中小型水泥廠的技術(shù)改造與發(fā)展
1 國內(nèi)水泥工業(yè)現(xiàn)狀
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國水泥的總量在一定程度上滿足了基本建設(shè)的需要,水泥工業(yè)的主要矛盾已由總量不足的供需矛盾,轉(zhuǎn)換為技術(shù)、規(guī)模和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失調(diào)的主要矛盾。從國內(nèi)水泥窯的生產(chǎn)方法來看,立窯的臺數(shù)已經(jīng)達到87.6%,而窯外分解窯的數(shù)量僅有1%,加上立筒和旋風(fēng)預(yù)熱器窯的新型干法窯數(shù)量也僅僅達到4.8%,國內(nèi)水泥工業(yè)的技術(shù)指標(biāo)與國外先進水平差距更大。
國內(nèi)水泥工業(yè)集中了各種生產(chǎn)方法,從最原始的立窯到新型干法生產(chǎn)線,不同的窯型在配料、燒成等方面存在較大的差距。新的水泥強度檢驗標(biāo)準(zhǔn)的出臺,限制了小水泥和濕法生產(chǎn)線的發(fā)展,加速了污染大、質(zhì)量差的立窯淘汰的步伐。而新型干法水泥生產(chǎn)線在燒成上能實現(xiàn)高硅率值生料的煅燒,熟料的強度與ISO強度接近。因此,新型干法水泥生產(chǎn)線憑借良好的環(huán)境條件,將有一個較快的發(fā)展。
自我國第1臺“四平型”燒油SF分解爐問世以來,先后研究開發(fā)了邳縣型和新疆型700t/d預(yù)分解系統(tǒng),并從國外引進了2000t/d和4000t/d級系統(tǒng)裝備。預(yù)熱器生產(chǎn)工藝也經(jīng)歷了涇陽型立筒預(yù)熱器、邗江型300t/d旋風(fēng)預(yù)熱器和寶山型600t/d旋風(fēng)預(yù)熱器三次大規(guī)模的推廣。從規(guī)模來看,全國現(xiàn)有114條700t/d級以上的新型干法窯,平均生產(chǎn)能力僅達到48.2萬t,尚有460條生產(chǎn)能力低于700t/d級的新型干法窯(包括立筒和旋風(fēng)預(yù)熱器窯)。受建設(shè)資金的限制,小型干法窯特別是小于Φ3m的干法窯多數(shù)工藝不配套,設(shè)備故障頻繁,經(jīng)濟效益差。而后來大量引進的2000t/d級預(yù)分解窯,受多重因素影響,普遍投資高、達標(biāo)達產(chǎn)困難。因而,在近10年以來新型干法生產(chǎn)線特別是2000t/d以上規(guī)模發(fā)展緩慢。
2 新型干法水泥生產(chǎn)線的低投資設(shè)計理念
1)設(shè)計優(yōu)化;
2)露天化設(shè)計;
3)合理降低物料庫內(nèi)儲存期;
4)取消低利用率的設(shè)備及設(shè)施;
5)重視環(huán)保。
低投資的設(shè)計理念,就是采用“最可靠的設(shè)備、最簡單的工藝流程和廠房”。在保證生產(chǎn)線的完整性、生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性的前提下,力求簡化生產(chǎn)工藝流程,以便于生產(chǎn)管理,減少生產(chǎn)事故點,降低投資。適當(dāng)提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率,并用引進技術(shù)國內(nèi)制造的設(shè)備替代進口產(chǎn)品,提高設(shè)備的國產(chǎn)化率。工藝布置上,簡化設(shè)備廠房,減少建筑面積。在窯頭廠房、庫頂、預(yù)均化堆場等車間選擇露天布置;立磨、風(fēng)機、除塵器、密封性能好的輸送設(shè)備等取消廠房或屋面;帶式輸送機通廊不設(shè)屋頂,用玻璃鋼防雨罩防雨。對各種原料、半成品和成品的儲存,在滿足正常生產(chǎn)要求的前提下,合理減少儲存期,如生料均化庫的儲存期由常規(guī)的3.3d減少到0.8~1.6d。取消車間內(nèi)利用率較低的大型檢修設(shè)備,降低設(shè)備及土建投資。備用設(shè)備在工廠投產(chǎn)后視需要陸續(xù)配置,以減少一次投資。在工藝設(shè)計中合理選取設(shè)備支撐的荷載和動力系數(shù),消除土建設(shè)計的“肥梁胖柱”。減少粉塵污染,利用工業(yè)廢渣。
通過以上的低投資設(shè)計措施,新型干法水泥生產(chǎn)線的投資水平已經(jīng)大大降低,新建2000t/d水泥生產(chǎn)線的投資已經(jīng)由原來設(shè)計的7.5~8.5億元,降低到4億元以下。新建全線2000t/d水泥廠(含礦山)單位產(chǎn)品的總投資達到600~700元/t,熟料生產(chǎn)線(不含礦山)的單位投資達到400元/t。
3 現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線改造模式的探討
3.1 濕法窯的改造方向
傳統(tǒng)的濕法水泥生產(chǎn)線的缺陷,主要表現(xiàn)在燒成熱耗高、對新標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性差,受現(xiàn)有原料系統(tǒng)和投資的限制,可以保留料漿制備的濕法主體,增加料漿過濾系統(tǒng),將燒成系統(tǒng)改造為全干法,即改造為濕磨干燒的生產(chǎn)工藝。如渠江水泥廠3號窯、貴陽水泥廠、雙馬水泥集團7號窯、寧夏賽馬水泥集團等,都是采用濕磨干燒工藝來將傳統(tǒng)的濕法窯改造為新型干法生產(chǎn)線。
貴陽水泥廠1號窯為傳統(tǒng)的濕法窯,在擴建2號窯的方案選擇上,為了極大地利用現(xiàn)有的設(shè)施、減少建設(shè)投資,成都院對擴建工程的建設(shè)方案進行了比較,見表1。工廠規(guī)模為年產(chǎn)熟料30萬t,選擇濕法窯、濕磨干燒和新型干法窯3種方案進行技術(shù)經(jīng)濟分析,從表中可以看到,采用全干法工藝由于利舊設(shè)備較少、建設(shè)投資較高;而采用濕磨干燒工藝,則兼顧了投資和生產(chǎn)效果兩方面的矛盾。所以,新線的建設(shè)方案采用濕磨干燒生產(chǎn)工藝。
序號 |
比較項目 |
濕磨干燒 |
全濕法 |
全干法 | |
1 |
窯型 |
Φ3.3m×50m三級 |
Φ4.4m×165m |
Φ3.3m×50m五級 | |
2 |
燒成熱耗/(kJ/kg) |
3763 |
5971 |
3595 | |
3 |
水泥電耗/(kWh/t) |
110 |
100 |
125 | |
4 |
原料適應(yīng)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 |
占地情況 |
最少 |
居中 |
最多 | |
8 |
技術(shù)先進性 |
先進 |
一般 |
先進 | |
9 |
工程造價/萬元 |
建筑 |
1654 |
1434 |
2405 |
設(shè)備 |
5722 |
5098 |
6787 | ||
安裝 |
1536 |
1275 |
1781 | ||
合計 |
8912 |
7807 |
10973 |
濕法窯改造的第二種方法,是將原有的濕法料漿制備改為干法磨,將濕法窯截短,增加預(yù)分解系統(tǒng),徹底地將濕法窯改造為新型干法窯,上海金山水泥廠的濕改干就是這種工藝的有益嘗試。將華新窯Φ3.5m×145m截短改為Φ3.5m×88m的1000t/d預(yù)熱器系統(tǒng),由于這種改造對原有的工藝線僅僅能夠利用水泥制成和包裝系統(tǒng),改造的投入較多,因而沒有得到有力的推廣。目前,濕法廠的改造普遍采用“干濕并存”的生產(chǎn)格局,即保留原有的濕法窯,異地或在原廠址另外建設(shè)新型干法生產(chǎn)線,國家在“八五”期間建設(shè)的2000t/d生產(chǎn)線基本都是采用這種模式,如重慶水泥廠、華新水泥廠等。
3.2 現(xiàn)有干法窯的改造
除立筒預(yù)熱器外,尚有一批300t/d邗江型及600t/d寶山型五級旋風(fēng)預(yù)熱器窯生產(chǎn)線,這些預(yù)熱器窯普遍存在規(guī)模小、產(chǎn)量低、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題,許多預(yù)熱器窯已經(jīng)進行了改造為預(yù)分解窯的嘗試?,F(xiàn)有的Φ2.5m或Φ2.7m立筒預(yù)熱器,國內(nèi)已有數(shù)條改造為預(yù)分解窯,涇陽型立筒窯改為預(yù)分解窯后,臺產(chǎn)已由6~7t/d提高到14t/d,這種改造模式已經(jīng)被多個廠采納,如四川省夾江水泥廠、新疆卡子灣水泥廠等。現(xiàn)有的600t/d寶山型五級旋風(fēng)預(yù)熱器窯,紛紛列入日程進行改造,如余杭水泥廠將600t/d預(yù)熱器窯改為1000t/d預(yù)分解窯,只需改造煤粉制備、窯尾預(yù)熱器和冷卻機等設(shè)備,實現(xiàn)用較少的投入來提高產(chǎn)量。山東水泥廠將1號預(yù)熱器窯改造為預(yù)分解窯,產(chǎn)量由750t/d提高到900t/d。另外,淮海水泥廠、福建水泥廠3號窯等都是預(yù)熱器改為預(yù)分解窯系統(tǒng)的范例。青海水泥廠1號窯為國產(chǎn)第1條Φ4m×60m立筒預(yù)熱器生產(chǎn)線,原設(shè)計能力850t/d,實際只達到500~700t/d,1989年盡管進行了預(yù)熱器的改造,但是系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和技術(shù)指標(biāo)沒有更大的改觀,因而委托成都院對其1號窯改造為預(yù)分解窯。青海的技術(shù)改造保留窯頭、窯中建筑物,將原有的立筒預(yù)熱器拆除新增1500t/d預(yù)分解系統(tǒng)(相當(dāng)于低海拔2200t/d),完善生料制備系統(tǒng),用較少的建設(shè)投資實現(xiàn)產(chǎn)量翻番。預(yù)熱器窯改為預(yù)分解窯方案見表2。
項目 |
方案一 |
方案二 |
方案三 |
微增型1 |
微增型2 |
倍增型 | |
技術(shù)描述 |
擴大上升煙道 |
增設(shè)離線分解爐,加三次風(fēng) |
增設(shè)常規(guī)分解爐,加 |
產(chǎn)量增加幅度/% |
20~30 |
60~70 |
80~100 |
爐中燃料比例/% |
20 |
45 |
60 |
入窯分解率/% |
50 |
70 |
85 |
燒成熱耗/(kJ/kg) |
3760 |
3550~3760 |
3140~3340 |
事例 |
廣州水泥廠5號窯 |
山東水泥廠1號窯 |
福建水泥廠3號窯 |
3.3 立窯的技術(shù)改造
如何實現(xiàn)立窯改為新型干法生產(chǎn)線是一個很現(xiàn)實的課題,建議有市場、有自備礦山、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施較好的機立窯廠,采用1000t/d以上規(guī)模的預(yù)分解窯生產(chǎn)線,將原有的立窯改為新型干法水泥生產(chǎn)線。充分利用原有的原料儲存和制備系統(tǒng),最大限度地填平補齊,可以將生料磨和水泥磨都改為水泥磨。新增的回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)參見表3。
窯尾方案 | 方案一 | 方案二 | 方案三 |
600t/d五級旋風(fēng)預(yù)熱器 | 1000t/d五級旋風(fēng)預(yù)分解 | 2000t/d五級旋風(fēng)預(yù)分解 | |
預(yù)熱器規(guī)格/mm C1 C2~C3 C4~C5 分解爐 | CNC Φ3800 Φ4300 Φ4600 | CNC Φ4300 Φ5000 Φ5300 CDCΦ4800 | CNC 2-Φ3600 Φ5700 Φ6000 CDCΦ5700 |
回轉(zhuǎn)窯/m | Φ3.2×52 | Φ3.3×50 | Φ4×58 |
冷卻機/m | Φ3.2×38 | Φ3.8×43或空氣梁篦冷機 | 空氣梁篦冷機:52.6m2 |
增濕塔/m 噴水量/(t/h) | Φ5.5×26 1.5~7.5 | Φ6.5×26 3.5~10 | Φ7.5×28,3.5~10 |
電除塵器規(guī)格 電場面積/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 |
燒成熱耗/(kJ/kg) | 4180 | 3550 | 3140 |
表3中的燒成系統(tǒng)采用成都院開發(fā)設(shè)計的CNC型旋風(fēng)預(yù)熱器和CDC分解爐,旋風(fēng)筒采用三心270°包角蝸殼,氣流平緩旋入筒內(nèi),單級冷態(tài)阻力低于1100Pa,熱態(tài)阻力低于750Pa,預(yù)熱器系統(tǒng)設(shè)計阻力4700Pa,具有明顯的低阻特性;旋風(fēng)筒進口采用等角度變高度的切角型進口蝸殼,順應(yīng)流體運行方向。C4、C5級下料口采用膨脹倉,防止氣流變向時引起二次飛揚,分離效率較高,人工捅料方便。出風(fēng)口設(shè)置“脈動”風(fēng)管,避免了低風(fēng)速下物料短路,增強了物料的分散。CDC預(yù)分解系統(tǒng)是由CNC預(yù)熱器和CDC分解爐組成,該分解爐在大量的熱工模型實驗中得以優(yōu)化,結(jié)構(gòu)合理并具有較大的容積,料氣停留時間比大,物料停留時間長,特別適合于劣質(zhì)煤的燃燒。
立窯改為回轉(zhuǎn)窯技術(shù)改造比較有特點的是祥云縣建材(集團)有限責(zé)任公司,該公司是由云南大理州祥云縣的清華洞、三臺坡、太鼎3家水泥廠組成的股份制企業(yè)。清華洞、三臺坡始建于1987和1983年,年產(chǎn)水泥10萬t、太鼎水泥廠年產(chǎn)水泥6萬t,1999年3廠共實現(xiàn)利潤1300萬元。1999年7月3家企業(yè)簽定“投資協(xié)議書”,共出資3000萬元,共同建設(shè)1000t/d新型干法熟料生產(chǎn)線,熟料運輸?shù)?個廠進行粉磨。聯(lián)合建廠既解決了投資的不足,又使各自企業(yè)實現(xiàn)水泥質(zhì)量質(zhì)的突破,值得同類水泥廠借鑒。
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