水泥生产技术基础

大型水泥厂的设计理念

目前国内外5000t/d以上规模的水泥厂逐渐成为业主建设的首选，水泥厂的建设规模越来越大，过去传统的设计理念正在发生变化。笔者曾担任海螺徐州10000t/d、枞阳

10000t/d、池州海螺8000t/d、华新阳新6000t/d、武穴6000t/d、巴基斯坦 KOHAT和GHARIBWAL6000t/d等大型水泥项目的设总，根据这些项目的设计过程和投产后的情况以及新技术的发展趋势，笔者将大型水泥厂的设计思路和主体方案应遵循的理

念概括为“可靠、简单、先进、节能、环保”十个字，下面通过几个主体方案的选择进行论述。

1 厂址的选择

厂址的选择突出的是“可靠”二字，就是原料供应要可靠、市场销售要可靠，过去将一个完整水泥生产线放在同一个厂址的概念，正在慢慢变为熟料、水泥项目分别建设，即熟料线靠近矿山而粉磨站靠近市场的选

址思路。现在国内水泥销售以汽车运输为主，汽车运输的距离毕竟有限，太远则运输成本上升且不能适应市

场的波动。另外，在销售市场附近建

设粉磨站有树立品牌形象、给顾客以安全可靠的感觉。水泥厂用量最多的原料是石灰石，其运输量占全部物流的一半，因此熟料线靠近矿山可以减少运输成本，降低由于原料供应而影响生产的风险。熟料线的选址还应该考虑交通的便利性和熟料运输的成本，象枞阳海螺、池州海螺、铜陵海螺、华新阳新、华新武穴等大型熟料基地建设在长江沿岸，在长江上建有专用码头，利用廉价的水路运输将熟料运往各粉磨站或外销，这样就大大降低了熟料的生产成本和销售运输成本，增强了市场竞争的能力。

2 矿山的选择和规划

矿山的选择和规划要着重考虑“可靠、环保”，在资源日益紧张的今天，选择一个储量大、质量好的矿山不是很容易的事情，在浙江全省有那么多水泥厂，但好的矿山仅集中在两个区域。因此对矿山的要求不能太高，过去追求的同时具备大储量、高钙、低碱、均匀稳定、易开采等要求已经不太好满足，随着水泥厂不断大型化，技术越来越先进，对原料的适应性也越来越强，只要有害成分不是太高、品位满足基本配料要求即可。但矿山必须要作好详细的地质勘探，

设计好长远的开采计划和资源利用方案。前几年普遍对矿山的规划工作不够，认为只要能运下石头就行，简单地做个道路、削顶和开采平台就匆匆投入使用了，结果一、两年后矿山无法开采，只好重新再作设计。现在有经验的水泥集团对矿山的前期工作十分重视，特别是地质部分，提前做好资源利用(搭配)方案和长远的开采规划，做到有控制地开采。现在大的水泥公司，对剥离下来的废石，全部搭配利用，既节约资源、又符合国家提倡的循环经济模式。

3 原料预均化设计

原料预均化的设计突出的是“简单”二字，在大型水泥厂的设计中，原燃料特别是石灰石均设有预均化堆场，但由于石灰石在矿山的开采过程中已经有意识地进行了搭配，且日用量特别大，一条万吨线的日用量大约1．2万吨，爆破时间间隔大大缩短，矿山的生产自然包含了均化作用。因此石灰石预均化堆场用于储存的作

用就高于均化作用了，大型回转窑对原料的适应性很强，对均化的敏感性不像小型回转窑那么高。这样石灰石预均化堆场的真正作用就是作为石

灰石破碎和生料磨之间的缓冲，一般破碎机更换一副锤头的时间为ld，则

石灰石的储量设计3d就足够了，一般矿山到厂区采用长胶带输送机或设有专用运矿道路，因此不存在运输的风险。在大型水泥厂中，长形预均化堆场由于可扩建性，应该更具有优势，但轨道宽度要控制在40m以内，否则取料机大梁的刚度就面临严重挑战。堆料层数也没有必要设计400层那么多，堆料机的速度可以放慢，堆场必须设有应急通道，在取料机检修时使用。国外还有一种思路，就是直接将石灰石配料秤设在取料机下面，取消石灰石配料库，以减少中间环节，提高运转率。

由于国内能源供应日益紧张，质量好的原煤价格很高，许多水泥厂采用劣质煤，而且货源不能稳定，进货渠道不固定，所以必须设置原煤预均化堆场。原煤不像石灰石那样靠近矿山，必须有一定储量以抵抗市场供应的风险和保证必要的均化效果，储存期设计为7-10d为宜。

生料均化库也不必追求过高的均化效果，它的储存作用和均化作用同样重要，选择均化效果达到5的均化库即可满足大型水泥厂的需要。有一种观点认为可以取消生料库，出磨生料直接入窑，但笔者认为不可行，

因为这样窑喂料量很难调节，烧成系统无法稳定。如果生料磨采用两套系统，生料储存期可设计为1～2d；如果生料磨采用一套系统，生料储存期设计为2～3d为宜。

4 原料粉磨系统的选择

原料粉磨系统的设计要重点考虑“节能”二字，笔者负责的几个大型项目，除华新武穴采用风扫磨外，其余全部采用立磨。立磨系统因为其节电、流程简单成为大型水泥厂的首选，国内5000t/d项目采用管磨系统的不外乎两个原因：一是原料难磨，如石英砂岩含量高，二是立磨供货周

期太长，影响建设工期。但由于大型水泥厂用电量很大，立磨的节电效果明显，因此只要有一点可能，也要采用立磨。

过去有些项目模仿山东大宇的立磨工艺流程，即采用所谓高浓度电收尘器，出磨气体不设置旋风筒，事实证明这样设计是不成功的，收尘效果很差。无论采用电收尘器还是袋收尘器，出磨含尘气体均应设置旋风筒进行预收尘，以降低收尘器的负荷，提高气体排放标准。

为了保护立磨，在物料进磨前设有三通，将探测到的含铁或其它金属

物料排放出去。在小型厂可以直接排放或设废料仓，但大型水泥厂每次物料排放量很大，因此在进调配库前即设置除铁器，进行“预除铁”，生料磨前排放的废料再入循环仓进行“二次除铁”，以减少废料的运输量。

5 烧成系统的设计

烧成系统是水泥厂的核心，设计的原则应是“先进、节能、环保”，烧成系统的技术十分成熟，可以说国内的技术与国外没有什么差别。国内外各著名设计单位的分解炉炉型不一样，但工作原理和技术参数十分接

近，以天津院第三代烧成系统和枞阳10000t/d对比为例(表1)。

从表l可以看出，我国的新型干法水泥技术已经达到国际先进水平，完全掌握了核心技术。不但如此，而且新一代烧成系统对原燃料的适应

性更强，过去认为原煤的热值应大于22990kJ才能满足预分解窑的要求，而现在只要18810kJ即可，甚至更低，这样就大大降低了原料成本。目前需要重点研究的是如何优化窑尾塔架

的用钢量和推广两档窑，以降低一次性投资。最近投产的由天津院设计的天瑞石龙5000t/d项目，经过对塔架的优化设计，较传统的5000t/d项目节约钢材130t。

目前国家大力提倡利用水泥回转窑进行垃圾焚烧，即对工业废弃物进行处理，这种处理既不造成二次污染，又比专门设计一套垃圾处理系统经济，处理能力很大。因此烧成系统的设计不但要考虑“先进、节能”，还要考虑对“环保”的贡献。

6 水泥粉磨系统选择

水泥粉磨系统的设计重点也是

“节能”，因为水泥粉磨部分在水泥厂中所占电耗比例最大，约为45％。可供选择的水泥粉磨系统流程很多，有开流磨、普通闭路磨、预粉磨、联合粉磨、终粉磨、立磨等。开流磨即高细磨，虽然能耗低、投资低，但调整水泥品种比较困难，水泥成品温度太高，除两广地区外不太受用户欢迎；普通闭路磨流程简单，运行可靠，以拉法基公司为代表的国外大公司基本采用该系统，但笔者认为该系统不适于国内大型水泥厂，原因是电耗较高，我国是能源消耗大国，不符合“节能”的理念，因此辊压机和立磨应该是大型水泥厂设计的首选方案。无论预

粉磨还是联合粉磨，每吨水泥至少节电5kWh，如果采用终粉磨或立磨系统则每吨水泥节电12～15kWh。随着新材料技术和机加工能力的不断提高，辊压机给人以不可靠、维修量大的感觉会慢慢改变，辊压机用于终粉磨也不是不可能。至于立磨，应该是水泥粉磨的发展趋势。笔者曾经负责安徽朱家桥水泥公司的设计，该项目采用拉法基公司立磨粉磨水泥和矿渣，运行将近十年，效果一直很好。天津院在浙江某公司将立磨成功用于粉磨矿渣，后又陆续为唐山、福建等公司提供了数套立磨用于粉磨矿渣，矿渣

较熟料难磨，因此立磨用于水泥粉磨也一定是一个趋势。

7 余热发电系统

不需要补燃的低温余热发电技

术已经十分成熟，这为水泥厂的节能设计提供了很好的技术支撑，过去烧成系统产生的废气经过增湿、降温、收尘处理后直接排放，没有对这部分余热加以回收利用。目前该技术余热发电量可达36～40kWh/t熟料，主要流程是在窑头冷却机废气出口设置

窑头余热锅炉AQC炉，前段为蒸汽段，后段为热水段，在窑尾预热器的废气管道上设置SP余热锅炉，SP炉产生

的蒸汽与窑头AQC余热锅炉前段产生的蒸汽合并后送入汽轮机作功发电。随着能源供应的日益紧张，节能减排成为基本国策，国家对新的水泥生产线审批时，要求同步设计余热发电系统，因此余热发电系统是最能体现“节能”这个理念了。

8 电气自动化系统

电气自动化的设计主要考虑“可靠、先进”的原则，现在水泥项目的调试主要是调电气设备和相应的参数，影响运转率的因素有很多是电气原因，所以电气自动化的设计思路首先是“可靠”，特别是大型水泥厂，主机

不能开开停停。自动化的设计指标是一个工厂技术水平的重要标志，只有自动化水平提高，才能减少操作工人，降低生产成本，才能完善设备的安全保护措施，并提高生产的稳定性，因此自动化设计追求的目标永远是“先进”。现在大型工厂的测点越来越多，需要处理的信息量越来越大，控制系统越来越复杂，现场总线技术因此而产生，该系统要求采用智能仪表，中低压采用智能化MCC(智能马达控制器)，利用总线通过Ethernet网络与计算机系统连在一起。虽然仪表和传动部分增加成本，但计算机系统特别是通讯电缆和桥架的投资会大

大降低，总的投资反而会减少。笔者负责的华新两个项目和海螺万吨线

均采用了现场总线技术，采用该技术后，操作员掌握的信息量大大增加，更有利于对运行参数的判断和调整，使系统运行更加稳定，因此值得推广。

大型水泥厂设计原则和需要考

虑的因素很多，但笔者认为关键是“可靠、简单、先进、节能、环保”这十个字，过去强调的“低投资”、“经济合理”、“建设周期最短”、“花园式工厂”、“功能齐全”等理念不是没有道理，但相比之下在“以人为本”、“可持续发

展”的总体思路下，已经显得不是很重要了。