少
7	占地情况		最少	居中	最多
8	技术先进性		先进	一般	先进
9	工程造价/万元	建筑	1654	1434	2405
		设备	5722	5098	6787
		安装	1536	1275	1781
		合计	8912	7807	10973

　　湿法窑改造的第二种方法，是将原有的湿法料浆制备改为干法磨，将湿法窑截短，增加预分解系统，彻底地将湿法窑改造为新型干法窑，上海金山水泥厂的湿改干就是这种工艺的有益尝试。将华新窑Φ3.5m×145m截短改为Φ3.5m×88m的1000t/d预热器系统，由于这种改造对原有的工艺线仅仅能够利用水泥制成和包装系统，改造的投入较多，因而没有得到有力的推广。目前，湿法厂的改造普遍采用“干湿并存”的生产格局，即保留原有的湿法窑，异地或在原厂址另外建设新型干法生产线，国家在“八五”期间建设的2000t/d生产线基本都是采用这种模式，如重庆水泥厂、华新水泥厂等。

3.2　现有干法窑的改造
　　

除立筒预热器外，尚有一批300t/d邗江型及600t/d宝山型五级旋风预热器窑生产线，这些预热器窑普遍存在规模小、产量低、质量不稳定等问题，许多预热器窑已经进行了改造为预分解窑的尝试。现有的Φ2.5m或Φ2.7m立筒预热器，国内已有数条改造为预分解窑，泾阳型立筒窑改为预分解窑后，台产已由6～7t/d提高到14t/d，这种改造模式已经被多个厂采纳，如四川省夹江水泥厂、新疆卡子湾水泥厂等。现有的600t/d宝山型五级旋风预热器窑，纷纷列入日程进行改造，如余杭水泥厂将600t/d预热器窑改为1000t/d预分解窑，只需改造煤粉制备、窑尾预热器和冷却机等设备，实现用较少的投入来提高产量。山东水泥厂将1号预热器窑改造为预分解窑，产量由750t/d提高到900t/d。另外，淮海水泥厂、福建水泥厂3号窑等都是预热器改为预分解窑系统的范例。青海水泥厂1号窑为国产第1条Φ4m×60m立筒预热器生产线，原设计能力850t/d，实际只达到500～700t/d，1989年尽管进行了预热器的改造，但是系统的生产能力和技术指标没有更大的改观，因而委托成都院对其1号窑改造为预分解窑。青海的技术改造保留窑头、窑中建筑物，将原有的立筒预热器拆除新增1500t/d预分解系统(相当于低海拔2200t/d)，完善生料制备系统，用较少的建设投资实现产量翻番。预热器窑改为预分解窑方案见表2。

表2 预热器窑改为分解窑的方案

项目	方案一	方案二	方案三
	微增型1	微增型2	倍增型
技术描述	扩大上升烟道 不加三次风管	增设离线分解炉，加三次风 管，底部第二级旋风料部 分入炉、部分入上升烟道	增设常规分解炉，加 三次风管，底部第二 级旋风料全部入炉
产量增加幅度/%	20～30	60～70	80～100
炉中燃料比例/%	20	45	60
入窑分解率/%	50	70	85
烧成热耗/(kJ/kg)	3760	3550～3760	3140～3340
事例	广州水泥厂5号窑	山东水泥厂1号窑	福建水泥厂3号窑

3.3　立窑的技术改造
　　如何实现立窑改为新型干法生产线是一个很现实的课题，建议有市场、有自备矿山、设备和基础设施较好的机立窑厂，采用1000t/d以上规模的预分解窑生产线，将原有的立窑改为新型干法水泥生产线。充分利用原有的原料储存和制备系统，最大限度地填平补齐，可以将生料磨和水泥磨都改为水泥磨。新增的回转窑烧成系统参见表3。 表3 立窑改回转窑的烧成系统推荐方案

窑尾方案	方案一	方案二	方案三
	600t/d五级旋风预热器	1000t/d五级旋风预分解	2000t/d五级旋风预分解
预热器规格/mm C1 C2～C3 C4～C5 分解炉	CNC Φ3800 Φ4300 Φ4600	CNC Φ4300 Φ5000 Φ5300 CDCΦ4800	CNC 2－Φ3600 Φ5700 Φ6000 CDCΦ5700
回转窑/m	Φ3.2×52	Φ3.3×50	Φ4×58
冷却机/m	Φ3.2×38	Φ3.8×43或空气梁篦冷机	空气梁篦冷机：52.6m2
增湿塔/m 喷水量/(t/h)	Φ5.5×26 1.5～7.5	Φ6.5×26 3.5～10	Φ7.5×28,3.5～10
电除尘器规格 电场面积/m2	24/7.5/3×7/0.4 69	24/10/3×7/0.4 90	30/12.5/3×9/0.4 155
煤磨/m 能力/(t/h)	Φ2.2×4.4 7～8	Φ2.4×4.75 9	Φ2.8×(5＋3) 14
烧成热耗/(kJ/kg)	4180	3550	3140

　　表3中的烧成系统采用成都院开发设计的CNC型旋风预热器和CDC分解炉，旋风筒采用三心270°包角蜗壳，气流平缓旋入筒内，单级冷态阻力低于1100Pa，热态阻力低于750Pa，预热器系统设计阻力4700Pa，具有明显的低阻特性；旋风筒进口采用等角度变高度的切角型进口蜗壳，顺应流体运行方向。C4、C5级下料口采用膨胀仓，防止气流变向时引起二次飞扬，分离效率较高，人工捅料方便。出风口设置“脉动”风管，避免了低风速下物料短路，增强了物料的分散。CDC预分解系统是由CNC预热器和CDC分解炉组成，该分解炉在大量的热工模型实验中得以优化，结构合理并具有较大的容积，料气停留时间比大，物料停留时间长，特别适合于劣质煤的燃烧。
　　

立窑改为回转窑技术改造比较有特点的是祥云县建材(集团)有限责任公司，该公司是由云南大理州祥云县的清华洞、三台坡、太鼎3家水泥厂组成的股份制企业。清华洞、三台坡始建于1987和1983年，年产水泥10万t、太鼎水泥厂年产水泥6万t，1999年3厂共实现利润1300万元。1999年7月3家企业签定“投资协议书”，共出资3000万元，共同建设1000t/d新型干法熟料生产线，熟料运输到3个厂进行粉磨。联合建厂既解决了投资的不足，又使各自企业实现水泥质量质的突破，值得同类水泥厂借鉴。