浅谈水泥制造技术的现状与评价（下）

    1.7现代化立窑雏形的出现 

　　在回转窑水泥制造技术取得革命性发展的同时，立窑水泥制造技术也有了长足发展。主要是：

（1）：料封卸技术代替了三道闸门，使锁风和连续卸料有了保证。 

（2）：从预加水成球到小料球锻烧，对立窑热工参数的连续监控和偏火自动调控技术的出现，改善了窑内通风，使热工制度日趋稳定。 

（3）：从微机控制配煤到全黑生料、生料配制加配热，简化了工艺过程，把立窑的传热优势推向了相当高度。 

（4）：新窑型及配套装备研制成功。改变了窑的自身性能。 

（5）：以生料倒库为特征的简易粉体化手段在较大范围推广，少数工厂还使用间歇式均化库，改善了入窑的和生料质量。 

（6）：大量工业废渣、金属废渣和金属尾矿的应用，使水泥在某些地区成了消化人工废物的主力军。 

　　应当指出，虽然立窑水泥制造技术有了长足发展，对回转技术而言，它在借鉴吸收先进工程技术成果方面却远远落后，从而未能达到应有的发展水平。1986年在山东出现了闭门烧窑的先例，窑工劳动强度有了根本改善，这应是早期现代化立窑和雏形。 

　　２、发展背景造成企业装备参差不齐，立窑企业现状不足以代表制造技术本身回顾我为水泥工业发展史，两种水泥制造技术经过了不同的发展历程。新中国成立之初，国家采取“大中小并举”“土洋并举”的工业发展方针，立窑水泥得到了前所未有的高速发展，从此国内水泥行业有了大小水泥行业、统配水泥与地方水泥之分，水泥制造技术则有了立窑水泥现回转窑水泥技术之分，大水泥通常是回转窑水泥简称，小水泥则以立窑水泥工厂为主体。大水泥一般是由国家投资，建设过程称“精雕细刻”，有的建设过程竟达十年之久，由于资金来源有保证，工艺过程自然配套完善，装备也是好的，小水泥的投资主体通常是地方各级政府或集体组织，资金拮据，建设方式则简易上马，工艺不配套，装备常常是勉强凑合，自然先天不足。改革开放后，以经济建设为中心，国民经济持续高速发展造就了空前的水泥市场空间，新的财政体制使地方有了更多发展动力，投资少、见效快件　立窑水泥技术自然当数首选，“因陋就简”的建设模式再次被拰推向了极端，从而使立窑水泥得到了超常扩张，1986年互1995年间增加速度是回转窑的20倍；尽管近１０年来新型干法水泥有了飞速发展，到2005年也只占水泥总量的45％，为了改变中小水泥特别是立窑水泥企业先天不足的状态，来，国家以各种形式投资引导提高了相当数量的立窑水泥厂，使众多立窑水泥生产线改变了原有的面貌，一些生产线甚至具备了现代化立窑的雏形，这样的发展背景，一方面“因陋就简”的扩张模式歪曲了立窑水泥制造技术真实面目，铸成了工厂现状与制造技术一定程度的分离，另一方面，对立窑水泥进行改造、提高、又极大地促进了制造技术的进步。 

　　如同回转窑水泥可分为湿法窑、　干法中空窑、立波乐窑、立筒预热器窑、旋风预热器窑和新型干法窑一样，立窑水泥技术也有若干种，它大致可分为土立窑、普通机立窑、机械化立窑（也有称为先进立窑）、具有现代化立窑雏形的早期现代化立窑和现代化立窑五大类。土立窑工艺先天不足、后天失调、设施简陋、装备落后，是典型的落后，对比土立窑，普通机立窑解决了人工卸料问题，通常都配备了相当相对完善的主机设备，但往往工艺条件与装备不配套，检测计量手段原始，生产不稳定，仍属落后，机械化立窑生产线不仅配备了定型的主机设备，工艺配套设施也比较完善，有一定的检测计量条件，虽然一系列现代水泥技术不仅并未被应用，但已具备了基本的工艺条件与装备，因此生产也是基本稳定的，所谓具有现代化立窑雏形的水泥生产线，是在机械化立窑的基础是发展起来的，它不仅采用了一系列立窑新技术，而且一般都不同程度地采用了某些现代水泥通用技术，虽然不同系列，可它已具备了现代化立窑雏形，现代化立窑应当是在微机算机工业控制背景下，水泥基本工艺条件、立窑新技术与现代水泥通用技术有机结合的产物，它已不是传统意义上的水泥立窑，而是一种全新的水泥技术。 

　　３、现存的两种水泥制造技术分析 

　　虽然习惯将现存的水泥制造技术分为回转窑和立窑两大类，但它们并不是相互分离的独立体系。经典水泥工艺教程将水泥的工艺过程概括为“两磨一烧”，再次粉磨对两种水泥制造技术是完全通用的，区别只是“一烧”的过程现设备，因而评价两种水泥制造技术的先进与落后实质上是结两种煅烧过程与设备的比较。 

　　何谓先进技术？在资源、能源、环境和就业已成这制约人类经济和社会发展瓶颈的今天，先进水泥技术应该是资源消耗少，能耗低，无污染或者能把污染控制在可以接受的程度。那么现代化立窑水泥技术的情况是怎样呢？ 

　　3.1先进立窑水泥现新型干法水泥技术经济指标对比 

　　在落后的土立窑和普通机立窑占多数的背景下，将五类立窑水泥技术经济指标合并统计，分析结果自然不会先进， 
但是把先进的机械化立窑现新型干法水泥和各项技术经济指标比较，结果发现其各项经济指标并不亚于新型干法窑，有些甚至优于新型干法窑，进入２１世纪以来，许多立窑水泥企业开始由单纯扩张的发展模式，更加注重质的提高，先进机械化立窑的进步速度明显加快，可以肯定随着现代化立窑的发展，先进立窑的各项指标还将有新的提高，判其落后实在难以服从。

　　3.2两种水泥煅烧技术的热效率分析

　　3.2.1现代化立窑先进体现在熟料煅烧过程能耗的降低

　　从熟料矿物形成机理分析，CaCO3分解的特点之一是CO2的排出使新生CaO的结构具有多孔，这种多孔性使它新生化学反应能力强，活性大，在立窑煅烧条件下其活性来不及降低就参加熟料形成反应，有利于加快固相反应中的化学反应速度。

　　从工程学角度而言，立窑煅烧过程的燃料燃烧属于无烟燃烧，燃烧，它首先把燃料与生料均匀混合，燃烧产生的热量几乎全部用于加热生料，少量靠近窑筒体的热料会通过筒体散热，所幸筒体是固定不动的，容易采取保温措施，当采用暗火煅烧时，煅烧产生的废气透过料层时，烘干预热料球，出窑废气温度远远小于100℃，带走的热量极少，熟料离开系统时也会带走热量，但是在立窑系统中。物料自上而下动力，助燃空气自下而上动力，高温物料携带的热量对助燃空气进行了预热，过程合理、热损少，出料温度可控制在环境+60℃温度内，故热工原理是合理的，传统立窑的不足是燃烧条件差，因为料饼及大料球内部煅烧容易缺氧并发生不完全燃烧，随着技术的不断进步，例如配料控制技术的进一步完善，强化生料均化，窑型结构、送风方式的改进，小料包球使料球水分的大幅降低等，现代化立窑熟料耗热完全可以控制在（600～700）×4.18ＫＪ内，它属于热效率高的设备。

　　3.2.2作为热工设备，水泥回转窑的热效率并不高。

　　水泥回转窑的传热方式是以辐射为主的，物料在窑内的填充率一般只有5～17％，多数空间被闲置，它的外表面积大，散热多，保温困难，作为热工设备，它的热效率并不高，一般40只有％。

　　3.2.3新型干法先进主要体现在对废气余热的回收上

　　如上述，保持新生CaO的多孔性是保持其化学反应能力强，活性大的前提条件，但是这种多孔性结构通常只是刚刚分解出的CaO才具有这种特征。新型干法物料分解是在经过预热器、分解炉、再入回转窑的过程中完成的，分解过程拉长，分解产物CaO活性降低。在预热器内分解出来的CaO（约20％～40％）进入分解炉升温收缩，晶格会密实化，从而使CaO活性降低。所以，新型干法虽然入窑物料分解率比其他形式的回转窑技术高出很多，（约85％～95％），积极作用是窑的产量翻番，副作用是新生态的CaO活性倍减。水泥熟料固相反应的另一特点是放热反应，理论上放热量达420J/g时，就足以使物料温度升高300℃以上，对熟料形成过程的反应并无重大突破，其热效率仍只有55％左右，还有45％左右的热能被浪费掉，虽然采用余热发电可以进一步提高系统的综合热利用率，但这已不是水泥制造技术本身的功劳，可以预见，仍将会有更新的水泥技术出现。

　　3.3两种技术的资源利用分析

　　（1）对原料的适应性　众所周知，新型干法水泥系统对原料有着严格要求，把K2O Na2O Cl-和SO3列为有害成分，这导致许多矿产资源不能利用，《水泥厂设计规范》明确规定石灰石中(K2O+Na2O)＜0.6％，Cl-＞0.015％，燃烧中硫含量小于2.0，而立窑水泥制造技术则不存在这些限制。它会使许多新型干法水泥技术判为废矿的资源得以利用。

　　（2）矿石储量要求　　水泥厂所需矿产资源储量与工厂规模和矿山服务年限成递增关系。新型干法水泥厂规模一般较大，矿山服务年限要求长，对小储量矿山的利用受到限制，而立窑水泥厂对矿石储量要求低，更能够有效利用小储量矿山。我国水泥矿产相对不够丰富，最大限度的利用资源，是我们的重要战略，水泥窑立窑技术在资源利用方面的这些特点无疑是具有非常重要意义的。

　　3.4.1粉尘排放

　　人们对立窑水泥指责最多的是粉尘污染，其实这对现代化立窑技术来说是冤枉的，土立窑、一般机械化立窑由于工艺不完善，不能保证煅烧过程热工制度稳定，烧成看火岗位不得不采用甚至明火操作，从而造成粉尘排放量大，先进的机立䆥特别是现代化立窑水泥生产线工艺及设备完善配套，熟料烧成完全可以暗火操作甚至闭门烧窑，厚厚的湿料层相当于一台高效除尘器，随废气逸出的粉尘在透过湿料层时很容易被滞留下来，而在新型干法水泥系统中物料层几乎始终牌悬浮状态，废气携带粉尘通过旋风分离器离开热工系统，而旋风分离器的分离效率很低，一般只有９０％，这样大量的粉尘随着废气排出，从而加大了粉尘治理的难度和工作量，新型干法水泥系统的收尘也面临着新的考验。

　　3.4.1废气中的有害气体排放

　　（１）CO2排放量　熟料煅烧过程中，生料分解和燃烧产生CO2，燃料燃烧产生的CO2与热耗有关。现代化立窑的热耗比新型干法窑低，CO2排放相对亦低。

　　（2）SO2排放　水泥熟料在燃烧过程中，原燃料中所含硫也被燃烧，从而发生变化，随着原燃料的形态不同，排放量也不同。

　　（3）Nox　主要是指NO 和NO2，其主要来源中燃料中部份含氮有机物燃烧时分解氧化。

　　3.4.2铬污染：水泥厂由于窑内使用的镁铬砖引进的。

　　4　水泥制造技术的发展

　　4.1现代化立窑提立窑水泥的发展方向
应当手指出，立窑水泥虽然有了很大发展，但是没有达到应有的水平，如果我们借鉴现代工程技术对其进行改造提高，使现代立窑水泥制造技术得到完善和面熟，不仅可以做到低成本产业结构调整，而且可以出口创汇。

　　4.1.1工艺配置：正确设计选用现代物料的均化技术，包括原料、燃料和生料均化技术。入窑生料三个率值标准偏差完全在控制范围内。恰当配备准确可靠的计量设备，能保证配料调整的及时、准确性。

　　4.2水泥制造技术的发展前景

　　科学技术是不断发展的，无论是新型干法还是现代化立窑技术都不是完美的终点。地新型干法发展到相当水平、现代化立窑技术日趋成熟的产业背景下，水泥制造技术必将发生新的技术革命，或许已经开展的沸腾煅烧技术研究应当引进我们的注意。

　　5         结束语

　　（1）先进水泥制造技术的成功是以先进工程技术成就为背景的。新型干法水泥技术充分吸收了近代工程技术成果，从而成为现在回转窑水泥制造技术的先进。立窑水泥制造技术尚未吸收技术充分吸收近代工程技术成果，亦未能达到应有的发展水平，仍有相当的发展潜力。

　　（2）　两种水泥制造技术不是相互的独立体系，区别在于煅烧过程与设备。

　　（3）我为特殊的水泥工业发展背景、决定了水泥现状不足以代表制造技术的先进与落后，土立窑和一般机立窑属于落后技术应当淘汰，现代化立窑水泥制造技术对原料要求低，资源利用充分，热效率高，更环保，应当支持发展。

　　（4）在新型干法技术已发展到相当水平、现代化立窑技术日趋成熟的产业背景下，水泥制造技术必将发生新的革命。