第6-1章水泥生产工艺

第6-1章水泥生产工艺1硅酸盐水泥的生产工艺

1.1生产过程

硅酸盐水泥的生产过程通常可分为三个阶段：生料制备熟料煅烧水泥制成及出厂两磨一烧生产工艺流程

（1）原料破碎大破碎比大惯量、坚固转子柔性悬挂锤头，锤盘堆焊破碎板可调，齿板可互换排铁安全门可调顺向篦子可调，篦子板可互换FAG轴承、以色列华尔泰V带手动盘车装置（国家专利）轴承温度监控液压检修工具NPC单转子锤式破碎机特点（1）原料破碎2NPC双转子锤式破碎机特点大破碎比大惯量、坚固转子柔性悬挂锤头，锤盘堆焊转子相对回转，强制出料对称、顺向、可调篦子，篦子板可互换分体式可调承击砧(国家专利）加强型衬板防松FAG轴承、以色列华尔泰V带轴承温度监控液压检修工具（1）原料破碎篦子（1）原料破碎破碎比较大、大惯量飞轮实体柱状刚性转子转子体与主轴无键联接刚性镶嵌式高铬合金板锤二级反击板反击板两端互换高铬合金均整板进口V带传动轴承温度监控NPF反击式破碎机特点（1）原料破碎NPG齿辊式破碎机特点挤压、剪切破碎差速回转辊皮与辊芯锥面过盈配合树脂帘防粘附刮泥装置可调气液加压弹性定位液压调节间隙（1）原料破碎转子辊子分为固定辊和活动辊。两辊的结构基本相同。辊子主要由带轮、主轴、定位辊芯、辊皮、螺柱、中间套、张紧辊芯及轴承等组成。活动辊轴承座可在滑道上滑动，与滑道接触部分粘有聚四氟乙烯，固定辊与滑道采用紧固件直接联接。两辊辊齿工作面相对并错开排列。定位辊芯和中间套与主轴之间用胀套连接，辊皮与两辊芯之间则通过锥面过盈配合传递扭矩。锥面的过盈配合通过螺柱轴向拉紧来实现，同时配有拆卸螺栓。（1）原料破碎工作原理多辊式输送机，辊子外形特殊设计，各辊子同向转动，将堆积在其上厚料层从一端强制送到另一端。细小物料从相邻辊齿或耐磨板之间形成的空隙漏下，间隙的大小与产品要求相适应。粗大的物料则被送至后续破碎设备进行破碎。适应输送石灰石、砂岩、粘土及其混合料等主要系列产品（单、双系列）NWG2024辊式喂料机NWG2026辊式喂料机NWG2324辊式喂料机NWG2424辊式喂料机系统输送能力最高可达1800t/h1破碎系统设备波动辊式喂料机（1）原料破碎湿软硬料混杂、碎料多的工况

单一挤压原理破碎机(颚式、旋回、圆锥）：排料不畅、破碎效率低剪切原理破碎机(齿辊、轮齿式）：难以适应其中的硬质物料冲击原理破碎机(锤式、反击式）：细料过粉碎、粘料易堵、磨损大（1）原料破碎常见：板喂机+冲击式破碎机大量细小、粘湿物料加剧磨损，破碎腔堵塞（1）原料破碎难题的解决预筛分工艺（板喂机+NC型辊式喂料机+破碎机）预筛分系统：充分利用资源；低电耗；低损耗；高产量、低维护筛出粘湿物料不粘、不堵，允许石头、覆土混杂筛出细碎物料无过粉碎，提高产量、降低电耗仅大块料进破碎充分利用冲击、挤压破碎多辊式预筛分筛分效率高，低振动（1）原料破碎（2）原料预均化（2）原料预均化现场（3）生料制备水泥粉磨（9）水泥粉磨系统(开路/闭路/联合)（4）生料均化（5）生料预分解（6）预热器系统（7）熟料煅烧及冷却（8）回转窑（10）水泥散装系统（11）水泥包装1.2生产方法的分类及其特点（一）按生料制备方法分：立窑生产回转窑生产普通立窑机械化立窑干法回转窑湿法回转窑半干法回转窑湿法干法

（二）按煅烧熟料窑的结构分：

按生料制备方法分类(1)干法将原料同时烘干与粉磨或者先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窑内煅烧成熟料，称为干法生产。(2)湿法将原料加水粉磨成生料浆后喂入湿法回转窑煅烧成熟料，称为湿法生产。

湿法新型干法按煅烧孰料窑的结构分类（1）立窑生产利用竖式固定的水泥煅烧设备，即立窑煅烧水泥的方法称立窑生产。（2）回转窑生产利用卧式回转的设备，即回转窑来煅烧水泥孰料的方法称为回转窑生产。按进窑物料水分不同，回转窑又分为湿法回转窑、半干法回转窑、干法回转窑及新型干窑。立窑回转窑

各生产方法的特点立窑生产特点：A.投资少，见效快B.可以就地取材、就地生产、就地使用C.立窑能源消耗比较低D.立窑生产规模比较小湿法回转窑生产工艺流程与特点

A.熟料质量较好且均匀B.粉尘飞扬少

c.熟料单位热耗高新型干法水泥生产技术特征

（1）优质（2）低耗：热耗3000kJ/kg以下，水泥单位电耗90～110kWh/t以下。（3）高效：单位容积产量达110～270kg/m2，劳动生产率达1000～4000t/年·人。

(4)环保

(5）装备大型化：单机生产能力达10000t/d(6)生产控制自动化

(7)管理科学化

(8）投资大建设周期较长2.1

节约资源2新型干法水泥技术发展现状

余热发电技术在国内外水泥生产线中广泛推广应用，具有技术独特、余热发电能力强、系统稳定、投资省、效益高、建设周期短等显著特点。余热发电2.2

从节约资源到开拓资源的新领域

（1）要提高矿山资源的利用率，充分挖掘深部资源，坚决取消浪费资源的坡面开采。（2）当前的要求是如何充分利用当地具有的各种废渣，不仅是常用的粉煤灰、矿渣，还要注意到利用其它各种工业废渣，不仅做混合材，还要做原料，这样既利用了废渣，而且还可能降低烧成热耗。例如：采用电石法生产维纶的工艺过程中产生出电石渣、废石灰、石灰石尾矿、粉煤灰及焦碳粉等工业废渣，利用太湖污泥为原料替代硅铝质原料生产高标号水泥。NC设计——湖州达强（资源综合利用）NC设计的浙江三狮湖州达强、皖维公司或综合利用了太湖污泥或综合利用了电石渣及焦碳粉等固废资源大比例作为替代原料生产水泥。2.2

从节约资源到开拓资源的新领域

（3）有条件的水泥厂可以参与城市和工业垃圾的处理，采用处理以后的垃圾来部分代替原、燃料，又能够为城市环境保护做出贡献。（4）开拓新资源的前提，就是依靠原料的预均化和生料的均化来保证生产的稳定性。提高生料均化库的均化效果采用了有效的控制软件，为了减少窑灰对烧成的影响，开发了子母生料均化库。鞍山冀东（资源综合利用）2.3燃无烟煤生产水泥技术

常规煤粉的工业分析（满足不了工程技术开发设计的需要）煤粉燃烧性能检测（必须补充的实验检测内容）

2.1、可燃性指数

2.2、着火特性指标

2.3、活化能与指前因子

2.4、着火稳燃特性指标

2.5、煤粉的燃烬特性表预分解窑燃无烟煤生产水泥熟料的主要技术创新和研究开发内容编号技术创新和研究开发内容涉及的生产系统具体内容1煤粉制备系统的开发研究包括工艺流程性能，专用输送、选分、计量设备，控制系统等的开发研究2回转窑烧成系统的开发研究包括窑用燃烧器，蓖冷机，一次风机及燃烧器系统流程和工艺配置3预热器分解炉系统的开发研究专用预热器、分解炉的开发研究，该系统工艺布置等的开发研究4相应自动化控制系统、专用机械设备的开发研究5系统工艺参数和操作性能的测试分析，系统优化研究目前，燃无烟煤生产水泥技术主要有：控制煤粉细度-----通过煤粉制备技术及选粉技术实现。提高烧成系统二、三次风温-----通过篦冷机技术及合理设置取风、送风技术实现。提高窑头燃烧器技术性能来提高窑头烧成性能------通过研发新型燃烧器来实现。提高分解炉的技术性能-----专门设计分解炉形式、规格，特别对风、煤、料入口相对位置关系、形状、数量、线速度和角速度大小以及炉内各缩口的设置进行个体化设计，保证煤粉及时着火、燃尽和生料充分分解。2.4燃高硫煤生产水泥的技术提高系统对含硫高的原、燃料的适应性：*控制配料方案，提高熟料中含硫化合物的固熔量；*调整预热、预分解系统的温度梯度布置，尽量减少物料中硫的挥发率；*调整预热器、分解炉、窑尾等结构，控制风、煤、料的结合以调控窑尾部分的温度场、气体流场及物料浓度场的分布；在分解炉缩口，窑尾斜坡、关键下料点等地方及容易形成粘结的地方改变形状和截面积，增设便利的捅料口，减轻粘堵结皮或便于清理。

烧成系统的节能（1）采用低压损旋风预热器、具有明显的节能效果，大约可以减少1000Pa系统阻力损失，采用大规格的分解炉，可以适应煤种的变化，而这是目前市场中常见的现象。但是放大必须有充实的技术基础，不然得不到预期的效果。（2）二支承的回转窑在国际上已经发展多年，此种窑型除了在机械方面有很多优点外，熟料质量提高，窑不容易出现变形，从而增加了耐火砖的使用寿命。NC研发江苏联合超短窑系统2.5节能技术烧成系统的节能

熟料冷却机的选择也要重视它的特点，相对于烧成系统的其他设备，冷却机的潜力远不如他们，因此要留有较多的余地。冷却机的另一方面是要重视它的鼓风电耗，由于在采用第三代冷却机的时候部分不良设计会增加很大的压力损失，造成电耗增加。2.5节能技术粉磨技术的节能

当前相对现代烧成系统的热效率达到50%以上，粉磨能耗的效率却不到10%，但是目前针对这个薄弱环节，各厂商努力研究各种新型技术来改善，其中重要的是采用更为耐磨的材料来适应新型的粉磨系统，如柱磨机、离心式冲击破碎机等，一个方面是提高选粉工艺过程中的固气比，改善选粉机内的流体状态，来降低通风量，节约电耗。合理选择预粉磨设备，使其达到预期的目的，防止预粉磨设备和球磨机不匹配，造成不能充分发挥预粉磨设备的效果。2.5节能技术

新型干法水泥生产工艺依靠大量的风机，风机的效率影响大量的电耗，而风机效率的高低取决于工作点是否在风机的最高效率位置，这就要依靠高效率的调速装置，同时还必须选择具有高质量的风机。2.2.3变频技术降低风机电耗2.5节能技术2.6环境保护提到更高的层次

（1）在新型干法生产线中有大量的粉尘和废气排放，因此，选择合理的废气处理系统对于投资和电耗也有比较大的影响，其中包括对收尘器选型以及系统的设计。2.6环境保护提到更高的层次（2）粉尘的污染的另一个问题是物料的堆放、装卸，目前大量的粉磨站出现熟料装、卸料时的冒灰必须进行有效治理。（3）噪声的问题也引起特别的关注，经过标定工厂内噪声分布如图,当前由于风机引起的噪声严重影响了环境，必须提高消音装置的质量，和采用隔音措施。水泥厂噪声分布图1建成的4×5000t/d项目分别于2011年12月、2012年2月投产的2×10000t/d项目2.7水泥生产线往大型化发展

2.7水泥生产线往大型化发展沙特SCC公司的两条万吨线的现场实景图两条生产线分别于2008年4月和8月相继投产运行2.7水泥生产线往大型化发展生产线大型化后，由于企业能力和机组生产能力很大，任何原因造成的停机，包括生产的波动都会引起很大的经济损失，诸如设备故障、操作失误、市场滞销等。生产线大型化，不仅要求增大设备的规格并且要求提高设备的使用率。安全性和可靠性要建立在充足的资源，良好的设备和优秀的管理基础上。（1）安全性和可靠性:几种规模生产线的主要技术经济指标序号项目50006000800010000备注1熟料生产能力t/d≥5500≥6500≥8000≥110002熟料电耗kWh/t≤54~60（6级预热器电耗高约2kWh/t）3水泥粉磨电耗kWh/t≤30~334熟料热耗kCal/kg≤720~750（6级预热器热耗减少约3kg标煤/t-cl）5烧成系统年利用率≥88%（320天）6投资额度100%~105%~140%200%7增产额度100%~120%~150%200%

3.1深化节能减排技术3.2水泥窑协同处置废弃物3.3配置水泥技术3.4低钙水泥技术

3.5水泥行业外拓展技术

3.水泥生产前沿技术3.1深化节能减排技术降低NOx排放降低电耗处置废弃物降低热耗降低CO2排放深化节能减排技术

a.六级预热技术

b.高固气比喷腾传热技术

c.高效低一次风燃烧技术d.第四代高效篦冷机技术e.劣质燃料的局部富氧燃烧技术1)节能减排的烧成技术核心---降低烧成热耗降低窑头余风带走热

降低系统表面散热

降低熟料带走热

降低窑尾废气带走热

熟料形成热

烧成系统可降低热耗50～55kcal/kgclb.高固气比喷腾传热技术高固气比喷腾传热技术原理：实现高固气比；湍流传热；改善料粉分散的均匀性；延长物料热交换时间；结论：将高固气比喷腾传热技术运用到预热器系统中进行热态模拟结果：和先进的常规传热技术相比，预热器阻力增大300~400Pa，C1出口温度降低30°C，减少热耗10~15kcal/kg.cl。高固气比预热预分解技术目前已在国内一些生产线得到应用，陕西阳山庄水泥2500t/d生产线是目前投产的规模最大的生产线，该生产线烧成系统操作画面见下图。

陕西阳山庄水泥2500t/d生产线烧成系统操作画面C、.劣质燃料的局部富氧燃烧技术

富氧燃烧(Oxygenenrichedcombustion,OEC)：对于富氧燃烧的工业窑炉来说，富氧空气中的氧含量一般为28%~40%，以提高燃料的燃烧效率。

富氧燃烧优点：大幅提高火焰温度，增加辐射传热：空气含氧为29%时，理论燃烧温度为2375℃；加快燃烧速度,促进燃料完全燃烧:氧气浓度提至25%时，煤粉燃烧时间可缩短16%;

降低燃料的燃点温度和燃尽温度：对于固体燃料，如石油焦，氧浓度33%时的燃点比20%时降低40~80℃；燃尽温度降低140~200℃。提高热效率，提高热量利用率

：适当减少助燃风量（降低了空气过剩系数和N2含量），从而减少了燃烧后的烟气量、提高热量利用率。采用富氧技术对于窑内火焰温度提升明显，着火初始阶段，富氧平均温度可提高50度，局部高温提升200度，高温段5～12m处平均温度富氧状态高出20度左右。主要脱硝措施排放水平*mg/m3减排比例本底排放水平8800低NOx燃烧器（单项使用）~830~5%空气分级燃烧技术（单项使用）~60010~30%含氨（胺）基废弃物喂入分解炉（单项使用）~700~20%选择性非催化还原技术（单项使用）<350>60%空气分级燃烧技术+选择性非催化还原<350>60%2）废气脱硝减排技术3）100%电石渣替代石灰石制水泥技术本技术实现了新型干法预分解系统100%利用电石渣替代石灰石的新突破，并成功在四川宜宾、沁阳金隅等电石渣项目上得到应用。单位熟料的废气CO2减排约60%，在节能、减排和环保方面均取得很好的效果。《巴塞尔公约》中，水泥生产过程中危险废物的协同处理方法已被认为是对环境无害的处理方法，即“最佳可行技术”。1)水泥窑协同处置技术优势：①燃烧温度高，物料在燃烧区停留时间长，有机物分解彻底；②回转窑热容量大，工作状态稳定，处理污泥的能力大；③水泥窑的碱性环境抑制酸性气体的排放；④水泥熟料对重金属固化效果好，重金属稳定化程度高，对污泥的适应性强；⑤无机矿化利用，有机质替代燃料，资源化利用程度高；⑥水泥窑系统有废热资源可供利用；⑦总体投资少、运行费用低、二次污染少，处理彻底；3.2水泥窑协同处置废弃物技术国内水泥窑协同处置生活垃圾进展华新水泥：

生活垃圾机械分选+生化处理（机械生物法）2)生活垃圾的预处理技术国内水泥窑协同处置生活垃圾进展海螺铜陵：

生活垃圾热解气化焚烧处理国内水泥窑协同处置生活垃圾进展溧阳天山：

生活垃圾机械分选+生化处理（机械生物法）国内水泥窑协同处置生活垃圾进展合肥院技术：

生活垃圾水泥窑联合焚烧（三次风旁路）国内水泥窑协同处置生活垃圾进展黄河同力：

生活垃圾水泥窑联合焚烧（三次风旁路）水泥窑协同处置生活垃圾现有技术比较应用厂家处置技术处置规模投资燃料替代能量回收水泥窑系统影响尾气处理废水处理废渣处理铜陵海螺热解焚烧法2*300t/d，实际运行300~350t/d1.07亿元，17.87万元/（吨/天）基本不节煤～100kwh/t生活垃圾有轻微减产，配置旁路放风间歇工作热解气体进入分解炉焚烧渗滤液回喷，约90t/d灰渣作为混合材使用华新武穴机械生物法(好氧生物干化）500t/d7862万元，15.7万元/（吨/天）RDF产率55%,

4吨RDF相当于1吨煤配置余热发电能力有轻微提升有轻微减产，雨季或高湿度RDF入窑有爆燃现场无配置200t/d水处理～25%分选渣作为原料配料利用溧阳天山机械分选法600t/d，试生产阶段处置规模200～250t/d7862万元，15.7万元/（吨/天）RDF产率47%,

4.4吨RDF相当于1吨煤配置余热发电能力有轻微提升有轻微减产，无配置60t/d水处理30%筛下物进入生料配料黄河同力生活垃圾水泥窑联合焚烧500t/d，调试试生产没有连续运行5120万元，10.2万元/（吨/天）采用三次风助燃，节煤效果不明显，无有明显减产，5～8%无无～25%焚烧渣原料配料水泥窑协同处置生活垃圾技术趋势研判生活垃圾通过预处理技术制备RDF将成为水泥工业协同处置生活垃圾的主流水泥工业协同处置生活垃圾现阶段主要立足于自行建设生活垃圾预处理系统进入水泥窑系统的除RDF外，尚需要同步处置厨余类和渣土类废物关键问题：RDF水分的控制组分分离效率厨余无害化处置废气废水的处理RDF预处理工艺流程40%原生垃圾粗筛人工分拣外运粗破筛分>200mm二破筛分风选RDF筛分>60mm>80mm干化余热蒸汽风冷热水回用原料配料筛分>25mmRDF原料配料55%30%40%喷淋塔污水处理入窑焚烧水泥窑协同处置生活垃圾的设备及产品国内水泥行业利用污泥的现状湿污泥直接泵送入窑处置（拉法基南山、华新宜昌、溧阳天山）北京水泥厂500t/d（污泥间接干化）广州越堡水泥厂600t/d（污泥直接快速干化）中国水泥工业必须立足于自行评判湿污泥到厂后的处置工艺技术路线3)生活污泥的预处理技术水泥窑协同处置污泥方式污泥干化后燃料替代直接处置直接干燥间接干燥入窑污泥干度DS%70~8070~90~20水泥窑废热烟气利用效率55~60%35~40%无对水泥窑生产工艺的影响轻微轻微较大水泥窑系统减产水平较小较小较大污泥干化尾气处理量较大较小无干化电耗Kwh/t140600尾气除臭运行成本RMB/t34<5污水处理规模t污水/t污泥0.850.6无现有水泥窑协同处置污泥技术方案的对比

采用直接干化方案，主要问题在于：★尾气除臭处理附带水处理引起环保成本急剧增加★污泥干化电耗偏高污泥泥质控制标准对污泥协同处置的影响标准编号

标准名称

水分

GB24188-2009城镇污水处理厂污泥泥质

<80%CJ/T309-2009城镇污水处理厂污泥处置

农用泥质

<60%CJ/T291-2008城镇污水处理厂污泥处置

土地改良用泥质

<65%GB/T23486-2009城镇污水处理厂污泥处置

园林绿化用泥质

<40%GB/T23485-2009城镇污水处理厂污泥处置

混合填埋用泥质<65%CJ/T289-2008城镇污水处理厂污泥处置

制砖用泥质<40%CJ/T314-2009城镇污水处理厂污泥处置

水泥熟料生产用泥质<80%CJ/T290-2008城镇污水处理厂污泥处置

单独焚烧用泥质<80%污水处理行业配套进行深度脱水改造发展很快直接影响水泥工业协同处置污泥深度脱水+半干化+自持焚烧成为污泥焚烧处置发展的新亮点广州市污泥启动深度脱水配套工程苏南地区污泥深度脱水+自持焚烧遍地开花？水泥工业何去何从？浓缩污泥脱水污泥化学调质压滤脱水脱水污泥污泥深度脱水技术路线

——提高污泥处置量、降低热量消耗污泥深度脱水处理效果危废预处理工艺技术特点适应能力强，可处理污泥、固废、废液；系统密封性好，处理能力调整灵活；处置效率高；对环境影响小；操作简单，和水泥生产线的协调性好；布置紧凑。4)可燃工业废物（危废）的预处理技术国内危险废物应用情况北京水泥厂危废示范线亚泰水泥厂一汽漆渣处理危废预处理两种技术理念

基质稳定化浆渣调质化工艺流程描述采用锯屑为载体，混合搅拌，筛分搭配调整粘度，搅拌均匀后泵送焚烧装机功率25～30kWh/t废物35～40kWh/t废物焚烧水分20~40%,颗粒>50%焚烧热值5000~10000kJ/kg1500～6000kJ/kg危废水分无要求有要求危废粘性无要求有要求基质消耗3～6kg/kg危废无处置量高，可灵活调整一般窑适应性高温区加入，燃料替代效率高在窑尾高温区加入，节煤不明显传统的共同粉磨工艺系统：熟料粉磨系统石膏混合材水泥成品储库配置水泥工艺系统：熟料搅拌系统石膏混合材粉磨系统纯硅水泥细粉粉磨系统水泥成品储库配置水泥的概念：水泥制备的精细化管理和预控制技术；通过分别粉磨工艺来获得颗粒分布合理的水泥各组分；通过对水泥的各组分进行种类和细度的合理搭配来实现水泥的高性能化。

3.3配置水泥技术配置水泥的优势1.通过配置可以生产不同用途和高性能的水泥产品，以高度灵活、快速地方式切换产品方案，实现“量体裁衣”式的生产模式；对于水泥生产商可以增加其适应市场对产品品种需求变化的能力，2.拓宽和优化水泥的颗粒分布从而改善水泥及混凝土的工作性能；3.通过分别粉磨的方式最大限度激发混合材的胶凝特性，从而增加混合材掺入量，降低熟料用量，降低生产成本，直接增加企业经济效益；4.分别粉磨可以根据不同水泥物料的特性，选择适合的粉磨设备和工艺以节约粉磨能耗；5.降低水泥中熟料用量就可以节约石灰石资源，降低CO2的排放量，多消耗工业固体废渣，保护环境，实现可持续发展。