大型水泥廠的設(shè)計(jì)理念

　　目前國(guó)內(nèi)外5000t/d以上規(guī)模的水泥廠逐漸成為業(yè)主建設(shè)的首選，水泥廠的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，過(guò)去傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念正在發(fā)生變化。筆者曾擔(dān)任海螺徐州10000t/d、樅陽(yáng)10000t/d、池州海螺8000t/d、華新陽(yáng)新6000t/d、武穴6000t/d、巴基斯坦 KOHAT和GHARIBWAL6000t/d等大型水泥項(xiàng)目的設(shè)總，根據(jù)這些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程和投產(chǎn)后的情況以及新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，筆者將大型水泥廠的設(shè)計(jì)思路和主體方案應(yīng)遵循的理念概括為“可靠、簡(jiǎn)單、先進(jìn)、節(jié)能、環(huán)?！笔畟€(gè)字，下面通過(guò)幾個(gè)主體方案的選擇進(jìn)行論述。

　　1 廠址的選擇

　　廠址的選擇突出的是“可靠”二字，就是原料供應(yīng)要可靠、市場(chǎng)銷售要可靠，過(guò)去將一個(gè)完整水泥生產(chǎn)線放在同一個(gè)廠址的概念，正在慢慢變?yōu)?a target="_blank" style="color: #4284f4; text-decoration: underline;">熟料、水泥項(xiàng)目分別建設(shè)，即熟料線靠近礦山而粉磨站靠近市場(chǎng)的選址思路。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)水泥銷售以汽車運(yùn)輸為主，汽車運(yùn)輸?shù)木嚯x畢竟有限，太遠(yuǎn)則運(yùn)輸成本上升且不能適應(yīng)市場(chǎng)的波動(dòng)。另外，在銷售市場(chǎng)附近建設(shè)粉磨站有樹(shù)立品牌形象、給顧客以安全可靠的感覺(jué)。水泥廠用量最多的原料是石灰石，其運(yùn)輸量占全部物流的一半，因此熟料線靠近礦山可以減少運(yùn)輸成本，降低由于原料供應(yīng)而影響生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。熟料線的選址還應(yīng)該考慮交通的便利性和熟料運(yùn)輸?shù)某杀?，象樅?yáng)海螺、池州海螺、銅陵海螺、華新陽(yáng)新、華新武穴等大型熟料基地建設(shè)在長(zhǎng)江沿岸，在長(zhǎng)江上建有專用碼頭，利用廉價(jià)的水路運(yùn)輸將熟料運(yùn)往各粉磨站或外銷，這樣就大大降低了熟料的生產(chǎn)成本和銷售運(yùn)輸成本，增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。

　　2 礦山的選擇和規(guī)劃

　　礦山的選擇和規(guī)劃要著重考慮“可靠、環(huán)?！保谫Y源日益緊張的今天，選擇一個(gè)儲(chǔ)量大、質(zhì)量好的礦山不是很容易的事情，在浙江全省有那么多水泥廠，但好的礦山僅集中在兩個(gè)區(qū)域。因此對(duì)礦山的要求不能太高，過(guò)去追求的同時(shí)具備大儲(chǔ)量、高鈣、低堿、均勻穩(wěn)定、易開(kāi)采等要求已經(jīng)不太好滿足，隨著水泥廠不斷大型化，技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)原料的適應(yīng)性也越來(lái)越強(qiáng)，只要有害成分不是太高、品位滿足基本配料要求即可。但礦山必須要作好詳細(xì)的地質(zhì)勘探，設(shè)計(jì)好長(zhǎng)遠(yuǎn)的開(kāi)采計(jì)劃和資源利用方案。前幾年普遍對(duì)礦山的規(guī)劃工作不夠，認(rèn)為只要能運(yùn)下石頭就行，簡(jiǎn)單地做個(gè)道路、削頂和開(kāi)采平臺(tái)就匆匆投入使用了，結(jié)果一、兩年后礦山無(wú)法開(kāi)采，只好重新再作設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在有經(jīng)驗(yàn)的水泥集團(tuán)對(duì)礦山的前期工作十分重視，特別是地質(zhì)部分，提前做好資源利用(搭配)方案和長(zhǎng)遠(yuǎn)的開(kāi)采規(guī)劃，做到有控制地開(kāi)采?，F(xiàn)在大的水泥公司，對(duì)剝離下來(lái)的廢石，全部搭配利用，既節(jié)約資源、又符合國(guó)家提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

　　3 原料預(yù)均化設(shè)計(jì)

　　原料預(yù)均化的設(shè)計(jì)突出的是“簡(jiǎn)單”二字，在大型水泥廠的設(shè)計(jì)中，原燃料特別是石灰石均設(shè)有預(yù)均化堆場(chǎng)，但由于石灰石在礦山的開(kāi)采過(guò)程中已經(jīng)有意識(shí)地進(jìn)行了搭配，且日用量特別大，一條萬(wàn)噸線的日用量大約1．2萬(wàn)噸，爆破時(shí)間間隔大大縮短，礦山的生產(chǎn)自然包含了均化作用。因此石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)用于儲(chǔ)存的作用就高于均化作用了，大型回轉(zhuǎn)窯對(duì)原料的適應(yīng)性很強(qiáng)，對(duì)均化的敏感性不像小型回轉(zhuǎn)窯那么高。這樣石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)的真正作用就是作為石灰石破碎和生料磨之間的緩沖，一般破碎機(jī)更換一副錘頭的時(shí)間為ld，則石灰石的儲(chǔ)量設(shè)計(jì)3d就足夠了，一般礦山到廠區(qū)采用長(zhǎng)膠帶輸送機(jī)或設(shè)有專用運(yùn)礦道路，因此不存在運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。在大型水泥廠中，長(zhǎng)形預(yù)均化堆場(chǎng)由于可擴(kuò)建性，應(yīng)該更具有優(yōu)勢(shì)，但軌道寬度要控制在40m以內(nèi)，否則取料機(jī)大梁的剛度就面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。堆料層數(shù)也沒(méi)有必要設(shè)計(jì)400層那么多，堆料機(jī)的速度可以放慢，堆場(chǎng)必須設(shè)有應(yīng)急通道，在取料機(jī)檢修時(shí)使用。國(guó)外還有一種思路，就是直接將石灰石配料秤設(shè)在取料機(jī)下面，取消石灰石配料庫(kù)，以減少中間環(huán)節(jié)，提高運(yùn)轉(zhuǎn)率。

　　由于國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)日益緊張，質(zhì)量好的原煤價(jià)格很高，許多水泥廠采用劣質(zhì)煤，而且貨源不能穩(wěn)定，進(jìn)貨渠道不固定，所以必須設(shè)置原煤預(yù)均化堆場(chǎng)。原煤不像石灰石那樣靠近礦山，必須有一定儲(chǔ)量以抵抗市場(chǎng)供應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)和保證必要的均化效果，儲(chǔ)存期設(shè)計(jì)為7-10d為宜。

　　生料均化庫(kù)也不必追求過(guò)高的均化效果，它的儲(chǔ)存作用和均化作用同樣重要，選擇均化效果達(dá)到5的均化庫(kù)即可滿足大型水泥廠的需要。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為可以取消生料庫(kù)，出磨生料直接入窯，但筆者認(rèn)為不可行，因?yàn)檫@樣窯喂料量很難調(diào)節(jié)，燒成系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定。如果生料磨采用兩套系統(tǒng)，生料儲(chǔ)存期可設(shè)計(jì)為1～2d；如果生料磨采用一套系統(tǒng)，生料儲(chǔ)存期設(shè)計(jì)為2～3d為宜。

　　4 原料粉磨系統(tǒng)的選擇
　　原料粉磨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮“節(jié)能”二字，筆者負(fù)責(zé)的幾個(gè)大型項(xiàng)目，除華新武穴采用風(fēng)掃磨外，其余全部采用立磨。立磨系統(tǒng)因?yàn)槠涔?jié)電、流程簡(jiǎn)單成為大型水泥廠的首選，國(guó)內(nèi)5000t/d項(xiàng)目采用管磨系統(tǒng)的不外乎兩個(gè)原因：一是原料難磨，如石英砂巖含量高，二是立磨供貨周期太長(zhǎng)，影響建設(shè)工期。但由于大型水泥廠用電量很大，立磨的節(jié)電效果明顯，因此只要有一點(diǎn)可能，也要采用立磨。

　　過(guò)去有些項(xiàng)目模仿山東大宇的立磨工藝流程，即采用所謂高濃度電收塵器，出磨氣體不設(shè)置旋風(fēng)筒，事實(shí)證明這樣設(shè)計(jì)是不成功的，收塵效果很差。無(wú)論采用電收塵器還是袋收塵器，出磨含塵氣體均應(yīng)設(shè)置旋風(fēng)筒進(jìn)行預(yù)收塵，以降低收塵器的負(fù)荷，提高氣體排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　為了保護(hù)立磨，在物料進(jìn)磨前設(shè)有三通，將探測(cè)到的含鐵或其它金屬物料排放出去。在小型廠可以直接排放或設(shè)廢料倉(cāng)，但大型水泥廠每次物料排放量很大，因此在進(jìn)調(diào)配庫(kù)前即設(shè)置除鐵器，進(jìn)行“預(yù)除鐵”，生料磨前排放的廢料再入循環(huán)倉(cāng)進(jìn)行“二次除鐵”，以減少?gòu)U料的運(yùn)輸量。

　　5 燒成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　燒成系統(tǒng)是水泥廠的核心，設(shè)計(jì)的原則應(yīng)是“先進(jìn)、節(jié)能、環(huán)?！保瑹上到y(tǒng)的技術(shù)十分成熟，可以說(shuō)國(guó)內(nèi)的技術(shù)與國(guó)外沒(méi)有什么差別。國(guó)內(nèi)外各著名設(shè)計(jì)單位的分解爐爐型不一樣，但工作原理和技術(shù)參數(shù)十分接近，以天津院第三代燒成系統(tǒng)和樅陽(yáng)10000t/d對(duì)比為例(表1)。

　　從表l可以看出，我國(guó)的新型干法水泥技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，完全掌握了核心技術(shù)。不但如此，而且新一代燒成系統(tǒng)對(duì)原燃料的適應(yīng)性更強(qiáng)，過(guò)去認(rèn)為原煤的熱值應(yīng)大于22990kJ才能滿足預(yù)分解窯的要求，而現(xiàn)在只要18810kJ即可，甚至更低，這樣就大大降低了原料成本。目前需要重點(diǎn)研究的是如何優(yōu)化窯尾塔架的用鋼量和推廣兩檔窯，以降低一次性投資。最近投產(chǎn)的由天津院設(shè)計(jì)的天瑞石龍5000t/d項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)對(duì)塔架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，較傳統(tǒng)的5000t/d項(xiàng)目節(jié)約鋼材130t。

    目前國(guó)家大力提倡利用水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行垃圾焚燒，即對(duì)工業(yè)廢棄物進(jìn)行處理，這種處理既不造成二次污染，又比專門設(shè)計(jì)一套垃圾處理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)，處理能力很大。因此燒成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但要考慮“先進(jìn)、節(jié)能”，還要考慮對(duì)“環(huán)?！钡呢暙I(xiàn)。

　　6 水泥粉磨系統(tǒng)選擇
　　水泥粉磨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)也是“節(jié)能”，因?yàn)樗喾勰ゲ糠衷谒鄰S中所占電耗比例最大，約為45％?？晒┻x擇的水泥粉磨系統(tǒng)流程很多，有開(kāi)流磨、普通閉路磨、預(yù)粉磨、聯(lián)合粉磨、終粉磨、立磨等。開(kāi)流磨即高細(xì)磨，雖然能耗低、投資低，但調(diào)整水泥品種比較困難，水泥成品溫度太高，除兩廣地區(qū)外不太受用戶歡迎；普通閉路磨流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，以拉法基公司為代表的國(guó)外大公司基本采用該系統(tǒng)，但筆者認(rèn)為該系統(tǒng)不適于國(guó)內(nèi)大型水泥廠，原因是電耗較高，我國(guó)是能源消耗大國(guó)，不符合“節(jié)能”的理念，因此輥壓機(jī)和立磨應(yīng)該是大型水泥廠設(shè)計(jì)的首選方案。無(wú)論預(yù)粉磨還是聯(lián)合粉磨，每噸水泥至少節(jié)電5kWh，如果采用終粉磨或立磨系統(tǒng)則每噸水泥節(jié)電12～15kWh。隨著新材料技術(shù)和機(jī)加工能力的不斷提高，輥壓機(jī)給人以不可靠、維修量大的感覺(jué)會(huì)慢慢改變，輥壓機(jī)用于終粉磨也不是不可能。至于立磨，應(yīng)該是水泥粉磨的發(fā)展趨勢(shì)。筆者曾經(jīng)負(fù)責(zé)安徽朱家橋水泥公司的設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目采用拉法基公司立磨粉磨水泥和礦渣，運(yùn)行將近十年，效果一直很好。天津院在浙江某公司將立磨成功用于粉磨礦渣，后又陸續(xù)為唐山、福建等公司提供了數(shù)套立磨用于粉磨礦渣，礦渣較熟料難磨，因此立磨用于水泥粉磨也一定是一個(gè)趨勢(shì)。

　　7 余熱發(fā)電系統(tǒng)
　　不需要補(bǔ)燃的低溫余熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)十分成熟，這為水泥廠的節(jié)能設(shè)計(jì)提供了很好的技術(shù)支撐，過(guò)去燒成系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過(guò)增濕、降溫、收塵處理后直接排放，沒(méi)有對(duì)這部分余熱加以回收利用。目前該技術(shù)余熱發(fā)電量可達(dá)36～40kWh/t熟料，主要流程是在窯頭冷卻機(jī)廢氣出口設(shè)置窯頭余熱鍋爐AQC爐，前段為蒸汽段，后段為熱水段，在窯尾預(yù)熱器的廢氣管道上設(shè)置SP余熱鍋爐，SP爐產(chǎn)生的蒸汽與窯頭AQC余熱鍋爐前段產(chǎn)生的蒸汽合并后送入汽輪機(jī)作功發(fā)電。隨著能源供應(yīng)的日益緊張，節(jié)能減排成為基本國(guó)策，國(guó)家對(duì)新的水泥生產(chǎn)線審批時(shí)，要求同步設(shè)計(jì)余熱發(fā)電系統(tǒng)，因此余熱發(fā)電系統(tǒng)是最能體現(xiàn)“節(jié)能”這個(gè)理念了。

　　8 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)
　　電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)主要考慮“可靠、先進(jìn)”的原則，現(xiàn)在水泥項(xiàng)目的調(diào)試主要是調(diào)電氣設(shè)備和相應(yīng)的參數(shù)，影響運(yùn)轉(zhuǎn)率的因素有很多是電氣原因，所以電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)思路首先是“可靠”，特別是大型水泥廠，主機(jī)不能開(kāi)開(kāi)停停。自動(dòng)化的設(shè)計(jì)指標(biāo)是一個(gè)工廠技術(shù)水平的重要標(biāo)志，只有自動(dòng)化水平提高，才能減少操作工人，降低生產(chǎn)成本，才能完善設(shè)備的安全保護(hù)措施，并提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，因此自動(dòng)化設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)永遠(yuǎn)是“先進(jìn)”?，F(xiàn)在大型工廠的測(cè)點(diǎn)越來(lái)越多，需要處理的信息量越來(lái)越大，控制系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)因此而產(chǎn)生，該系統(tǒng)要求采用智能儀表，中低壓采用智能化MCC(智能馬達(dá)控制器)，利用總線通過(guò)Ethernet網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連在一起。雖然儀表和傳動(dòng)部分增加成本，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特別是通訊電纜和橋架的投資會(huì)大大降低，總的投資反而會(huì)減少。筆者負(fù)責(zé)的華新兩個(gè)項(xiàng)目和海螺萬(wàn)噸線均采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用該技術(shù)后，操作員掌握的信息量大大增加，更有利于對(duì)運(yùn)行參數(shù)的判斷和調(diào)整，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，因此值得推廣。

　　大型水泥廠設(shè)計(jì)原則和需要考慮的因素很多，但筆者認(rèn)為關(guān)鍵是“可靠、簡(jiǎn)單、先進(jìn)、節(jié)能、環(huán)?！边@十個(gè)字，過(guò)去強(qiáng)調(diào)的“低投資”、“經(jīng)濟(jì)合理”、“建設(shè)周期最短”、“花園式工廠”、“功能齊全”等理念不是沒(méi)有道理，但相比之下在“以人為本”、“可持續(xù)發(fā)展”的總體思路下，已經(jīng)顯得不是很重要了。