新型干法水泥厂设计新概念

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1概论

在 控制总量、淘汰落后、调整结构、加快发展 的方针指导下,各水泥设计研究院和建设单位密切合作,在新型干法水泥厂技术创新、优化设计方面做了大量工作。白马山、山东、双阳、葛洲坝等2000t/d 水泥厂相继顺利投产,创造了低投资、国产化的范例,为今后发展新型干法水泥工艺开辟了道路,成为我国建材工业发展中熠熠生辉的亮点之一。在全国建材工作会议上明确了水泥工业结构调整中,淘汰小水泥要与发展新型干法水泥并举,积极推进大中型水泥企业采用新型干法预分解工艺进行技术改造,力争1999年实现新增熟料生产能力1000万吨,并计划在 十五 期间新型干法水泥生产要新增熟料能力5000万吨,争取2005年生产能力达1.1~ 1.2亿吨,占全国产量20%左右。在这六年中新型干法水泥新增生产能力的数量将相当我国前20年发展的总量,任务是非常艰巨的。工厂设计是工程建设的关键,设计研究部门应更好地利用这良好机遇,建立新的设计概念,积极采用先进技术,接受挑战,完成任务。

1.1设计中建立超前控制和连续生产新概念

中国水泥工业已有100多年历史。1949年水泥产量仅66万吨。建国以来水泥工业得到了巨大发展,1998年水泥产量已达5.36亿吨,其中大中型水泥厂576家,生产能力1.58亿吨,很多水泥厂的建设从工厂设计,水泥专用设备的设计制造、工程施工、安装、生产都是由各水泥设计研究院、工厂、建设工程公司自己做的,总结了很多经验,并形成了传统的设计思想。例如在质量控制方面,某些立窑水泥厂,因为规模小,没有自己的矿山,外购原料,不设立石灰石预均化堆场,有生料库,一般不设立搅拌库,其质量依赖外购原料的质量和均齐性;湿法水泥厂,

有自备矿山,有各种原料库,有料浆库和入窑料浆储存库,其质量控制有保证;新型干法水泥厂,有自备矿山,有技术先进的预均化库,有生料搅拌库,有在线的X-荧光分析,可以严格地控制质量,这已形成了设计的传统。预均化堆场和生料搅拌库的设立,可以较稳定地控制生料质量,但占地多,工艺过程复杂,增加了投资。与其它工业相比,如玻璃工业,在生产中要求 成品原料 进厂,采购各种质量合格的原料进厂,经精密配料后一次喂入 玻璃窑 ,经熔化、澄清、锡槽、成型、退火、检验、切割成所需要的产品完成整个生产过程。在工艺和配料成分方面,平板玻璃工业要比水泥工业更严格,在生产上实现了超前质量控制和连续生产。又如钢铁工业的发展,最早是炼铁厂制造生铁块,钢厂用生铁块熔炼后铸成各种钢锭,轧钢厂购入钢锭加热后轧成钢材,经五十年的改造,发展成三合一的连铸连轧的大型钢铁企业,供应市场不同种类的型钢,以得到最大的经济效益。从原理上来推断,水泥工业也可以做到超前控制各种原料的成分,经准确配料后入生料磨,出磨后直接入预热器、分解炉,经回转窑煅烧后入冷却机,出冷却机的熟料降温后直接入水泥磨的连续生产工艺,以简化流程,减少各种储存环节。以上的设想目前还不能实现,但从技术的发展来看,是能实现的。

因此在新型干法水泥厂的设计中要建立采用先进技术,超前控制和连续生产的设计新概念;要用技术创新来改造生产工艺,提高产品质量,降低投资,降低成本,追求工厂建成后的最大经济效益;要密切配合业主,树立业主负责的思想,通过业主的科学决策和管理来实现新型干法水泥厂在基建和生产后达到各项先进指标。

1.2新技术的推广和发展动向

由于高科技、计算机和信息产业的迅速发展,推动了传统基础工业的技术改造,并赋予新的活

收稿日期:1999-12-20

综述

新型干法水泥厂设计新概念

New Conce p tions for the Desi g n of Modern Dr y Process Cement Plant

李涛平

(国家建筑材料工业局,北京100831)

摘要:随着水泥工业技术的不断发展,国家产业的相应调整,在新型干法水泥厂的设计中要建立采用先进技术、超前控制和连续生产的新概念。工厂规模、水泥细度和颗粒级配、矿山、原料、生料粉磨、烧成系统等方面的传统设计都应做较大改进。关键词:新型干法水泥厂;设计;新概念

中图分类号:TQ 172文献标识码:A 文章编号:1001-6171(2000)01-0006-03

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水泥技术

力和产品的创新,水泥工业也不例外。新型干法水泥工业的发展一是工艺和自动化更完善,二是趋向大型化,此外,还得益于高科技对各种高温、耐磨、耐蚀材料性能的改进,提高了设备的可靠性、耐用性,提高了利用率,并降低了原材料的消耗和能耗,降低了生产成本和对环境的污染。在欧美等工业发达国家,越来越多地注意利用新型干法水泥回转窑煅烧熟料时达到并超过1450!高温的特点,作为消解工业垃圾和有毒废弃物的最佳焚烧炉,水泥工业故而成为环境保护的 卫士 ,成为洁净生产的可持续发展的 绿色工业 。

在产品质量方面,1999年德国水泥协会年会上预计,水泥和混凝土仍是21世纪的主要建筑材料,要研究开发高强混凝土和提高其耐久性,首先要提高硅酸盐水泥熟料质量,发展粉煤灰和矿渣的超细粉磨系统,建立新的水泥库混合库等。目前欧美各国都在加紧对老水泥厂的技术改造,包括从提高产品质量、节省能耗到环境保护等方面,促进了各大水泥机械公司对各项先进技术的开发,并不断接到新的设备订单。在此形势下,我国新型干法水泥工艺的发展要及时了解国际水泥工业技术发展动向,在贯彻 低投资国产化 方针的同时,不断采用新技术,并及时引进国外先进技术,才能赶上国际先进水平。兹提出以下意见供参考。在国家建材局1999年12月 新型干法水泥生产线技术创新优化设计,国产化降低投资方案 中提出的问题,本文不再重复。2产品方案

2.1水泥品种和矿物组成

(1)525号、625号硅酸盐水泥熟料,C 3S +C 2S 为75%~78%,其中C 2S>60%(提高早期强度),相应的熟料率值为:KH =0.9,SM =2.7,AM = 1.6。

(2)低碱525号、625号硅酸盐水泥熟料,矿物组成和熟料率值同上,要求R 2O<0.6%。

(3)新型干法水泥厂的中热硅酸盐水泥,低热硅酸盐水泥,抗硫酸盐水泥等,其熟料率值和矿物组成见表1。

从表1列出的11个新型干法水泥厂中可以看到,10个新型干法水泥工艺C 3S +C 2S 的含量都在76%以上,其中华新水泥厂比较低,是因为采用河沙,SiO 2为78.18%,含量较低,R 2O 为3.03%,含量较高,只要原料选择适当,C 3S +C 2S 含量控制在75%~78%是完全可以做到的。

2.2水泥细度和颗粒级配

根据本次水泥标准的修订,水泥研究所做了大量工作,对水泥细度和颗粒级配提出如下要求:

(1)4900孔筛余<3%(2)比表面积>3200cm 2/g (3)颗粒级配3~30 m 占65%,其中大部分为16~25 m,<3 m 为<10%,没有>65 m 的颗粒。

(4)颗粒形状:要求球形化,避免扁平状或叶片状。我国水泥早期强度低的原因之一是细度不够,颗粒级配不合理,因此水泥磨的选型和产量标定要考虑以上要求。3工厂规模

(1)支持发展2000t/d 、4000t /d 的新型干法生产线。

(2)在东部沿海地区和市场需求大、资源丰富的地区可以建设7500t/d 的新型干法生产线,作为技术开发的试点(图1)。

图1泰国T PI 水泥厂

(德国保利休斯公司三台预热器窑,7600t /d)

(3)在回转窑与预热器规格基本不变的情况下,总结白马山、葛洲坝水泥厂的经验,将烧成系统产量提高到2500t/d;总结华新5号窑的建设经验,将烧成系统的产量提高到5500t/d,以提高投资效益。4厂址选择

应根据具体情况来选择厂址,对传统设计思

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想应有所改进。

(1)尽可能利用公路运输,不修铁路专用线。(2)在不修铁路的情况下,厂址应尽量靠近矿山,利用山坡地,尽量不占农田或少占农田,如葛洲坝、荻港的厂址。

(3)在厂址附近不建工人村,仅有值班公寓。5石灰石矿山

根据有色冶金、核工业等行业的矿山设计经验,在设备采购中应增加矿山生产勘探所需的 浅孔采样钻 。在建立计算机三维矿山模型的基础上,提出

矿山开采运输设计、生产勘探计划和矿山头二年的生产开采计划,指导工厂制定逐月的开采计划,指导各开采面不同品位矿石的搭配比例,实现在开采过程中对矿山质量的控制。6原料工作

6.1推广石灰石、石英砂岩、粉煤灰(铝土矿)及铁矿四种原料配料

在过去水泥厂的设计中,一直要求采用石灰石、粘土和铁矿三种原料配料,直至1996年编制的低投资新型干法水泥生产线的示范设计仍是如此。现在原料工作上提出要推广采用石英砂岩,改为四种原料配料,这是在推广发展新型干法水泥生产工艺后提出的与以前不同的新概念。

从理论上来分析,硅酸盐水泥主要化合物是由CaO 、SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3组成,采用四种原料配料,这四种化合物如CaO 主要由石灰石供给,SiO 2主要来自石英砂岩,Al 2O 3主要来自粉煤灰或铝土矿,Fe 2O 3主要来自铁矿,有了这四种原料,并勘探其有害杂质含量少的矿山,就可以根据产品方案配制成各种所需要的不同品种的硅酸盐水泥。由于新型干法水泥厂在生产工艺上要求煅烧高饱和比、高硅酸率的生料,此种生料能提高熟料的质量,并能减少预热器分解炉系统的堵塞和回转窑烧成带的结圈,因

此很多工厂都开始采用砂岩配料(见表2)。如石英

砂岩含碱量低,可以生产低碱水泥及其它品种硅酸盐水泥,能充分利用低品位石灰石和工业废渣粉煤灰,可以不采用粘土,保护农田有利于环保。但带来的问题是采用石英砂岩配料后,生料易磨性差,磨蚀性高,其易烧性差,在工艺设计上必须克服以上两个问题。这已在实践中得到解决,待今后专文论述。

表2列出的10个水泥厂可以说明,如果砂岩SiO 2>90%,R 2O<0.5~ 1.0%,石英含量越高,有害杂质越少,质量容易控制。

6.2在质量控制上采用超前控制理论

水泥工业在发展过程中,湿法生产工艺的熟料质量比干法生产的好,其主要原因是生料浆的成分比干法生产更均匀。后来在新型干法水泥生产工艺中采用了原料预均化堆场和入窑生料空气搅拌库,干法生产的生料成分稳定,均齐,熟料质量得到很大提高,甚至比湿法生产更好。故新型干法水泥厂的设计中预均化堆场及生料搅拌库是保证熟料质量的主要措施。从理论上分析,预均化堆场、生料搅拌库的作用只能将进厂的原料进行均化,使其成分在一段时间内相对稳定,不能改变进厂原料的成分,因此要研究采用超前控制理论(Presu p er Co ntro l),对原燃料在矿山或进厂前质量控制,以达到进厂成分均齐,质量满足要求,实现 成品原料进厂 。

例如对石灰石矿山,建立计算机三维矿床模型,通过生产勘探对石灰石的各个开采区进行钻孔取样,对开采面进行质量控制,开采将应用计算机控制对不同开采区的灰岩进行合理搭配,然后喂入破碎机,在破碎机出口皮带上安装 -射线(GAM M A-M ET RI C)分析仪,根据测试结果控制各采区石灰石的搭配比例,以达到CaO 波动小于0.5%,破碎后的石灰石可以设立在矿山上的预均化堆场或碎石库。

(待续)

Main Contents

A S uccess Pr actice on T echnical Renovation

and Desig n Op timiz ation#E ngineer ing Desi g n o f No.3K iln in Shandon g Cement

Plant

W u S hou f u et al3

New Conce p tion f or the Desi g n o f Moder n

Dr y Pr ocess Cem ent Plant L i T ao p in g5

S em i-dr y-A n A p p r oach on the Modi f i

cation o f Wet Cement Plants

G ao Chan g min g9

Pr inci p le on Cement Standard R evision

(Cour se∃)Fan g Der ui11

Discussion on O p timal O p er ation o f

Closed-cir cuit M ill Song Tianmin13

Function and Distribution on L anthanum

E lement Com p osition in Cement Clinker

H uang Qix iu17

I nteraction Resear ch on CaCO3Calcining and Coal B ur nin g in Calciner L i Jianx i20 E f f ective R estor e w ith Lar g e A r ea De f or m ation on Rotar y K iln Shell

Wan g H ai p en g24

IK N Pend ulum Cooler

Chen Yaox in g et al26

Gener al Char acters Ex ist in T echnical

Modi f ication o f Gr ind in g S y stem

Wan g Zhon g chun31

S iz e Distr ibution Selection on the I m p r ov e

ment of G r inding Ef f iciency

L in J uanling37

M ethod on R aw Meal Com p osition Control

f rom R oller M ill H u Fengbin39

Sp ot Diagnosis and M aintenance f or Co m mon T r ouble o f L ow-tension Motors

X ue G uo f en g41

R e f it the Failur e Electrostatic Pr eci p itator

into Ba g Filter Zhan g Yon g44

Ventilated Dedustin g S y stem Modi f ication

on Cement M ill b y A p p l y in g BH A P ulse

Filter Yan g Shen g lin et al47

I nvesti g ations in the E f f ect o f M g O on the

Pr o p er t y o f H i g h Calciu m S ul p hoalumi

nate Cement L i Yan j un50

New M ethod on Cement S tr en g th Calcula

tion Feng Weim in et al55

Calculation M ethod of M ater ials Balance

in Pr ocess Design of Cement Plants

Gong Wenhu58

Abstracts o f Main Articles

A Success Practice on Technical Renovation and Desi g n O p timization#En g ineerin g Desi g n o f No.3Kiln in

Shandon g Cement Plant

Abstract:T he p ro j ect o f N o.3kiln in Shandon g Cement Plant is a2000t/d new d r y p r ocess p roduction line

w hich has a s p ecial sense in the r es p ect o f g r oss am ou nt

mana g ement and str uctural ad j ustment , build-u p

lar g e p lants and modi f icate small p lants and envir on

mental p r otection.T ianj in Cement I nd ustry Design and

Resear ch I nstitute m ade elabor ately design and ap p lied

many new technologies on this p r oj ect and accomp lished

the electr ical and mechanical eq uip m ent in the f or m of

dom estic manuf actur es.Und er close coor dination be tw een p lant and TCDRI,the p lant obtains thr ee q uo

ta :M inim um investm ent,shor t constr uction p er iod

and q uick tar g et and desi g ned ca p acit y achievement.It

is a p ilot p lant on the demonstr ation o f China new dr y

cement p roduction line.

Ke y words:T echnolo gy;Renov ation;Desi g n;New dr y p r ocess p roduction line

New Conce p tions f or the Desi g n o f Modern Dr y Process

Cement Plant

Abstract:W ith the incr easing develop m ent of new tech nology in cement ind ustry and the cor resp ond ing adj ust ment on state industrial p olicy,new concep tions m ust be established in desig ning new dr y p r ocess cement p lants by ap p lying m oder n technical,ad vanced contr ol and continuous o p er ation.Gr eat im p r ovem ent must be made on the tr ad itional desi g n ideolo gy ex ist in p lant scale,cement f ineness,siz e d istr ibution,q uar r y desi g n, r aw mater ials,r aw meal g r indin g and bur nin g etc.

Ke y words:N ew d r y p rocess cem ent p lant;Desi g n;New conce p tion

General Characters Exist in Technical Modi f ication o f

Grindin g S y stem

Abstract:G r indin g s y stem is a ke y section f or cement p r oduction.For the need o f industr ial ad j ustment, gr inding sy stem is f acing technical modif ications in many cement p lants.T he author gave str ess on the com mon p roblems:r aw m eal f ineness and sp ecif ic surf ace def ination;p r e-cr ushed and p re-gr inded adop tion; Sep ar ator ap p licability and d ry ing cap acity sup p le ment.The author also ex p lained his view p oint w ith cor r es p ondin g calculations and datum.

Ke y words:G r indin g;Pr e-crushin g;Pr e-g r indin g; Dr y in g