新型干法水泥生产技术的现状及发展方向

新型十法水泥生产技术与设备、新型干法水泥生产技术的现状及发展方向以预分解窑为代表的新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产方法。具有生产能力大，自动化程度高，产品质量高，能耗低，有害物排放量低，工业废弃物利用量大等一系列优点。以预分解烧成技术为主，进一步优化系统内各单项装备技术，提高产量和质量，降低热耗和电耗。新型干法窑向大型化发展，自动化水平不断提高，以提高劳动生产率，降低产品成本，增加经济效益。扩大原燃料的使用范围和减少粉尘及有害气体的排放，以保持可持续发展。新型干法水泥生产工艺过程包括原燃料进厂、原燃料破碎、生料制备、熟料煅烧、水泥制成及发运等。典型的新型干法水泥生产工艺流程。如图：、原材料石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的石灰石，每生产1t熟料大约需要1.3t石灰石，生料中约80%以上是石灰石。生料中氧化钙含量一般为40%-44%。为了达到上述要求，一般要求石灰石氧化钙含量不低于45%，以免配料困难。为了使熟料中的氧化镁不超过5%，要求石灰石中氧化镁含量不得超过3%。控制燧石和石英含量小于4%，生料应尽可能磨得细一些。石灰石中碱含量（R2O）应小于1%，最好小于0.5%-0.7%。评价石灰石的质量，除了化学成分是否适宜外，其无聊状况也很重要，如硬度、矿物结构、杂质含量及杂质的分布是否均匀等。表2石灰石质原料的质量要求单位：%品味CaOMgOR2OSO3C1"石英或燧石石灰石一级品>48<2.5<1.0<1.0<0.015<4.0二级品45-48<3.0<1.0<1.0<0.015<4.0泥灰岩35-45<3.0<1.2<1.0<0.015<4.0黏土质原料主要提供水泥熟料中的SiO2、A12O3及少量Fe2O3.天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土和黏土用得最多。还有粉煤灰、煤矸石等工业废渣。黏土质原料是碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是SiO2，其次是A12O3和少量Fe2O3。一般生产1t熟料需0.3-0.4t黏土质原料。表3黏土质原料的技术要求单位：%品味硅酸率n铝氧率pMgOR2OSO3一级品2.7-3.51.5-3.0<3.0<4.0<2.0二级品2.0-2.73.5-4.0不限<3.0<4.0<2.0表4几种硅质校正原料的化学成分单位：%种类烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO£SM砂岩8.4662.9212.745.223.341.3594.033.53.9778.759.674.340.470.4497.725.62河沙0.5389.686.221.341.180.7599.7011.85粉砂岩5.6367.2812.335.142.802.3395.513.85铁质校正原料铁质校正原料是用来补充生料中Fe2O3的含量。铁质校正原料的质量要求Fe2O3>40%。表5各种铁质校正原料的化学成分单位:%种类烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOFeOCuO£铁矿石—46.0910.3742.70.730.14——100.03尾矿3.4823.387.5855.245.01.52——96.20硫酸渣3.1826.456.4560.302.341.22——99.94铜矿渣—38.404.6910.298.455.2730.90—98.00铅矿渣—3.1030.566.9412.9324.200.627.30.1399.56⑴水泥生产燃料硫（S）灰分（A），燃料燃烧后剩下的不可燃烧的杂质成为灰分，成分多为SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO等，其中SiO2、A12O3占大多数。灰分是燃料中的有害成分，灰分越多，燃料品质越低，其影响如下：灰分的存在，降低了燃料中可燃成分含量，同事燃烧过程中灰分升温吸热，消耗热量，降低燃料的发热量。灰分过高时，影响燃料的燃烧速度和燃烧温度，使燃烧达不到工艺要求。灰分在较高温度下，溶化产生液相，使炉内或窑内结皮、结渣、清炉时增加劳动强度，并柯夹带未然组分，造成机械不完全燃烧热损失。水分（M）燃料中的水分是指自然水分，燃料中的水分不仅不能燃烧放热，而且汽化时要吸收大量汽化热，降低燃料品质。挥发分（V）、固定碳（C）、灰分（A）及水分（M）组成。⑵回转窑对燃料的质量要求新型干法水泥生产采用了多风道燃烧器、充气梁篦冷机（篦式冷却机）等。提高了二次风温度，对燃料要求相对较低。热值燃料热值高，可以提高发热能力和煅烧温度；热值低，使煅烧熟料的单位煤耗增加，窑的单位产量降低。一般要求燃料的低位热值大于21000KJ/kg，挥发分挥发分和固定碳是可燃成分。挥发分低，着火温度高，黑火头长，热力不集中。一般要求煤的挥发分在18%以上。细度煤粉太粗，燃烧不完全，增加能耗，同时煤灰落在熟料表面，降低熟料质量。煤粉细度，主要取决于燃煤种类和质量，煤粉的燃烧速度于煤粉的细度、灰分、挥发分和水分含量有关。绝大多数水泥厂，水分一般都控制在1.0%以下。所以挥发分含量越高，细度越细，煤粉越容易燃烧。⑶硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物主要由组成硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）组成。硅酸三钙是熟料的主要矿物，其含量通常在54%-60%左右。硅酸三钙是在高温下形成的，在1250-1450°C下，有足够液相存在时硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸三钙。含有少量氧化物的硅酸三钙称为阿利特。硅酸三钙凝结时间正常，水化较快，放热较多，抗水侵蚀性差。但早期强度高，强度增进率较大，28t强度可达到1年强度的70%-80%，其强度在四种主要矿物中最高。硅酸二钙由氧化钙和氧化硅反应生产，是硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一，其含量一般在15%-22%之间。硅酸二钙中融进少量MgO、A12O3、R2O、Fe2O3等氧化物的固溶体，称为贝利特。贝利特水化慢，28d仅水化20%左右；水化热小，早期强度低，凝结硬化慢。后期强度增长较快，1年以后超过阿利特。硅酸三钙水化中可固溶SiO2、Fe2O3、R2O、TiO2等氧化物。硅酸三钙水化迅速，水化热高，凝结硬化快，容易使水泥产生急凝。铁铝酸四钙为C2F-C8A3F的一系列固溶体，在一般熟料中接近于C4AF。⑷硅酸盐水泥熟料的率值水泥生产常用的率值是表示熟料化学组成相对含量的系数。他们与熟料质量及生料易烧性有较好的相关性，是生产控制中的主要指标。石灰饱和系数（代号KH）石灰饱和系数又称石灰饱和比，CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3KH= 2.8SiO2新型干法生产石灰饱和系数一般控制在0.86-0.92之间。KH越高，C3S含量越多，C2S含量越少，此时生料难烧，但如果烧很好，这种熟料制成的水泥硬化较快，强度高。熟料的石灰饱和系数低，说明C2S含量多，C3S含量偏小，此时生料易烧，这种熟料制成的水泥水化较慢，早期强度偏低。硅酸率（代号SM或字母n）SiO2SM= Al2O3+Fe2O3SM表示熟料中硅酸盐矿物和溶剂矿物的比例，新型干法窑SM=2.58-2.9.S熟料中硅酸率过高，燃烧时液相量不多，矿物形成困难并易粉化，硅酸率过低则硅酸盐矿物少，影响水泥强度而且易结块、结圈，影响窑的操作。铝氧率（或称铁率，代号IM或字母P）Al2O3IM= Fe2O3表明熟料中C3A与C4AF的质量之比。一般IM=1.4-1.8。