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摘要：随着我国“绿色低碳、节能减排”的呼声越来越高。一些传统水泥生产工艺方法已经不符合新时期生产发展的需要，因此，对于生产工艺的更新已经刻不容缓，本文结合作者的工作实践经验，探讨了新型干法水泥生产的工艺。
关键词：悬浮预热器窑 预分解窑工艺水泥 生产 工艺
悬浮预热器和预分解窑工艺是当代水泥工业用于生产水泥的最新技术，通常称为新型干法水泥技术。新型干法水泥生产，就是以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产最新成就，例如，原料矿山计算机控制网络化开采、原料预均化、生料均化、挤压粉磨、IT技术，及新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料等广泛应用于干法水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节能、环保和大型化、自动化及科学管理等特征的现代化水泥生产方法。因此，新型干法水泥生产是一种新时期比较符合环保要求、符合高生产率要求的生产技术，以下是对新型干法水泥生产的特点、生产工艺流程、生产工序进行的介绍。
1 新型干法水泥生产的特点
1．1 优良的品质
生料设备全过程广泛采用现代均化技术，矿山开采、原料预均化、原料配料及粉磨、生料空气搅拌均化四个关键环节互相衔接，紧密配合，形成生料制备全过程的均化控制保证体系即“均化链”，从而满足了悬浮预热、预分解窑新技术对生料质量提出的严格要求，产品质量可以与湿法媲美，使干法生产的熟料质量得到了保证，熟料28天抗压强度≥60-63 MPa。
1．2 低消耗
采用高效多功能挤压粉磨、新型粉体输送装置大大节约了粉磨和输送能耗；悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方法，熟料的煅烧所需要的能耗下降。总体来说，熟料热耗低，烧成热耗可降到 3000 kJ／kg（718kcal/kg）以下，熟料综合电耗≤58 kWh/t，水泥综合电耗降低到了95kWh／t以下。
1．3 生产效率的大幅度提高
悬浮预热、预分解窑技术从根本上改变了物料预热、分解过程的传热状态，传热、传质迅速，大幅度提高了热效率和生产效率。操作基本自动化，单位容积产量达150 ～180kg／(m3，h),劳动生产率可高达3000～6000t／(人•年)。
1．4 减少污染，清洁环保
由于“均化链”技术的采用，可以有效地利用在传统开采方式下必须丢弃的石灰石资源；悬浮、预分解技术及新型多通道燃烧器的应用，有利于低质燃料及再生燃料的利用，同时可降低系统废气排放量、排放温度和还原窑气中产生的NO2含量，减少了对环境的污染，为“清洁生产”和广泛利用废渣、废料、再生燃料及降解有害危险废弃物创造了有利条件。
1．5 装备大型化
装备大型化、单机生产能力大，使水泥工业向集约化方向发展。水泥熟料烧成系统单机生产能力最高可达10000t／d，从而有可能建成年产数百万吨规模的大型水泥厂，大大的提高了水泥生产的效率。
1．6 生产控制自动化
利用各种检测仪表、控制装置、可靠的DCS集散型计算机控制系统及执行机构等对全厂生产线进行自动测量、检验、计算、控制、监测，以保证生产“均衡稳定”与设备的安全运行，使生产过程经常处于最优状态，达到优质、高效、低消耗的目的。
1．7 管理科学化
应用IT技术进行有效管理，采用科学的、现代化的方法对所获取的信息进行分析和处理。
1．8 投资大，建设周期较长
新型干法水泥生产技术要求的生产设备科技含量高，所占资源、地质、交通运输等条件都要求比较高，而且耐火材料的消耗亦较大，因此整体投资比较大,目前吨水泥投资在300-350元左右；新建一条新型干法水泥生产线从“三通一平”到“竣工投产”的建设周期为12个月左右。
2 新型干法水泥生产工艺流程
预分解窑干法水泥生产是新型干法水泥生产技术的典型代表，图1为我国某日生产5000t熟料的预分解窑水泥生产线的生产全过程：
图一
2．1 生料制备
原料粉磨采用1台立磨系统，该系统的生产能力为400t/h，生料细度为80μm筛筛余＜18%，入磨物料综合水份＜8%，出磨物料综合水份＜0.5%。
来自矿山的石灰石由自卸卡车运入破碎喂料仓，经石灰石破碎系统的破碎后由皮带输送机定量的送往预配料的预均化堆场。黏土等辅助原料用自卸汽车运入或者从工厂的黏土堆棚中用铲斗车卸入黏土等配料库，经喂料机喂人双辊破碎机，在双辊破碎机中破碎到85％的黏土小于25 mm后，经计量设备送入预配料的预均化堆场。
破碎后的石灰石、黏土和其他辅助原料各自从堆场由皮带输送机送往配料库。
由配料站来的原料经皮带输送机、入磨锁风阀送至原料立式磨内进行烘干、粉磨，粗粉返回磨内再次粉磨，合格生料随出磨气流进入旋风收尘器，细粉作为成品与从大布袋袋式收尘器（或电除尘器）、增湿塔收下的窑灰一起经提升机、空气输送斜槽送入1座 φ22.5×52m有效储量为17000t的生料均化库内。当原料磨停磨时，窑灰可另行输送至生料入窑系统中。
原料粉磨系统设有自动连续取样装置，试样经过X—荧光分析仪检测并由计算机自动控制和调整各种原料的配合比例，从而调整生料配比，保证出磨生料化学成份的合格与稳定。
2．2 预热分解
预热分解就是利用预热器和分解炉把生料的预热和进行部分的分解，从而代替回转窑部分功能，以达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热的一个过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，可以使生料与同窑内排出的炽热气体充分混合，因此，可以增大气料接触面积，使得传热速度加快，热交换效率大大提高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷人装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90％以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分（60%左右）从分解炉内加入，少部分（40%左右）由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，有利于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。
2．3 熟料煅烧
熟料烧成系统由回转窑、双系列5级低压损旋风预热器和TTF分解炉或NDF分解炉组成，日产熟料5000吨，熟料热耗710*4.18 kJ/（kg.熟料）。
均化库中的生料经卸料、计量、提升、定量喂料后由提升机送至窑尾悬浮预热器和分预分解炉中，经预热和分解后的物料进入进入1台φ4.8×72（或74）m，三档支撑，斜度为3.5%，转速0.396～3.96r/min的回转窑煅烧成熟料。窑头及分解炉均配有多通道的煤粉燃烧器。
回转窑和分解炉所用燃料煤由原煤经烘干兼粉磨后，制成煤粉并储存在煤粉仓中供给。
熟料通过1台128.6m2能力5500t/h第三代高效控制流推動篦式冷却机，篦冷机出口处设有一台锤式破碎机保证出冷却机熟料粒度≤25mm，熟料出冷却机的温度为环境温度＋65℃。冷却后熟料经链斗输送机或斗式提升机送至1座φ45m熟料帐蓬库，其储存量为52500t，库的有效储存量为45000t，有效储期10天。
2．4 水泥制成
水泥粉磨选用2台φ1700×1200mm辊压机＋2台φ4.2×13m球磨机系统，配用2台V型选粉机和2台N-3000的改进型O-Sepa选粉机。当入磨物料粒度≤25mm，水泥比表面积为320-350m2/kg(粉磨P.042.5普通硅酸盐水泥)时,系统生产能力为320-360t/h。
水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。
熟料、石膏经定量喂料机送入水泥磨中粉磨。水泥磨与选粉机一起构成所谓的圈流水泥磨，粉磨时也可根据产品要求加入适量的混合材料与熟料、石膏一同粉磨生产不同种类或标号的水泥品种。粉磨后的水泥经斜槽和提升机等送至8座φ16×22m的圆库，水泥总储量为：8×7000=56000吨，总储期7天的水泥圆库储存。
水泥储库的一部分水泥经包装机包装为袋装水泥，经火车或汽车运输出厂，另一部分由散装专用车散装出厂。
其他不同规模的预分解窑水泥生产线、同规模而不同生产厂家的预分解窑水泥生产线的工艺流程大体上与前述相似，不同之处主要是生产过程中的某些工序和设备不尽相同。
3 新型干法水泥生产工序
从上述的日产5000t熟料的预分解窑水泥生产线的工艺流程不难看出，新型干法水泥生产可以概括成生料制备、熟料煅烧、水泥制成这三大生产过程，但具体生产工序之多，远不只是“两磨一烧”三个工序。一般而言，具体生产主要包括以下几大工序：① 原料、燃料、材料的选择及入厂；② 原料、燃料、材料的加工处理与预均化；③原材料的配合；④生料粉磨及废气处理；⑤生料的调配、均化与储存及入窑喂料系统；⑥熟料煅烧及冷却；⑦熟料、石膏、混合材料的储存与准备；⑧熟料、石膏、混合材料的在水泥配料站配合及粉磨(即水泥粉磨)；⑨水泥储存、包散装及成品发运。
4 结束语
总之，在整个生产过程中，为确保原料、燃料、材料及生料、熟料、水泥符合要求，生产过程的各个工序必须进行生产控制与质量监控，应由具备较高专业技能水平的人员进行规范化操作，这样才能确保水平生产成品达到硅酸盐水泥限定的各项技术指标，保证水泥生产质量，提高生产效率与技术水平。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：悬浮预热器窑 预分解窑工艺水泥 生产 工艺
悬浮预热器和预分解窑工艺是当代水泥工业用于生产水泥的最新技术，通常称为新型干法水泥技术。新型干法水泥生产，就是以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产最新成就，例如，原料矿山计算机控制网络化开采、原料预均化、生料均化、挤压粉磨、IT技术，及新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料等广泛应用于干法水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节能、环保和大型化、自动化及科学管理等特征的现代化水泥生产方法。因此，新型干法水泥生产是一种新时期比较符合环保要求、符合高生产率要求的生产技术，以下是对新型干法水泥生产的特点、生产工艺流程、生产工序进行的介绍。
1 新型干法水泥生产的特点
1．1 优良的品质
生料设备全过程广泛采用现代均化技术，矿山开采、原料预均化、原料配料及粉磨、生料空气搅拌均化四个关键环节互相衔接，紧密配合，形成生料制备全过程的均化控制保证体系即“均化链”，从而满足了悬浮预热、预分解窑新技术对生料质量提出的严格要求，产品质量可以与湿法媲美，使干法生产的熟料质量得到了保证，熟料28天抗压强度≥60-63 MPa。
1．2 低消耗
采用高效多功能挤压粉磨、新型粉体输送装置大大节约了粉磨和输送能耗；悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方法，熟料的煅烧所需要的能耗下降。总体来说，熟料热耗低，烧成热耗可降到 3000 kJ／kg（718kcal/kg）以下，熟料综合电耗≤58 kWh/t，水泥综合电耗降低到了95kWh／t以下。
1．3 生产效率的大幅度提高
悬浮预热、预分解窑技术从根本上改变了物料预热、分解过程的传热状态，传热、传质迅速，大幅度提高了热效率和生产效率。操作基本自动化，单位容积产量达150 ～180kg／(m3，h),劳动生产率可高达3000～6000t／(人•年)。
1．4 减少污染，清洁环保
由于“均化链”技术的采用，可以有效地利用在传统开采方式下必须丢弃的石灰石资源；悬浮、预分解技术及新型多通道燃烧器的应用，有利于低质燃料及再生燃料的利用，同时可降低系统废气排放量、排放温度和还原窑气中产生的NO2含量，减少了对环境的污染，为“清洁生产”和广泛利用废渣、废料、再生燃料及降解有害危险废弃物创造了有利条件。
1．5 装备大型化
装备大型化、单机生产能力大，使水泥工业向集约化方向发展。水泥熟料烧成系统单机生产能力最高可达10000t／d，从而有可能建成年产数百万吨规模的大型水泥厂，大大的提高了水泥生产的效率。
1．6 生产控制自动化
利用各种检测仪表、控制装置、可靠的DCS集散型计算机控制系统及执行机构等对全厂生产线进行自动测量、检验、计算、控制、监测，以保证生产“均衡稳定”与设备的安全运行，使生产过程经常处于最优状态，达到优质、高效、低消耗的目的。
1．7 管理科学化
应用IT技术进行有效管理，采用科学的、现代化的方法对所获取的信息进行分析和处理。
1．8 投资大，建设周期较长
新型干法水泥生产技术要求的生产设备科技含量高，所占资源、地质、交通运输等条件都要求比较高，而且耐火材料的消耗亦较大，因此整体投资比较大,目前吨水泥投资在300-350元左右；新建一条新型干法水泥生产线从“三通一平”到“竣工投产”的建设周期为12个月左右。
2 新型干法水泥生产工艺流程
预分解窑干法水泥生产是新型干法水泥生产技术的典型代表，图1为我国某日生产5000t熟料的预分解窑水泥生产线的生产全过程：
图一
2．1 生料制备
原料粉磨采用1台立磨系统，该系统的生产能力为400t/h，生料细度为80μm筛筛余＜18%，入磨物料综合水份＜8%，出磨物料综合水份＜0.5%。
来自矿山的石灰石由自卸卡车运入破碎喂料仓，经石灰石破碎系统的破碎后由皮带输送机定量的送往预配料的预均化堆场。黏土等辅助原料用自卸汽车运入或者从工厂的黏土堆棚中用铲斗车卸入黏土等配料库，经喂料机喂人双辊破碎机，在双辊破碎机中破碎到85％的黏土小于25 mm后，经计量设备送入预配料的预均化堆场。
破碎后的石灰石、黏土和其他辅助原料各自从堆场由皮带输送机送往配料库。
由配料站来的原料经皮带输送机、入磨锁风阀送至原料立式磨内进行烘干、粉磨，粗粉返回磨内再次粉磨，合格生料随出磨气流进入旋风收尘器，细粉作为成品与从大布袋袋式收尘器（或电除尘器）、增湿塔收下的窑灰一起经提升机、空气输送斜槽送入1座 φ22.5×52m有效储量为17000t的生料均化库内。当原料磨停磨时，窑灰可另行输送至生料入窑系统中。
原料粉磨系统设有自动连续取样装置，试样经过X—荧光分析仪检测并由计算机自动控制和调整各种原料的配合比例，从而调整生料配比，保证出磨生料化学成份的合格与稳定。
2．2 预热分解
预热分解就是利用预热器和分解炉把生料的预热和进行部分的分解，从而代替回转窑部分功能，以达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热的一个过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，可以使生料与同窑内排出的炽热气体充分混合，因此，可以增大气料接触面积，使得传热速度加快，热交换效率大大提高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷人装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90％以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分（60%左右）从分解炉内加入，少部分（40%左右）由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，有利于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。
2．3 熟料煅烧
熟料烧成系统由回转窑、双系列5级低压损旋风预热器和TTF分解炉或NDF分解炉组成，日产熟料5000吨，熟料热耗710*4.18 kJ/（kg.熟料）。
均化库中的生料经卸料、计量、提升、定量喂料后由提升机送至窑尾悬浮预热器和分预分解炉中，经预热和分解后的物料进入进入1台φ4.8×72（或74）m，三档支撑，斜度为3.5%，转速0.396～3.96r/min的回转窑煅烧成熟料。窑头及分解炉均配有多通道的煤粉燃烧器。
回转窑和分解炉所用燃料煤由原煤经烘干兼粉磨后，制成煤粉并储存在煤粉仓中供给。
熟料通过1台128.6m2能力5500t/h第三代高效控制流推動篦式冷却机，篦冷机出口处设有一台锤式破碎机保证出冷却机熟料粒度≤25mm，熟料出冷却机的温度为环境温度＋65℃。冷却后熟料经链斗输送机或斗式提升机送至1座φ45m熟料帐蓬库，其储存量为52500t，库的有效储存量为45000t，有效储期10天。
2．4 水泥制成
水泥粉磨选用2台φ1700×1200mm辊压机＋2台φ4.2×13m球磨机系统，配用2台V型选粉机和2台N-3000的改进型O-Sepa选粉机。当入磨物料粒度≤25mm，水泥比表面积为320-350m2/kg(粉磨P.042.5普通硅酸盐水泥)时,系统生产能力为320-360t/h。
水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。
熟料、石膏经定量喂料机送入水泥磨中粉磨。水泥磨与选粉机一起构成所谓的圈流水泥磨，粉磨时也可根据产品要求加入适量的混合材料与熟料、石膏一同粉磨生产不同种类或标号的水泥品种。粉磨后的水泥经斜槽和提升机等送至8座φ16×22m的圆库，水泥总储量为：8×7000=56000吨，总储期7天的水泥圆库储存。
水泥储库的一部分水泥经包装机包装为袋装水泥，经火车或汽车运输出厂，另一部分由散装专用车散装出厂。
其他不同规模的预分解窑水泥生产线、同规模而不同生产厂家的预分解窑水泥生产线的工艺流程大体上与前述相似，不同之处主要是生产过程中的某些工序和设备不尽相同。
3 新型干法水泥生产工序
从上述的日产5000t熟料的预分解窑水泥生产线的工艺流程不难看出，新型干法水泥生产可以概括成生料制备、熟料煅烧、水泥制成这三大生产过程，但具体生产工序之多，远不只是“两磨一烧”三个工序。一般而言，具体生产主要包括以下几大工序：① 原料、燃料、材料的选择及入厂；② 原料、燃料、材料的加工处理与预均化；③原材料的配合；④生料粉磨及废气处理；⑤生料的调配、均化与储存及入窑喂料系统；⑥熟料煅烧及冷却；⑦熟料、石膏、混合材料的储存与准备；⑧熟料、石膏、混合材料的在水泥配料站配合及粉磨(即水泥粉磨)；⑨水泥储存、包散装及成品发运。
4 结束语
总之，在整个生产过程中，为确保原料、燃料、材料及生料、熟料、水泥符合要求，生产过程的各个工序必须进行生产控制与质量监控，应由具备较高专业技能水平的人员进行规范化操作，这样才能确保水平生产成品达到硅酸盐水泥限定的各项技术指标，保证水泥生产质量，提高生产效率与技术水平。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。