自1824年波特兰水泥问世以来,至今已有170多年的历史了。从生产工艺的变革,技术装备的发展,品种、质量的提高,节能、环保、自动化的进步,水泥工业的发展与20世纪科技的迅猛发展同步。水泥工厂从小到大,从手工作坊到机械化生产,直到今年已完全可以实现自动化生产。
日产万吨级的特大型新型干法水泥生产线已问世多年,就生产技术来说,水泥工业已经形成了一个比较完备的现代化的生产体系,并达到了相当高的水平。今后的水泥工业还怎么发展呢?这里就国内外水泥工业的发展动态,主要是水泥装备技术的发展动态作一简要分析。生产线的大型化是其突出的特点之一,生产线的大型化带动了装备的大型化,而装备的大型化又推动了生产线的大型化,两者之间是相互促进、共同发展的。
据不完全统计,现在全世界已建成的日产7000吨以上的大型新型干法水泥生产线就有20条以上。生产装备的技术进步和大型化也是围绕大型化、高效率、低能耗、低污染和进一步提高其运转的可靠性,延长使用寿命来开展。这里仅就生料制备、熟料烧成和水泥粉磨三大系统作一简要介绍。
生料制备系统:
水泥厂目前采用的生料粉磨装备主要有传统的球磨机、立式磨、辊压机等。传统的球磨机虽然具有烘干兼粉磨的功能,生料粉电耗高,一般球磨系统单位生料粉磨电耗要22千瓦小时/吨,随着生产线规模大型化,磨机的能力也随之增大。日产5000吨水泥熟料生产线,生料磨机的配用功率要达到5500千瓦以上。从节能的角度看,将有逐步为节能粉磨所取带的趋势。
辊压机生料粉磨系统是一种节能粉磨系统,用于生料粉磨系统主要有两种工艺配置形式:一种是终粉磨系统,全部成品由辊压机产生,取消了球磨机,能大幅度节能,单位生料粉磨电耗可低于15千瓦小时/吨;另一种是部分终粉磨系统,与球磨机、选粉机配合组成生料粉磨系统,辊压机出来的料先经过选粉机,分选出部分成品后,粗料再入磨机,使球磨机的负荷大大减轻,因而粉磨电耗也较低,一般在16-18千瓦小时/吨。为日产5000吨生产线配套的辊压机产量要达到350-400吨/小时,配用功率也要达到3500-4000千瓦。当前国际上馄压机终粉磨系统只能满足日产4000吨生产线规模需要。如KHD公司的Rp20.0/170~180,配用功率3000千瓦,生产能力300-350吨/小时,用于沙特MALkHET水泥厂和中国南昌水泥厂;POLYSIUS公司为直径2.0×I.2米,配用功率为2800千瓦,生产能力300吨/小时,已用于秘鲁ATO-CONGO水泥厂。辊压机本身不兼有烘干作用,原料水分大时,还要增加辅机进行烘干。
立式磨是集中碎、粉磨、烘干、选粉等功能于一体的节能粉磨系统,流程简单,便于布置。立式庭是应用料床粉磨原理,粉磨电耗低。立式磨系统的单位生料粉磨电耗为球磨的75%-90%,而且烘干能力强,特别适用干SP窑或NSP窑,可以利用窑尾低温度气进行烘干,甚至不需要建厂房,大大节省了基建投资。立式磨的人自原料粒度大、控制灵活、漏风少、噪音低、运转率高、金属磨耗少,因而成为当今生料粉磨系统的主导设备。20世纪90年代以来,国际上的生磨技术又有了新的发展,运用有限之分析、热传导分析、流体力学计算、工艺参数优化等现代方法解决了大型磨机工艺和结构的难点;特别是新型耐磨材料均应用,大大延长了使用的寿命。
目前国际上**大的立式磨是LOESCHE公司于1999年设计制造的LM36/41,电机功率5600千瓦,生产能力600-700吨/小时,磨辊直径3.0米,用于泰国Thung Song集团的Siam水泥厂。PFEIFFER公司制造的MPS5600B立磨,电机功率5400千瓦,生产能力480吨/小时已用于印度的Maharashtrn水泥厂;POILYSIUS公司制造的RM69/29立窑机电功率5000千瓦,生产能力600吨/小时,已用于印尼INDROL/INDO水泥厂。通过以上比较看出,立式磨已成为当今大型化生料磨的**系统。
另外,20世纪90年代以来,法国的FCB公司开发出HOROMILL(又叫卧式辊磨),它是将一圆筒形壳体通过大齿圈小齿轮驱动实施例临界转动,该驱动装置包含有自由旋转辊、其通过液压系统作用于壳体上,新物料由壳体一侧进入并受到离心力作用,由刮板从壳体带走。而后借助于受控偏移系统落下。而此系统将物料重新混合,使得辊向的物料速度可以沿磨机调整,并已可以调整在辊子与壳体间物料的受辊压次数。这种HOROMlLL磨被誉为是继辊压机、立式磨之后发展起来的第三代粉磨技术。作为终粉磨系统,主机设备少、工艺流程简单、布置方便,可大幅度降低土建工程费用。粉磨电耗低,节电效果突出。系统内负压操作对环境无污染。原料综合水分<0.5%时,可利用冷却机废气(250℃)作为烘干介质,在TSV选粉机内供平,节省供干机。HOROMILL此已取得工业化的突破,并大型化。用于墨西哥的MOCThZUMA水泥厂的生料制备系机磨机规格为直径3.8米,生产能力为225吨/小时,生料磨系统电耗为13.1千瓦小时/吨,显示出更好的节能效果。
熟料烧威系统:
近30年来,以预分解密为中心的新型干法生产技术得到迅速发展,随着新型干法生产工艺各环节的不断发展、完善与优化,预分解密熟料烧成向着大型化、自动化、高效率、低能、低污染的方向发展。预分解窑的单机规模越来越大,**大的可达日产12000吨位(直径6.2X105米)。据不完全统计,日前全世界日产7000吨以上的大型新型干法生产线有20条以上。关干预热器,国外各大公司采用的多级预热器结构形式各有特点,为实现节能、高效,一般多从结构上或工作参数上进行优化,达到降低预热器的压损,提高分高效率。**低的系统压损已降到4000帕以下。根据原产综合水分及余热利用的要求不同,一般预热器都没计为4-6级,大我数为5级,按照回转窑的生产能力大小可设1-4列预热器,大型窑多数为双列。分解炉有单炉和双炉。日产4000吨也可设计双列单炉。
关于分解炉,国外各大公司也有各具特色的炉型。为适应不同燃料燃烧的一需要和低Nox排放,各公司对炉型都进行了改进,已达数10种之多。入窑物料碳酸钙分解率达到90%-95%,为适低挥发省质煤和无烟煤的燃烧,出现了多种在主炉外增加预燃炉或后燃烧装置的组合型分解炉。为减少Nox排放,在分解炉初始段造成还原气氛是其通用的做法。关于冷却机,世界上第1台冷却机是1890年向世的单简冷却机,大约30年后才出现多商冷却机,直到20世纪40年代才出现蓖式冷却机,新型干法窑一般都用推动式篦冷机。
**代篦冷机采用的是180-185毫米厚的薄料层,因此单位面积产量很低。第二代篦冷机要求南床上熟料层厚度达到400-500毫米,进口部分提高到760毫米。相应的对南极作了很多改进,如增加篦板高度,采用单蓖板与双篦板布置使纵缝错开,篦板平横梁支撑等。第三代南冷机采用的是控制空气流动的高阻力蓖板,保证熟料均匀分布在篦床全宽上,篦板可以每一侧、每一排、每一区单独供风,使南床上熟料层中空气分布得到很大改善,大大降低冷却空气量,提高2次、3次空气温度,从而提高冷却机热回收效率。篦板表面得到充分冷却,大大降低篦板热负荷,大大延长篦板使用寿命,一般可达3年以上。阻力蓖板还可防止细熟料漏入篦下室。现在FLS公司又开发了COOLER(库勒)更新式篦式的冷却机,在篦板上部加1个十字推杆,冷却风量可降到2标准立方米/千克熟料以下;预计将会有较快发展。
水泥粉府系统:
现代粉磨技术中,有种类繁多的水泥粉磨形式,除了传统的开流与圈流水泥粉磨系统外,又开发了立式磨、辊压机等用于水泥粉磨系统。在各种水泥粉磨系统中,预粉碎上磨 加球磨机的圈流系统和辊压机加球磨机的圈流 粉磨效率高、单位电耗低。就对固流球.磨的增产效果来看,立磨预粉磨系统,是当今大型水泥厂较多采用的两大节能型粉磨系统,其共同特点是粉磨效率高、单位电耗低。就对圈流球磨的增产效果来看,立磨预粉磨系统与辊压机的混合粉磨系统基本相当,单位水泥的能耗,立磨预粉磨系统比辊压机的混合粉磨系统稍低;立磨预粉磨系统比辊压机的混合粉磨系统稍低;立磨预粉磨系统的综合费用比辊压机的混合粉磨系统稍低。从国内前几年引进的辊压机使用情况来看,辊压机系统设 备故障率较高,维修工作量较大,运行的可靠性不甚理想。
近几年来,国内立磨水泥预粉磨系统已开始采用,江南一小野田水泥有限公司和华新水泥股份有限公司已经投产、运行结果表明,该系统调试方便,震动较小,运转平稳,系统达产快,生产状况良好,系统运行可靠,能耗低,操作方便。还要说一说,法国FCB公司开发的HOLOMILL在墨西哥 MOCTEZUMA水泥厂用于水泥粉磨系统、磨机规格也为直径3.8米,生产能力为108吨/小时,细度为4200平方厘米/克,磨机电耗为17.0千瓦小时/吨,水泥粉磨系统电耗为24.5千瓦小时/吨。该厂生料和水泥粉磨系统均采用HOROMILL,其水泥综合电耗仅为80千瓦小时/吨,是现有各种粉磨系统中电耗**低的系统。利用HOROMILL粉磨水泥与管磨相比,在相同比表面积下,水泥颗粒级配相近,水泥强度略有提高,其它各项水泥性能指标正常。另外,在改变水泥品种时,系统调整过程只需10一15分钟,磨机硬件不需作任何改变,可适应市纷不同需要。FCB公司开发的HOROMILL已用于生料、水泥、煤粉制备等,是电耗**低的粉磨系统。目前全系统已销售30台以上,是**有希望的磨机。现在生产到**大规格为直径4.2米,可满足日产5000吨大型水泥厂的需要。