技术 | 新型干法水泥生产的特点及要求（一）

当前不同新型干法水泥生产线的管理与操作水平存在较大差异的根源是企业在新型干法水泥工艺的特点和要求——均质稳定及其重要性的领会程度上存在差异。水泥的生产过程中只有短暂的液相出现，更多的是固相反应。固态物料是最难实现均质稳定的形态，它需要从基本建设阶段直到生产阶段，在原燃料管理、操作控制、质量检验、设备维护、仪表自动化等每个环节都要满足均质稳定的要求。均质稳定是新型干法水泥企业获得最高效益的捷径。

0 引言

谈到新型干法水泥生产的特点与要求，人们都会脱口而出:“高产优质低消耗”，其实，这只是预分解工艺所表现出的先进水平，是它必将取代其它传统水泥生产工艺的原因。但如果深究，为什么它能实现这个水平，又如何能不断提高这个水平，就不是每个从事管理与生产的人员都能自觉地认识到的。因为这需要摸索出该工艺的根本特点与要求，并通过深刻理解其精髓，在生产实践中有意识地发挥这个特点，满足这种要求。当前不同新型干法水泥生产线的管理与操作水平存在较大差异的根源，正在于这种认识上的差异，而且这种差异还将更为深刻长久地影响着该类工艺线所创造效益的大小。因此，将新型干法水泥生产的特点与要求作为专题讨论是非常必要的。

什么是新型干法水泥生产的特点与要求呢?笔者认为是“均质稳定”。而水泥的生产过程中只有短暂的液相出现，更多的是固相反应。固态物料是最难实现均质稳定的形态，它需要从基本建设阶段直到生产阶段，在原燃料管理、操作控制、质量检验、设备维护、仪表自动化等每个环节都要满足均质稳定的要求。本文将从这几个方面展开论述。

1 均质稳定是新型干法水泥生产的特点与要求

1.1均质稳定的基本理解

这里提到的所谓“要求”是指必要性，即新型干法水泥生产必须具备什么条件才能获取预期效益;这里提到的所谓“特点”是指可能性，即新型干法水泥工艺具有什么独特的优势能使其发挥理想效益。答案就是“均质稳定”四个字。这就是说，新型干法水泥的生产必须满足“均质稳定”的条件，才能获取最佳效益;同时，在当今生产水泥的工艺中，也只有新型干法生产工艺才能为水泥生产提供“均质稳定”的最佳条件。

   

“均质稳定”中的“均质”是指在一个原料、半成品及产品批号中的任一部分取样，对任何指标的测试结果，都能代表这一批号原料、半成品及产品质量的该项指标;“均质稳定”中的“稳定”是指不同批号原料、半成品及产品之间的质量是一致的。如果按照数理统计学的概念说，在同一批次物料中任意取样的各项指标的标准偏差应该小于要求值;而不同批次物料的标准偏差中心值的波动应该在要求范围之内。“均质”是‘稳定”的条件，“稳定”是“均质”的保证。以熟料强度为例，如果熟料库内任意取出的熟料样品，检验的熟料强度结果之间的标准偏差小于士2 MPa，而每天生产出的熟料平均强度值都为(60士2)MPa。这样的熟料就应当是理想的均质稳定的熟料。用这种熟料生产水泥，在其它原料及工艺条件均质稳定的前提下，其水泥的均质稳定就非常容易实现。

上例说明，要想得到“均质稳定”的目标和结果，必须在正确思想指导下付出相当大的努力，最好的方法就是在生产过程的每个环节中追求“均质稳定”，尤其要从原燃料开始。这就是为什么在探讨新型干法水泥生产的要求时，更要了解其特点。它是要求“均质稳定”这个基本条件，而且也恰恰是它在为实现“均质稳定”创造最佳条件。

1.2 新型干法水泥生产必须均质稳定的原因

1.2.1社会对水泥产品质量要求所必须

凡是化工产品都有“均质稳定”的要求，水泥也不例外，因此，在水泥的使用中，对水泥的均质稳定既是基本要求，也是最高要求。之所以是基本，是因为任何一家水泥产品如不能做到均质稳定，就不会有用户敢使用;之所以是最高，是因为均质稳定程度的提高并不是轻而易举的事，尤其对于像水泥这种固态的粉状产品，比液态或气态的化工产品的均质要难得多。评价水泥质量不能只是强度、泌水性等物理指标的高低，更是这些指标的稳定性。它决定了混凝土及砂浆性能的均质稳定，并由此决定建筑物的整体耐久性。

有人说，新型干法生产技术诞生前的水泥不是一样满足了均质稳定的使用要求吗?并非如此，当时要想达到这个要求，完全是靠国家规定的多库搭配制度予以满足。一个年产二、三十万吨的水泥厂，至少有十个以上的水泥库，当时的生产规模小，事后搭配尚比较容易实现;用户使用批量也小，均质稳定的要求也不高。更何况，当时建厂条件要比现在正规得多，一个20万t/a规模的水泥厂，都要拥有自己开采的石灰石等原料矿山。但是所有这一切，随着现代建设的发展，不但水泥生产大型化，而且建筑物越来越大，因此，对水泥生产的管理与操作就需要更加重视均质稳定的精细要求，传统工艺无法适应，新型干法生产工艺正是面对这种要求，在不断地发展和完善。 

1.2.2实现新型干法水泥高产的需要

新型干法生产线的生产规模越大，设备能力对各种参数的波动承受能力会增大，即同样的风、煤、料的绝对波动值，5000t/d生产线比2000t/d生产线要显得稳定得多。但决不意味对生产中每个环节的控制稳定程度的要求就可降低，因为如果是相同的相对波动值，则大规模生产线的绝对波动值要大得多。

(1)要想在最大允许喂料量下运行，生料喂料量就不能波动，因为向上的波动就会出现窜生料、塌料的问题;而生料成分的向高波动，就需要更多的热量，不但锻烧温度难以稳定、窑皮难以保住，而这还使喂料量难以维持恒定。

(2)随着原燃料的不稳定，喂料、喂煤、用风的任意一项不稳定都会造成堵塞、塌料、结圈等工艺事故发生，直接影响生产稳定。

(3)由于风、煤、料等参数的互相影响牵制，系统的不稳定加剧了操作难度，增加了错误操作的可能性。比如，喂煤量波动造成的窑内温度不稳定，使喂料量必须随之调整。如果用风量波动，即使喂煤量稳定，煤的燃烧也不能正常。这些都会制约产量的提高。

1.2.3生产优质熟料的需要

因为生料成分与煤粉的灰分都是化学反应的参加者，其中任何一者的变动都会直接使配料三率值改变因此，不论是生料成分的不稳定，还是煤粉成分的不稳定，都会对熟料锻烧制度产生干扰，更无法保证熟料质量的均质稳定。因此只有熟料的矿物组成保持稳定，熟料标号才能稳定在高水平上。

一些配料人员为了追求理想质量的配料方案，做过不少努力，但如果原燃料缺乏均质稳定，这些努力都会徒劳，至少事倍功半。因此，明智的配料人员首先应该致力于原燃料的均质稳定。

1.2.4降低能耗的需要

如果系统在不稳定的状态下运行，喂煤量、喂料量、通风量加减频繁，最佳风、煤、料的配合就无法获取，就会发生:

(1)过剩的风量消耗更多的热量，不足的风量使燃料燃烧不完全，两种情况都要消耗更多的燃料，而恰到好处的风量使用，在不稳定的窑中是很难实现的。

(2)加煤过多，不会有完全燃烧;加煤过少，温度就会降低。窑内温度的变化，不论是由高温变成低温，还是低温升为高温，都要消耗更多的燃料。而且用煤量的改变直接要求燃烧器的一次用风量及风速与之相符，如果喂煤量不稳定，这种相符很难达到。

(3)影响下料量波动的因素更多，这种波动不仅造成窑内温度的变化，而且直接影响风、煤、料的配比，使煤耗增加。我国大多预分解窑热耗过高的主要原因之一正在于此。

1.2.5长期安全运转的需要

影响窑的运转率的主要因素一是窑衬寿命的长短，二是设备运转的可靠性。二者也相互影响。

(1)窑衬寿命的影响:在生料成分及煤粉成分不稳定时，烧成系统温度无法稳定，必然导致窑皮频繁长落，加剧消耗烧成带及其前后的窑砖，使寿命大为缩短。

(2)设备安全运转的影响:在系统温度不稳定时，无法保证窑体及托轮的正常上下窜动;如果发生窑内局部温度过高红窑，还会导致筒体变形; 而筒体变形更不利于窑衬的稳定，加剧了运转周期的缩短。

综上所述，对于某一设备及原燃料相对固定的生产线而言，实现高产、优质、低耗、安全运转要求的最佳参数只会有一组，而该组参数只有在系统稳定时才能通过不断摸索而获得。

1.3新型干法工艺实现“均质稳定”的可能性

为了分析清楚其可能性，将分别叙述新型干法水泥生产中预分解窑的核心技术与其它辅助的先进技术对均质稳定所发挥的积极作用。

1.3.1新型干法工艺的核心技术—预分解窑

预分解窑是新型干水泥工艺的核心技术，它主要是指:悬浮状态的预热器及分解炉，高窑速的回转窑以及高效快速冷却的篦冷机。

(1)分解炉。新型干法水泥生产工艺的核心技术是熟料锻烧前采取悬浮状态的预分解技术，其核心装备是各种类型的分解炉，它使煤粉在悬浮状态下燃烧释放出热量，而生料同样在悬浮状态下接受这些热量而分解，它不仅能快速地为生料的锻烧创造最好的石灰石分解状态，而且是提供了最为理想的均质稳定分解过程，化学反应过程能做到如此均质稳定的程度是任何传统的水泥生产方法所望尘莫及的。比如，立窑因生料与煤粉的紧密接触，其热耗也不高，但它无法使传热及分解在悬浮状态下进行，因而它所生产的熟料质量很难实现均质稳定，这种本质上的差异不仅是立窑质量提高的难题，也是其大型化的致命弱点。

(2)多级预热器系统。采取悬浮状态利用锻烧的余热预热生料，而且是采取最多达六级的多级预热方式，同样不仅提高热传导效率，强化预热效果，而巨也是均质稳定的过程。这同样是其它窑型无法与之比拟的。

(3)高速运转的窑。悬浮状态下高分解率的物料，为较大幅度提高窑的转速创造了可能，而恰恰是这种高而稳的窑速大大改善了熟料锻烧阶段均质稳定的效果，从而使熟料的受热均匀程度及矿物之间的反应均匀程度都有明显地改善。相对于中空干法窑、湿法窑及立波尔窑，这就是预分解窑熟料质量有得天独厚优势的原因。当然，要想从根本上改变锻烧的均质稳定条件，应当使熟料锻烧过程也处于悬浮状态，这种试图进一步提高质量、降低热耗的研究从未停止过，但毕竟这种技术的难度要大得多，目前世界上还没有生产成功应用的先例。

(4)篦冷机。熟料用空气急冷是保证熟料质量的必要手段，受熟料加热的高温空气则对煤粉的燃烧速度及火焰的质量有着决定的影响，篦冷机的不断更新换代就是为了改善这种效果。篦板的类型、有效控制冷却空气量是开发蓖冷机的核心内容。

1.3.2辅助技术装置

与悬浮状态下预热、分解、高窑速及快速冷却相配的其它设备，被视为新型干法技术不可缺少的辅助设施，也无不为均质稳定做出了贡献。比如原燃料的均化堆场、装置，在线的质量检验设施，多风道燃烧器、自动化仪表等。它们的应用为保证最终产品的均质稳定做出了贡献。但是这些设备并不为预分解窑所独有，当前的JT立窑技术正是建立在这些设备的基础上。

(1)原燃料的均化堆场。均化设施的原理是:让同一时间进场的物料不同时间出场，而不同时间进场的物料同一时间出场。用于均化石灰石、辅料、原煤在内的各种类型的均化堆场、装置是生产线上第一道均质稳定的设施，它们无非是让天然的非均质矿石以均质的成分进人生产线。

(2)γ在线分析仪。最近数年应用愈加广泛的，γ在线分析仪，是保证配料稳定的理想控制设备，它改变了取样、分析(人工或X荧光分析仪)、调整配料的传统程序，通过在线即时分析进行调整控制，避免了传统控制时间滞后较长、致使配料成分波动较大的弊病。与粉磨出的不均匀生料靠事后均化相比，这种效果要更为主动和有效。

(3)生料均化库。为了进一步克服配料成分波动及生料系统控制的波动，提高人窑生料成分的稳定性，水泥专家们在开发生料均化库上也曾花费大量精力。它的原理与均化堆场完全一致，但设施完全不同，管理与操作方法也各有特点。γ在线分析仪的投人使用可以减轻生料库的均化压力，甚至可以适当减少库容量，以降低基建投资。

(4)多风道燃烧器。如果煤粉的燃烧能使火焰稳定，均匀地传递热量，这对于锻烧均质稳定的熟料非常有益。三风道与四风道燃烧器的开发就是实现这个要求最好的装备。它不仅根据需要可以调节火焰的形状，更重要的是能用最少的一次风使煤粉快速燃烧，能在回转窑的高温带放出热能，这是非常重要的。尤其当使用含挥发分低的煤质时，这种能力就变得必须具备和更加宝贵。

(5)自动化仪表。仪表准确地反映系统状态，当测定值偏离给定要求时，根据设计的自控回路将实际值自动调整到给定值，这个过程远比人为操作要精细、可靠、及时得多，使操作参数都能稳定在理想水平上。因此，只将自动化理解为可以节约劳动力，提高劳动效率，是一种片面认识应该明确，只有自动化，才能使系统的均质稳定程度提高到新的水平，这才是自动化重大而深远的意义。

只有充分认识到新型干法L艺所具备的这些促进均质稳定的技术优势，才有可能在设计与生产中主动发挥它，而不是采用错误的作法随意改变这种特点，大大淡化它的优势，降低它的效益。比如，某介绍所谓“低温投料法”的文章，宣传降低投料时的分解炉温度有利于防止预热器或分解炉的堵塞。我们且不说世上数百条生产线高温投料并未造成堵塞的事实，仅就其低温投料的结果就已经削弱了分解炉悬浮状态下的分解功能，加重了窑内锻烧负荷，从投料开始就忽视了预分解窑所具有的均质稳定优势。

1.4 水泥生产实现均质稳定要求的难度

诚然，在论证新型干法水泥生产均质稳定的必要性及可能性的同时，必须清醒地认识到水泥生产中满足均质稳定条件的难度。

这种难度在于它所使用的原料来自天然形成的千奇百怪、错综复杂的矿产资源，实现均质谈何容易。这既为矿山原料工作者提出了难题，也为其提供了展示才能的机遇，他们可以充分利用自然资源及工业废料，将非均质的原燃料，均质地进人生产线。明智的建设者既要聘请高明的地质、矿山开采及工艺工程师，更要给予必要的投资支持。

这种难度在于水泥虽是化工产品，但在它的生产过程中只有短暂的液相出现，更多的是固相反应。众所周知，固态物料是最难实现均质稳定的形态，它需要从基本建设阶段直到生产阶段，在原燃料管理、操作控制、质量检验、设备维护、仪表自动化等每个环节都要满足均质稳定的要求。 

相对于技术措施及现有的装备水平的难度而言，更大的难度将来自于传统管理的习惯思维。许多投资人没有从必要性与可能性两个方面充分认识新型干法水泥生产的特点与要求，不愿意或不舍得在原燃料的开采和控制上花费更多的精力和资金，认为“只要使用立磨及预分解窑等最先进的主机工艺装备，就是先进技术的全部”。从目前国内大多数生产线的建设可以看出，这种舍本求末的思想还根深蒂固。

但是，不管满足均质稳定要求的工作千难万难，它既是新型干法水泥企业真正通向最高效益的捷径，又是企业管理与操作从此摆脱被动局面的钥匙。我们为什么不坚定不移地朝这个方向努力呢? 

资料来源:《互联网》

作者：谢克平 

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