日產(chǎn)萬噸級熟料煅燒技術與裝備

高長明

 

　　當代世界水泥工業(yè)中，熟料煅燒能力單線達到日產(chǎn)3000～5000噸的就可謂大型，7500～10000噸的當屬超大型。按2003年的粗略統(tǒng)計，全球約20億噸的水泥產(chǎn)量中，大型和超大型生產(chǎn)線所生產(chǎn)的水泥分別為14%和4%左右。雖然它們在水泥總產(chǎn)量中所占的比例還不到1/5，但是它們卻代表了世界水泥工業(yè)的發(fā)展方向和中堅力量。因為它們都采用了最先進的技術與裝備，充分利用和節(jié)約資源與能源，特別注重環(huán)境保護，均屬環(huán)境友好型和可持續(xù)發(fā)展型綠色生產(chǎn)線。我國近2～3年來新建成投產(chǎn)的50余條日產(chǎn)熟料4000～5000噸以上的生產(chǎn)線，按通用的國際標準衡量，絕大多數(shù)已達到清潔生產(chǎn)的水平，主要是在替代天然礦物燃料---可燃性廢棄物的處置利用方面距離綠色生產(chǎn)水平還有較大差距，亟需全社會各方面的協(xié)調逐步實現(xiàn)之。

　　現(xiàn)今我國水泥工業(yè)中，日產(chǎn)熟料5000噸左右的大型裝備及其技術已經(jīng)相當成熟，先進可靠。總體而言，這樣的生產(chǎn)線應該成為我國水泥工業(yè)發(fā)展的主流。事實上也正是這樣穩(wěn)步地發(fā)展之中。所謂超大型的生產(chǎn)線，目前看來它應該是一種反映我國水泥工業(yè)技術與裝備水平和實力的標志，其象征性意義尤為顯著。故而更加吸引世人的眼球，引起廣泛關注。

　　本文僅就超大型水泥熟料煅燒技術與裝備的現(xiàn)狀及其發(fā)展作一簡介，與業(yè)界同仁共研討。

 

　　作為水泥熟料預分解煅燒技術與裝備大型化和超大型化先驅的丹麥史密斯公司1990年分別與泰國的暹羅水泥公司（SCC）和暹羅京都水泥公司（SCCC）簽署合同，分別為位于考翁和塔珀克旺新建的10000tpd生產(chǎn)線提供全套熟料煅燒裝備，即預熱器、分解爐、回轉窯、排風機，等等。這兩條10000tpd生產(chǎn)線于1992年先后投入正常生產(chǎn)，是世界上第一條（考翁）和第二條（塔珀克旺）投產(chǎn)的10000tpd生產(chǎn)線。

這是現(xiàn)代水泥工業(yè)邁向超大型化的一個飛躍，因為當時國際上已投產(chǎn)的4000tpd左右的生產(chǎn)線都不多，據(jù)說僅有10余條線，而且生產(chǎn)時間最長的也只有4～5年。這一步跨越到10000tpd并取得成功，實屬不易。因市場需求刺激，1994年在泰國塔珀克旺又擴建了1條10000tpd生產(chǎn)線。這也是史密斯提供的世界第三套10000tpd熟料煅燒全套裝備，并根據(jù)前兩套的實踐經(jīng)驗進行了相應的改進。

　　1995年泰國暹羅水泥公司曾決定在考翁擴建一條15000tpd生產(chǎn)線，1996年史密斯公司完成了該線熟料煅燒裝備的設計，后因1997年的亞洲金融危機，該項目未能實現(xiàn)。

　　1990～2001年間，史密斯公司（含1997年兼并的美國前Fuller公司）為泰國、印尼、巴西、印度、波蘭等國家提供了7000~10000tpd生產(chǎn)線的熟料煅燒全套裝備約15套。

　　1991～1999年間，德國伯力休斯公司為泰國、印尼、韓國、中國等提供了7000～8500tpd生產(chǎn)線的熟料煅燒裝備近10套。

　　上世紀90年代，德國洪堡公司、日本三菱、川崎和宇部等公司為沙特、日本、中國臺灣等提供了7000～8500tpd生產(chǎn)線的熟料煅燒裝備大概有6套左右。

　　1999年瑞士霍爾西姆水泥公司曾決定在美國米蘇里州圣魯易士城附近新建一條12000tpd生產(chǎn)線，經(jīng)歷了嚴格而漫長的生態(tài)環(huán)境審核與激烈的技術與商業(yè)競爭，2001年伯力休斯公司與業(yè)主草簽了該項目的供貨合同，然而卻遭遇廠址附近社區(qū)大眾的強烈反對，加之美國經(jīng)濟當時不太景氣，致使該項目成為懸案。直到2004年春季，霍爾西姆水泥公司終于和社區(qū)公眾以及美國環(huán)境局達成了諒解備忘錄，業(yè)主方應允了一系列苛刻的環(huán)境承諾。屆時正值美國水泥供應開始出現(xiàn)嚴重緊缺，于是業(yè)主宣告該項目重新啟動。鑒于對生態(tài)環(huán)保更嚴格的需求，這次業(yè)主正在邀請更多的水泥裝備和環(huán)保裝備供應商進行廣泛深入的議標程序，該項目的各個分項，誰能中標，尚需拭目以待。

　　2002年，中國海螺水泥集團在銅陵A、B，樅陽，徐州和池州等地有4條10000tpd和1條8000tpd生產(chǎn)線的熟料煅燒裝備進行了國際招標，使國際水泥界和諸多世界一流的水泥裝備供應商頗感震驚和喜悅。最后史密斯公司和伯力休斯公司各得了2條10000tpd的訂單，另一條8000tpd的歸伯力休斯。一時間，中國海螺集團成為這兩家世界頂級水泥裝備公司的“最佳合作伙伴”。國際水泥界開始對中國水泥工業(yè)刮目相看了。因為當時世界上總共僅有3條10000tpd生產(chǎn)線均在泰國，而中國海螺竟然一口氣就要建4條10000tpd線，的確令人驚喜。更具說服力的事實是，2004年間已經(jīng)有和即將有3條10000tpd線相繼投入了正常生產(chǎn)，充分體現(xiàn)了我國水泥工業(yè)向大型化邁進的整體水平與素質。

　　根據(jù)筆者的不完全統(tǒng)計，截止2004年底，全世界已投產(chǎn)和計劃投產(chǎn)的2000tpd以上的預分解窯約有460條生產(chǎn)線，水泥總生產(chǎn)能力達8.8億t/a,其中中國大陸占有約280條,水泥生產(chǎn)能力達4.8億t/a。詳見表1所列。

 

萬噸級熟料煅燒裝備的配置恰當與否，對于其生產(chǎn)操作的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性具有決定性作用，各家公司都在總結生產(chǎn)經(jīng)驗和計算機數(shù)摸試驗的基礎上積累了一定的技術訣竅，能夠根據(jù)各有關客戶原燃料的具體情況和要求優(yōu)化設計配置預熱器、分解爐、管道、回轉窯和燃燒器等裝備。實際上在選型的過程中是具有一定的靈活性的，隨具體情況的不同可以在一定的范圍內有所變化。這里所介紹的是一些較典型的配置，如表2所列。

 

 

因為萬噸級熟料煅燒裝備的預熱器是雙列的，所以在市場需求縮減時，還可以采用單列預熱器進行生產(chǎn)，相應地熟料產(chǎn)量將減少一半，仍可實現(xiàn)正常生產(chǎn)。 茲以史密斯公司的10000tpd系統(tǒng)為例，分別列舉其在10000tpd，5000tpd和11000tpd生產(chǎn)情況下的主要操作技術參數(shù)的設計值，如表3所示。

 

由此可知，原設計的10000 tpd系統(tǒng)，預熱器單列生產(chǎn)時，熟料產(chǎn)量減少一半的同時，熟料熱耗將上升35 ×4.18KJ/kg.cl，ID風機的單位電耗則增加很少。相反地，當熟料產(chǎn)量提高到11000 tpd時，其熱耗僅降低了6 ×4.18 KJ/kg.cal，ID風機電耗卻上升了1 KWh/t。當然這些數(shù)值只是提供一個趨勢性的參照，具體數(shù)據(jù)還應以各客戶的正常生產(chǎn)實踐為準。

 

水泥是大宗建材，顯然應該進行大規(guī)模的生產(chǎn)。但是單線生產(chǎn)能力達到10000tpd級時，它對市場需求的適應性和靈活性將會表現(xiàn)出一定的缺陷，所以我們應該在經(jīng)濟技術收益最佳的前提下，正確選擇最適宜的熟料單線生產(chǎn)能力，作為我國水泥工業(yè)邁向新型工業(yè)化道路的主流裝備。

當前，預分解窯水泥生產(chǎn)技術在預均化、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨以及物料儲運和收塵等裝備方面，其大型化和超大型化程度已發(fā)展到了接近于極限。以10000tpd生產(chǎn)線為例，生料立磨就必須采用2臺，即兩臺5000tpd的生料立磨配一臺10000tpd的窯系統(tǒng)，所謂兩磨一窯方案。如欲實現(xiàn)一磨一窯，則生料磨的產(chǎn)量必需達到800t/h左右，其磨盤直徑約Ø7m，裝機6600KW以上。設計制造這樣超大規(guī)格的立磨及其減速機，技術難度很大，經(jīng)濟合理性如何，仍是一個大問號。此外10000tpd級的熟料蓖冷機和回轉窯也已接近各自的極限了。

我國已有近30條5000tpd生產(chǎn)線成功投產(chǎn)，運轉正常，它們都是采用一磨一窯方案的，技術先進成熟。與兩磨一窯的10000tpd生產(chǎn)線相比，兩者的熟料熱耗(710×4.18KJ/kg.cl)，從預均化堆場到熟料庫的電耗（56KWh/t.cl），燒成電耗（20kwh/t.cl）等技術指標均相差無幾；而噸投資、噸設備重量、噸裝機容量等技經(jīng)指標也很相近。說明在現(xiàn)有的客觀條件之下，5000tpd級比10000tpd級的生產(chǎn)線具有更強的競爭力，適應性更廣泛。

所以，只有在市場需求旺盛，潛力巨大，原燃料資源豐富，能源供應有保障，交通運輸較方便的地區(qū)，可以考慮興建10000tpd生產(chǎn)線。多數(shù)情況下，我國水泥工業(yè)仍以興建2500～5000tpd級生產(chǎn)線為宜。作為水泥生產(chǎn)大國走向生產(chǎn)強國的標志和象征，我國應該興建若干10000tpd級生產(chǎn)線。這對于提高我國水泥工業(yè)機器裝備的國際知名度，展示技術實力，樹立品牌形象，增強全球化競爭力是十分有利的。這的確是一項英明果敢的決策。我們相信這些新投產(chǎn)的10000tpd級生產(chǎn)線必將獲得圓滿成功，祈望早日達到世界最佳水平。

另外一個可能比較具有較高技術經(jīng)濟效益和發(fā)展?jié)摿Φ膯尉€生產(chǎn)規(guī)模，就是一磨一窯的6000~7000tpd左右的生產(chǎn)線。其前提是生料立磨的單臺產(chǎn)量能滿足窯系統(tǒng)的需求。即生料立磨的臺時產(chǎn)量約為500噸，其磨盤直徑為6m左右，裝機功率5000KW。這樣規(guī)格的生料立磨是現(xiàn)今最大型的，已經(jīng)售出的只有3臺，而且均未投產(chǎn)。如果獲得成功的話，那么一磨一窯6000~7000tpd的生產(chǎn)線，其噸投資、噸設備重量、噸裝機容量等技經(jīng)指標可能會略優(yōu)于5000tpd級的，從而具有稍強的競爭力，例如我國在建的魯南青州和海德堡一越秀等≥6000tpd生產(chǎn)線那樣，尚有待2005年投產(chǎn)后的實踐檢驗之。