淺談水泥制造技術(shù)的現(xiàn)狀與評價（下）

    1.7現(xiàn)代化立窯雛形的出現(xiàn) 

　　在回轉(zhuǎn)窯水泥制造技術(shù)取得革命性發(fā)展的同時，立窯水泥制造技術(shù)也有了長足發(fā)展。主要是：

（1）：料封卸技術(shù)代替了三道閘門，使鎖風(fēng)和連續(xù)卸料有了保證。 

（2）：從預(yù)加水成球到小料球鍛燒，對立窯熱工參數(shù)的連續(xù)監(jiān)控和偏火自動調(diào)控技術(shù)的出現(xiàn)，改善了窯內(nèi)通風(fēng)，使熱工制度日趨穩(wěn)定。 

（3）：從微機(jī)控制配煤到全黑生料、生料配制加配熱，簡化了工藝過程，把立窯的傳熱優(yōu)勢推向了相當(dāng)高度。 

（4）：新窯型及配套裝備研制成功。改變了窯的自身性能。 

（5）：以生料倒庫為特征的簡易粉體化手段在較大范圍推廣，少數(shù)工廠還使用間歇式均化庫，改善了入窯的和生料質(zhì)量。 

（6）：大量工業(yè)廢渣、金屬廢渣和金屬尾礦的應(yīng)用，使水泥在某些地區(qū)成了消化人工廢物的主力軍。 

　　應(yīng)當(dāng)指出，雖然立窯水泥制造技術(shù)有了長足發(fā)展，對回轉(zhuǎn)技術(shù)而言，它在借鑒吸收先進(jìn)工程技術(shù)成果方面卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，從而未能達(dá)到應(yīng)有的發(fā)展水平。1986年在山東出現(xiàn)了閉門燒窯的先例，窯工勞動強(qiáng)度有了根本改善，這應(yīng)是早期現(xiàn)代化立窯和雛形。 

　?。?、發(fā)展背景造成企業(yè)裝備參差不齊，立窯企業(yè)現(xiàn)狀不足以代表制造技術(shù)本身回顧我為水泥工業(yè)發(fā)展史，兩種水泥制造技術(shù)經(jīng)過了不同的發(fā)展歷程。新中國成立之初，國家采取“大中小并舉”“土洋并舉”的工業(yè)發(fā)展方針，立窯水泥得到了前所未有的高速發(fā)展，從此國內(nèi)水泥行業(yè)有了大小水泥行業(yè)、統(tǒng)配水泥與地方水泥之分，水泥制造技術(shù)則有了立窯水泥現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯水泥技術(shù)之分，大水泥通常是回轉(zhuǎn)窯水泥簡稱，小水泥則以立窯水泥工廠為主體。大水泥一般是由國家投資，建設(shè)過程稱“精雕細(xì)刻”，有的建設(shè)過程竟達(dá)十年之久，由于資金來源有保證，工藝過程自然配套完善，裝備也是好的，小水泥的投資主體通常是地方各級政府或集體組織，資金拮據(jù)，建設(shè)方式則簡易上馬，工藝不配套，裝備常常是勉強(qiáng)湊合，自然先天不足。改革開放后，以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展造就了空前的水泥市場空間，新的財政體制使地方有了更多發(fā)展動力，投資少、見效快件　立窯水泥技術(shù)自然當(dāng)數(shù)首選，“因陋就簡”的建設(shè)模式再次被拰推向了極端，從而使立窯水泥得到了超常擴(kuò)張，1986年互1995年間增加速度是回轉(zhuǎn)窯的20倍；盡管近１０年來新型干法水泥有了飛速發(fā)展，到2005年也只占水泥總量的45％，為了改變中小水泥特別是立窯水泥企業(yè)先天不足的狀態(tài)，來，國家以各種形式投資引導(dǎo)提高了相當(dāng)數(shù)量的立窯水泥廠，使眾多立窯水泥生產(chǎn)線改變了原有的面貌，一些生產(chǎn)線甚至具備了現(xiàn)代化立窯的雛形，這樣的發(fā)展背景，一方面“因陋就簡”的擴(kuò)張模式歪曲了立窯水泥制造技術(shù)真實(shí)面目，鑄成了工廠現(xiàn)狀與制造技術(shù)一定程度的分離，另一方面，對立窯水泥進(jìn)行改造、提高、又極大地促進(jìn)了制造技術(shù)的進(jìn)步。 

　　如同回轉(zhuǎn)窯水泥可分為濕法窯、　干法中空窯、立波樂窯、立筒預(yù)熱器窯、旋風(fēng)預(yù)熱器窯和新型干法窯一樣，立窯水泥技術(shù)也有若干種，它大致可分為土立窯、普通機(jī)立窯、機(jī)械化立窯（也有稱為先進(jìn)立窯）、具有現(xiàn)代化立窯雛形的早期現(xiàn)代化立窯和現(xiàn)代化立窯五大類。土立窯工藝先天不足、后天失調(diào)、設(shè)施簡陋、裝備落后，是典型的落后，對比土立窯，普通機(jī)立窯解決了人工卸料問題，通常都配備了相當(dāng)相對完善的主機(jī)設(shè)備，但往往工藝條件與裝備不配套，檢測計量手段原始，生產(chǎn)不穩(wěn)定，仍屬落后，機(jī)械化立窯生產(chǎn)線不僅配備了定型的主機(jī)設(shè)備，工藝配套設(shè)施也比較完善，有一定的檢測計量條件，雖然一系列現(xiàn)代水泥技術(shù)不僅并未被應(yīng)用，但已具備了基本的工藝條件與裝備，因此生產(chǎn)也是基本穩(wěn)定的，所謂具有現(xiàn)代化立窯雛形的水泥生產(chǎn)線，是在機(jī)械化立窯的基礎(chǔ)是發(fā)展起來的，它不僅采用了一系列立窯新技術(shù)，而且一般都不同程度地采用了某些現(xiàn)代水泥通用技術(shù)，雖然不同系列，可它已具備了現(xiàn)代化立窯雛形，現(xiàn)代化立窯應(yīng)當(dāng)是在微機(jī)算機(jī)工業(yè)控制背景下，水泥基本工藝條件、立窯新技術(shù)與現(xiàn)代水泥通用技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，它已不是傳統(tǒng)意義上的水泥立窯，而是一種全新的水泥技術(shù)。 

　?。?、現(xiàn)存的兩種水泥制造技術(shù)分析 

　　雖然習(xí)慣將現(xiàn)存的水泥制造技術(shù)分為回轉(zhuǎn)窯和立窯兩大類，但它們并不是相互分離的獨(dú)立體系。經(jīng)典水泥工藝教程將水泥的工藝過程概括為“兩磨一燒”，再次粉磨對兩種水泥制造技術(shù)是完全通用的，區(qū)別只是“一燒”的過程現(xiàn)設(shè)備，因而評價兩種水泥制造技術(shù)的先進(jìn)與落后實(shí)質(zhì)上是結(jié)兩種煅燒過程與設(shè)備的比較。 

　　何謂先進(jìn)技術(shù)？在資源、能源、環(huán)境和就業(yè)已成這制約人類經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展瓶頸的今天，先進(jìn)水泥技術(shù)應(yīng)該是資源消耗少，能耗低，無污染或者能把污染控制在可以接受的程度。那么現(xiàn)代化立窯水泥技術(shù)的情況是怎樣呢？ 

　　3.1先進(jìn)立窯水泥現(xiàn)新型干法水泥技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比 

　　在落后的土立窯和普通機(jī)立窯占多數(shù)的背景下，將五類立窯水泥技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合并統(tǒng)計，分析結(jié)果自然不會先進(jìn)， 
但是把先進(jìn)的機(jī)械化立窯現(xiàn)新型干法水泥和各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)并不亞于新型干法窯，有些甚至優(yōu)于新型干法窯，進(jìn)入２１世紀(jì)以來，許多立窯水泥企業(yè)開始由單純擴(kuò)張的發(fā)展模式，更加注重質(zhì)的提高，先進(jìn)機(jī)械化立窯的進(jìn)步速度明顯加快，可以肯定隨著現(xiàn)代化立窯的發(fā)展，先進(jìn)立窯的各項指標(biāo)還將有新的提高，判其落后實(shí)在難以服從。

　　3.2兩種水泥煅燒技術(shù)的熱效率分析

　　3.2.1現(xiàn)代化立窯先進(jìn)體現(xiàn)在熟料煅燒過程能耗的降低

　　從熟料礦物形成機(jī)理分析，CaCO3分解的特點(diǎn)之一是CO2的排出使新生CaO的結(jié)構(gòu)具有多孔，這種多孔性使它新生化學(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)，活性大，在立窯煅燒條件下其活性來不及降低就參加熟料形成反應(yīng)，有利于加快固相反應(yīng)中的化學(xué)反應(yīng)速度。

　　從工程學(xué)角度而言，立窯煅燒過程的燃料燃燒屬于無煙燃燒，燃燒，它首先把燃料與生料均勻混合，燃燒產(chǎn)生的熱量幾乎全部用于加熱生料，少量靠近窯筒體的熱料會通過筒體散熱，所幸筒體是固定不動的，容易采取保溫措施，當(dāng)采用暗火煅燒時，煅燒產(chǎn)生的廢氣透過料層時，烘干預(yù)熱料球，出窯廢氣溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100℃，帶走的熱量極少，熟料離開系統(tǒng)時也會帶走熱量，但是在立窯系統(tǒng)中。物料自上而下動力，助燃空氣自下而上動力，高溫物料攜帶的熱量對助燃空氣進(jìn)行了預(yù)熱，過程合理、熱損少，出料溫度可控制在環(huán)境+60℃溫度內(nèi)，故熱工原理是合理的，傳統(tǒng)立窯的不足是燃燒條件差，因?yàn)榱巷灱按罅锨騼?nèi)部煅燒容易缺氧并發(fā)生不完全燃燒，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，例如配料控制技術(shù)的進(jìn)一步完善，強(qiáng)化生料均化，窯型結(jié)構(gòu)、送風(fēng)方式的改進(jìn)，小料包球使料球水分的大幅降低等，現(xiàn)代化立窯熟料耗熱完全可以控制在（600～700）×4.18ＫＪ內(nèi)，它屬于熱效率高的設(shè)備。

　　3.2.2作為熱工設(shè)備，水泥回轉(zhuǎn)窯的熱效率并不高。

　　水泥回轉(zhuǎn)窯的傳熱方式是以輻射為主的，物料在窯內(nèi)的填充率一般只有5～17％，多數(shù)空間被閑置，它的外表面積大，散熱多，保溫困難，作為熱工設(shè)備，它的熱效率并不高，一般40只有％。

　　3.2.3新型干法先進(jìn)主要體現(xiàn)在對廢氣余熱的回收上

　　如上述，保持新生CaO的多孔性是保持其化學(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)，活性大的前提條件，但是這種多孔性結(jié)構(gòu)通常只是剛剛分解出的CaO才具有這種特征。新型干法物料分解是在經(jīng)過預(yù)熱器、分解爐、再入回轉(zhuǎn)窯的過程中完成的，分解過程拉長，分解產(chǎn)物CaO活性降低。在預(yù)熱器內(nèi)分解出來的CaO（約20％～40％）進(jìn)入分解爐升溫收縮，晶格會密實(shí)化，從而使CaO活性降低。所以，新型干法雖然入窯物料分解率比其他形式的回轉(zhuǎn)窯技術(shù)高出很多，（約85％～95％），積極作用是窯的產(chǎn)量翻番，副作用是新生態(tài)的CaO活性倍減。水泥熟料固相反應(yīng)的另一特點(diǎn)是放熱反應(yīng)，理論上放熱量達(dá)420J/g時，就足以使物料溫度升高300℃以上，對熟料形成過程的反應(yīng)并無重大突破，其熱效率仍只有55％左右，還有45％左右的熱能被浪費(fèi)掉，雖然采用余熱發(fā)電可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的綜合熱利用率，但這已不是水泥制造技術(shù)本身的功勞，可以預(yù)見，仍將會有更新的水泥技術(shù)出現(xiàn)。

　　3.3兩種技術(shù)的資源利用分析

　?。?）對原料的適應(yīng)性　眾所周知，新型干法水泥系統(tǒng)對原料有著嚴(yán)格要求，把K2O Na2O Cl-和SO3列為有害成分，這導(dǎo)致許多礦產(chǎn)資源不能利用，《水泥廠設(shè)計規(guī)范》明確規(guī)定石灰石中(K2O+Na2O)＜0.6％，Cl-＞0.015％，燃燒中硫含量小于2.0，而立窯水泥制造技術(shù)則不存在這些限制。它會使許多新型干法水泥技術(shù)判為廢礦的資源得以利用。

　?。?）礦石儲量要求　　水泥廠所需礦產(chǎn)資源儲量與工廠規(guī)模和礦山服務(wù)年限成遞增關(guān)系。新型干法水泥廠規(guī)模一般較大，礦山服務(wù)年限要求長，對小儲量礦山的利用受到限制，而立窯水泥廠對礦石儲量要求低，更能夠有效利用小儲量礦山。我國水泥礦產(chǎn)相對不夠豐富，最大限度的利用資源，是我們的重要戰(zhàn)略，水泥窯立窯技術(shù)在資源利用方面的這些特點(diǎn)無疑是具有非常重要意義的。

　　3.4.1粉塵排放

　　人們對立窯水泥指責(zé)最多的是粉塵污染，其實(shí)這對現(xiàn)代化立窯技術(shù)來說是冤枉的，土立窯、一般機(jī)械化立窯由于工藝不完善，不能保證煅燒過程熱工制度穩(wěn)定，燒成看火崗位不得不采用甚至明火操作，從而造成粉塵排放量大，先進(jìn)的機(jī)立䆥特別是現(xiàn)代化立窯水泥生產(chǎn)線工藝及設(shè)備完善配套，熟料燒成完全可以暗火操作甚至閉門燒窯，厚厚的濕料層相當(dāng)于一臺高效除塵器，隨廢氣逸出的粉塵在透過濕料層時很容易被滯留下來，而在新型干法水泥系統(tǒng)中物料層幾乎始終牌懸浮狀態(tài)，廢氣攜帶粉塵通過旋風(fēng)分離器離開熱工系統(tǒng)，而旋風(fēng)分離器的分離效率很低，一般只有９０％，這樣大量的粉塵隨著廢氣排出，從而加大了粉塵治理的難度和工作量，新型干法水泥系統(tǒng)的收塵也面臨著新的考驗(yàn)。

　　3.4.1廢氣中的有害氣體排放

　?。ǎ保〤O2排放量　熟料煅燒過程中，生料分解和燃燒產(chǎn)生CO2，燃料燃燒產(chǎn)生的CO2與熱耗有關(guān)?，F(xiàn)代化立窯的熱耗比新型干法窯低，CO2排放相對亦低。

　?。?）SO2排放　水泥熟料在燃燒過程中，原燃料中所含硫也被燃燒，從而發(fā)生變化，隨著原燃料的形態(tài)不同，排放量也不同。

　?。?）Nox　主要是指NO 和NO2，其主要來源中燃料中部份含氮有機(jī)物燃燒時分解氧化。

　　3.4.2鉻污染：水泥廠由于窯內(nèi)使用的鎂鉻磚引進(jìn)的。

　　4　水泥制造技術(shù)的發(fā)展

　　4.1現(xiàn)代化立窯提立窯水泥的發(fā)展方向
應(yīng)當(dāng)手指出，立窯水泥雖然有了很大發(fā)展，但是沒有達(dá)到應(yīng)有的水平，如果我們借鑒現(xiàn)代工程技術(shù)對其進(jìn)行改造提高，使現(xiàn)代立窯水泥制造技術(shù)得到完善和面熟，不僅可以做到低成本產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，而且可以出口創(chuàng)匯。

　　4.1.1工藝配置：正確設(shè)計選用現(xiàn)代物料的均化技術(shù)，包括原料、燃料和生料均化技術(shù)。入窯生料三個率值標(biāo)準(zhǔn)偏差完全在控制范圍內(nèi)。恰當(dāng)配備準(zhǔn)確可靠的計量設(shè)備，能保證配料調(diào)整的及時、準(zhǔn)確性。

　　4.2水泥制造技術(shù)的發(fā)展前景

　　科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的，無論是新型干法還是現(xiàn)代化立窯技術(shù)都不是完美的終點(diǎn)。地新型干法發(fā)展到相當(dāng)水平、現(xiàn)代化立窯技術(shù)日趨成熟的產(chǎn)業(yè)背景下，水泥制造技術(shù)必將發(fā)生新的技術(shù)革命，或許已經(jīng)開展的沸騰煅燒技術(shù)研究應(yīng)當(dāng)引進(jìn)我們的注意。

　　5         結(jié)束語

　?。?）先進(jìn)水泥制造技術(shù)的成功是以先進(jìn)工程技術(shù)成就為背景的。新型干法水泥技術(shù)充分吸收了近代工程技術(shù)成果，從而成為現(xiàn)在回轉(zhuǎn)窯水泥制造技術(shù)的先進(jìn)。立窯水泥制造技術(shù)尚未吸收技術(shù)充分吸收近代工程技術(shù)成果，亦未能達(dá)到應(yīng)有的發(fā)展水平，仍有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展?jié)摿Α?

　?。?）　兩種水泥制造技術(shù)不是相互的獨(dú)立體系，區(qū)別在于煅燒過程與設(shè)備。

　?。?）我為特殊的水泥工業(yè)發(fā)展背景、決定了水泥現(xiàn)狀不足以代表制造技術(shù)的先進(jìn)與落后，土立窯和一般機(jī)立窯屬于落后技術(shù)應(yīng)當(dāng)淘汰，現(xiàn)代化立窯水泥制造技術(shù)對原料要求低，資源利用充分，熱效率高，更環(huán)保，應(yīng)當(dāng)支持發(fā)展。

　　（4）在新型干法技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)水平、現(xiàn)代化立窯技術(shù)日趨成熟的產(chǎn)業(yè)背景下，水泥制造技術(shù)必將發(fā)生新的革命。