泛論水泥立窯及濕法窯的技術(shù)改造

泛論水泥立窯及濕法窯的技術(shù)改造
趙乃仁
1 前言
　　眾所周知，用立窯、中空窯和濕法回轉(zhuǎn)窯煅燒水泥熟料能耗較高，特別是濕法窯和中空干法回轉(zhuǎn)窯，熟料燒成熱耗都高達(dá)5850KJ/kg~6270KJ/kg，實(shí)物煤耗達(dá)250KJ/t~280KJ/t。即使是立窯，其熱耗也達(dá)4600KJ/kg。比先進(jìn)的新型干法回轉(zhuǎn)窯熱耗約高1250KJ/kg（37%）。此外由于立窯水泥在生產(chǎn)過程中存在煅燒不勻、冷卻緩慢、煅燒過程不可控制以及采用復(fù)合礦化劑造成氟污染等問題，造成立窯水泥效益低下。另一方面，隨著新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，我國在采用新型干法技術(shù)煅燒水泥熟料方面已有相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)，目前已完全可以依靠自已的力量對立窯和濕法回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。
　　當(dāng)前我國水泥市場已由買方市場轉(zhuǎn)變?yōu)橘u方市場，用戶對水泥質(zhì)量要求越來越高，這就迫使水泥企業(yè)越來越重視采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝以提高水泥質(zhì)量、降低消耗和生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場競爭力。因此，我們有理由認(rèn)為，采用新型干法技術(shù)對水泥立窯和濕法窯進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造的條件和時機(jī)已相當(dāng)成熟料。本文結(jié)合我國實(shí)際情況，就水泥機(jī)立窯和濕法回轉(zhuǎn)窯改造成新型干法窯的技術(shù)途徑談一點(diǎn)看法。
2 立窯的技改
　　由于立窯水泥質(zhì)量較差，因此在當(dāng)前水泥市場不景氣的情況下，其銷售遇到相當(dāng)大的困難，目前已有相當(dāng)一部分立窯水泥廠處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀。有人認(rèn)為我國是發(fā)展中國家，立窯水泥在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍會存在，但必須看到我國水泥市場從供不應(yīng)求發(fā)展到供過于求時間在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍會存在，但必須看到我國水泥市場從供過于求時間并不長，同時由于供求關(guān)系的改變以及用戶對水泥質(zhì)量要求的提高，加上國家有關(guān)新的水泥檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的采用和提高混凝土標(biāo)號的標(biāo)準(zhǔn)，立窯水泥的生存空間將越來越小，有可能被迫淘汰。但我們應(yīng)同時看到，我國立窯水泥企業(yè)已發(fā)展成一支龐大的隊(duì)伍，如果簡單地將其淘汰，會帶來諸如設(shè)備浪費(fèi)、工人失業(yè)等眾多社會問題，應(yīng)在充分利用原有設(shè)施及勞動力的基礎(chǔ)上，將立窯水泥企業(yè)逐步改造成現(xiàn)代化的水泥企業(yè)。近年來，廣東、山東、江蘇等地的一些立窯水泥企業(yè)已采用變更窯型的根本方法來進(jìn)行技改，即在廠內(nèi)增加了新型干法生產(chǎn)線，將回轉(zhuǎn)窯熟料摻入立窯熟料中共同粉磨，以此來改善水泥的質(zhì)量和性能。但在立窯水泥企業(yè)增加整條新型干法生產(chǎn)線問題較多。首先，新線不能放入原廠內(nèi)而只有異地建設(shè)，不能充分利用原設(shè)備；其次建設(shè)整條生產(chǎn)線投資大，大部分企業(yè)無法承受。因此技改時應(yīng)充分利用立窯水泥廠已有設(shè)備，僅新增新型干法燒成系統(tǒng)及煤粉制備系統(tǒng)，在大幅度降低投資的前提下，生產(chǎn)高標(biāo)號水泥。這樣工廠可根據(jù)市場需求，適時調(diào)整回轉(zhuǎn)窯和立窯熟料的摻合比例，生產(chǎn)不同品種及標(biāo)號的水泥。
2.1 技改方案
　　采用新型干法生產(chǎn)技術(shù)對立窯企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造時，其燒成系統(tǒng)和煤粉制備系統(tǒng)可采用下述方案：
(1) 采用帶分解爐的新型干法回轉(zhuǎn)窯。其優(yōu)點(diǎn)是占地少、比預(yù)熱器容易達(dá)產(chǎn)、窯尾溫度低不易堵塞。此外，采用單筒冷卻機(jī)熱效率高，操作維護(hù)方便，又可抽三次風(fēng)供分解爐燃燒。
(2) 生產(chǎn)規(guī)模可考慮800t/d及500t/d。對于擁有4臺立窯的水泥廠，應(yīng)考慮新增一條800t/d的燒成系統(tǒng)，并淘汰2條立窯生產(chǎn)線。改造后水泥廠熟料產(chǎn)量可增加400t/d左右；對于擁有2臺立窯的水泥廠，可考慮增加一條500t/d的熟料生產(chǎn)線，并淘汰一條立窯生產(chǎn)線，這樣工廠熟料生產(chǎn)能力可增加約200t/d。
2.2 應(yīng)用實(shí)例
　　以江蘇某廠為例，該廠擁有4臺機(jī)立窯，規(guī)格分別為φ2.2m×8.5m、φ2.5m×10m、φ2.84m×10m、φ3.0m×10m，年產(chǎn)水泥35萬t。技改方案為新增一條800t/d熟料新型干法線，折除φ2.5m×10m及φ2.2m×8.5m兩條機(jī)立窯生產(chǎn)線，保留原另外2臺機(jī)立窯生產(chǎn)線。技改后工廠總的熟料生產(chǎn)能力合計(jì)為1300t/d，比原有能力提高464t/d，技改效果較好。該廠具體技改方案如下。
(1) 生料制備及儲存。保留原有φ2.2m×6.5m生料磨，并將原φ2.2×6.5m水泥磨改造為生料磨，以滿足回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)需要?；剞D(zhuǎn)窯生料細(xì)度可放寬到12%~14%（0.08mm篩篩余）。原料入磨前須進(jìn)行烘干、細(xì)碎以保證粉磨能力的正常發(fā)揮及生料庫的正常卸料。為保證入窯生料成分的均勻，新建了4座φ8m×20m容量為1000t的生料庫（總儲量為4000t），采用機(jī)械倒庫、庫頂均勻布料，進(jìn)行生料均化。
(2) 煤粉制備及燒成系統(tǒng)。新增φ2.2m×4.4m球磨機(jī)用于煤粉制備，產(chǎn)量為7.0t/h，裝機(jī)容量為240kW，可滿足回轉(zhuǎn)窯用6t/h煙煤的需要；回轉(zhuǎn)窯采用φ3.2m×40m（也可用φ3.5m×45m），四級預(yù)熱器帶分解爐，熟料產(chǎn)量為800t/d，熱耗為3762kg/kg，熟料冷卻機(jī)選用φ3.5m×38m單筒回轉(zhuǎn)冷卻機(jī)。
(3) 廢氣處理。窯尾主排風(fēng)機(jī)選用1825DIBB24風(fēng)機(jī)，功率為500kW，電除塵器用75m2高壓靜電除塵器。
(4) 熟料儲庫。為便于儲存回轉(zhuǎn)窯熟料并轉(zhuǎn)入已有的水泥磨系統(tǒng)，新建4座φ8m×18m、庫容為4000t的熟料庫，可滿足回轉(zhuǎn)窯5d產(chǎn)量的儲存需求（如原有熟料庫夠用，可不建）。
2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析
　　盡管該廠原生產(chǎn)能力為35萬t/a，但實(shí)際最高銷量達(dá)僅27萬t/a，僅為生產(chǎn)能力的77%。技改后，由于一臺水泥磨改為生料磨，水泥產(chǎn)量只有22萬t/a，剩余22萬t/a，剩余22萬t/a 熟料（其中回轉(zhuǎn)窯熟料為15萬t/a）用于幫助其它立窯企業(yè)改善水泥質(zhì)量或提供給粉磨站。該廠技改總投資為4000萬元，改造后不僅可充分發(fā)揮原設(shè)備的生產(chǎn)能力，每年生產(chǎn)22萬t優(yōu)質(zhì)水泥，還可向其它水泥企業(yè)或粉磨站提供22.8萬t優(yōu)質(zhì)熟料，集團(tuán)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯。
3 濕法回轉(zhuǎn)窯的改造
　　濕法窯由于其投資省、管理方便，對原料適應(yīng)性強(qiáng)，生料成分均勻，一段時間內(nèi)很受一些企業(yè)青睞。但其熱耗高，由于煤價(jià)過高，煤費(fèi)幾乎占車間成本的一半，且熟料質(zhì)量也不能適應(yīng)新的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。隨著新型干法水泥技術(shù)的發(fā)展，濕法生產(chǎn)線在市場中的競爭力逐漸削弱，影響了企業(yè)的發(fā)展。
　　近年來，水泥濕磨干燒技術(shù)提取了很大進(jìn)展。這種采用濕法制備生料、干法燒成的生產(chǎn)工藝既保持濕法窯料漿均勻的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了干法工藝熱耗低、勞動生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，是濕法水泥生產(chǎn)線進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造的有效途徑。
采用濕磨干燒技術(shù)對濕法窯進(jìn)行技改，其技術(shù)關(guān)鍵是料漿的過濾、烘干、粉碎。其評定指標(biāo)仍是投資、能耗及運(yùn)行的可靠性。
(1) 投資。將濕法生產(chǎn)線改造為濕磨干燒，可完全利用原濕法生料制備系統(tǒng)，但必須增加料漿過濾、烘干和破碎設(shè)備，以1000t/d生產(chǎn)線為例，其投資情況大致如下表1。
　　由表1可以看出，濕磨干燒投資較低（尚未考慮場持因素及廠內(nèi)多臺濕法窯的情況下逐步改造的靈活性），但投資額視具體情況不，差別很大。
(2) 能耗。濕磨干燒工藝電耗和燒成熱耗見表2。
　　由表2知，干法工藝比濕磨干燒工藝熱耗約低250KJ/kg~418KJ/kg；濕磨干燒工藝雖增加了烘干破碎機(jī)及旋風(fēng)除塵器，阻力有所增加，但省了2~3級旋風(fēng)預(yù)熱器及增濕塔，降低了系統(tǒng)阻力，因些兩種工藝主排風(fēng)機(jī)負(fù)荷接近。此外由于濕磨干燒工藝操作溫度較低，所以其標(biāo)況風(fēng)量與干法工藝接近，濕磨干燒工藝新增耗電設(shè)備為烘干破碎機(jī)及過濾設(shè)備，新增電耗約7.5kwh/t，但其粉磨電耗低于干法工藝，因而其電耗與干法工藝接近。
(3) 運(yùn)行可靠性。濕磨干燒工藝運(yùn)行的可靠性關(guān)健取決于過濾工藝是否可靠。過濾工藝在煤炭和冶金行業(yè)的應(yīng)用已非常成熟，水泥行業(yè)經(jīng)歷從無到有、從不熟悉到熟悉的過程，目前已完全掌握了其運(yùn)行特點(diǎn)。從不熟悉到熟悉的過程，目前已完全掌握了其運(yùn)行特點(diǎn)。以白馬山水泥廠為例，過去因不熟悉板框壓濾和濾餅倉的操作，堵塞及斷料現(xiàn)象時有發(fā)生，生產(chǎn)非常被動，經(jīng)過改造及不斷摸索，操作人員基本掌握了板框壓濾和濾餅倉的操作特點(diǎn)，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。目前真空過濾設(shè)備已從鼓型發(fā)展到盤型，冶金行業(yè)進(jìn)一步把盤型濾布改為陶瓷以提高過濾性能，從而大大提高了單機(jī)生產(chǎn)能力，保證了烘干破碎機(jī)的穩(wěn)定正常運(yùn)行。
　　濕磨干燒工藝的成功之處在于能夠充分利用原有設(shè)備及建（構(gòu)）筑物，減輕了基建工作量，節(jié)省了大量投資，且充分發(fā)揮了濕法工藝生料均勻及干法工藝熱耗低、勞動生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，因些深受歡迎。
　　目前國內(nèi)一些濕法窯水泥廠已考慮采用濕磨干燒技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，改造項(xiàng)目已不局限于φ3.5m回轉(zhuǎn)窯，還涉及到φ3.0m回轉(zhuǎn)窯。采用濕磨干燒技術(shù)投資約4000萬元，將其改造800t/d熟料的濕法干燒工藝，熟料燒成熱耗可達(dá)3762KJ/kg，比新型干法窯熱耗約高418KJ/kg~627KJ/kg，仍然是合算的。
表1 濕磨干燒與干法燒成工藝投資對比 （略） 表2 濕磨干燒工藝與干法工藝能耗對比（略）