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(tái)數(shù)已經(jīng)達(dá)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(dá)到4.8%，國內(nèi)水泥工業(yè)的技術(shù)指標(biāo)與國外先進(jìn)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(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，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(shí)現(xiàn)高硅率值生料的煅燒，熟料的強(qiáng)度與ISO強(qiáng)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(gè)較快的發(fā)展。
　　

自我國第1臺(tái)“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(jìn)了2000t/d和4000t/d級(jí)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(jí)以上的新型干法窯，平均生產(chǎn)能力僅達(dá)到48.2萬t，尚有460條生產(chǎn)能力低于700t/d級(jí)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(jì)效益差。而后來大量引進(jìn)的2000t/d級(jí)預(yù)分解窯，受多重因素影響，普遍投資高、達(dá)標(biāo)達(dá)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(jì)理念

　　1)設(shè)計(jì)優(yōu)化；
　　2)露天化設(shè)計(jì)；
　　3)合理降低物料庫內(nèi)儲(chǔ)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(jì)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(diǎn)，降低投資。適當(dāng)提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，并用引進(jìn)技術(shù)國內(nèi)制造的設(shè)備替代進(jìn)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(jī)、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(jī)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(chǔ)存，在滿足正常生產(chǎn)要求的前提下，合理減少儲(chǔ)存期，如生料均化庫的儲(chǔ)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(jì)中合理選取設(shè)備支撐的荷載和動(dòng)力系數(shù)，消除土建設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(dá)到600～700元/t，熟料生產(chǎn)線(不含礦山)的單位投資達(dá)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(hào)窯、貴陽水泥廠、雙馬水泥集團(tuán)7號(hào)窯、寧夏賽馬水泥集團(tuán)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(hào)窯為傳統(tǒng)的濕法窯，在擴(kuò)建2號(hào)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(kuò)建工程的建設(shè)方案進(jìn)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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。

　　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(jí)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(jìn)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(tái)產(chǎn)已由6～7t/d提高到14t/d，這種改造模式已經(jīng)被多個(gè)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(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器窯，紛紛列入日程進(jìn)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(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用較少的投入來提高產(chǎn)量。山東水泥廠將1號(hào)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(hào)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(hào)窯為國產(chǎn)第1條Φ4m×60m立筒預(yù)熱器生產(chǎn)線，原設(shè)計(jì)能力850t/d，實(shí)際只達(dá)到500～700t/d，1989年盡管進(jìn)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(hào)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)量翻番。預(yù)熱器窯改為預(yù)分解窯方案見表2。

　　表3中的燒成系統(tǒng)采用成都院開發(fā)設(shè)計(jì)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(jí)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(jì)阻力4700Pa，具有明顯的低阻特性；旋風(fēng)筒進(jìn)口采用等角度變高度的切角型進(jìn)口蝸殼，順應(yīng)流體運(yùn)行方向。C4、C5級(jí)下料口采用膨脹倉，防止氣流變向時(shí)引起二次飛揚(yáng)，分離效率較高，人工捅料方便。出風(fēng)口設(shè)置“脈動(dòng)”風(fēng)管，避免了低風(fēng)速下物料短路，增強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)間比大，物料停留時(shí)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(diǎn)的是祥云縣建材(集團(tuán))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(tái)坡、太鼎3家水泥廠組成的股份制企業(yè)。清華洞、三臺(tái)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(shí)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(yùn)輸?shù)?個(gè)廠進(jìn)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(shí)現(xiàn)水泥質(zhì)量質(zhì)的突破，值得同類水泥廠借鑒。