【文章內(nèi)容簡介】 國新型干法水泥工業(yè)開始朝著 “科技含量高、資源消耗低、經(jīng)濟(jì)效益 ”的新型工業(yè)化道路的方向邁進(jìn)。安徽海螺水泥率先加快調(diào)整的步伐，闖出了一條低投資、國產(chǎn)化的道路。他們計劃五年之內(nèi)建設(shè) 22 條生產(chǎn)線，躋身世界水泥 10 強(qiáng)之列。海螺集團(tuán)的發(fā)展也促進(jìn)了其他大型水泥集團(tuán)的快速發(fā)展。 2020 年全國新型干法水泥產(chǎn)量折合 級水泥約 9460 萬噸，約占全國水泥產(chǎn)量的%，比 2020 年高 的百分點(diǎn)。 新世紀(jì)以來， 2020 年是水泥新型干法發(fā) 展歷程的第一個高峰，當(dāng)年投產(chǎn)新型干法生產(chǎn)線 166 條，新增熟料生產(chǎn)能力 億噸。 2020 年全國新投產(chǎn)新型干法生產(chǎn)線 132 條，新增熟料生產(chǎn)能力 億噸，由于大噸位水泥窯數(shù)量增加，新增能力為歷年之最 ［ 2］ 。 雖然我國的新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到國際較先進(jìn)水平 ,但就整體上來看 ,還是存在很大的差距。要想使這一技術(shù)取得更大的進(jìn)步 ,趕超發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平 ,就必須做到在努力提高新型干法生產(chǎn)的水泥所占的比例的同時 ,繼續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和信息化建設(shè) ,鼓勵企業(yè)自主創(chuàng)新 ,引進(jìn)新技術(shù) ,做好人才培養(yǎng) ,不斷推行優(yōu)化設(shè)計。 2 配料方 案的確定 熟料率值的確定 水泥熟料是一種多礦物集合體，而這些礦物是由四種主要氧化物化合而成。因此，在生產(chǎn)控制過程中，不僅要控制熟料氧化物的含量，而且還應(yīng)控制各氧化物之 間的比例，即率值。這樣，便可以方便的表示化學(xué)成分和礦物之間的關(guān)系，明確的表示出對水泥熟料的性能和煅燒的影響。因此在生產(chǎn)中，常用率值作為生產(chǎn)控制的一種指標(biāo)。 目前我國采用的是石灰飽和系數(shù) KH、硅率 SM 和鋁率 IM 三個率值。 KH2 Si O OFeOAlCaO ??? 石灰飽和系數(shù) KH 值是熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣（硅酸二鈣和硅酸三鈣）所 需的氧化鈣含量與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大含量的比值，也表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。當(dāng)石灰飽和系數(shù)等于 時，此時形成的礦物組成是 C3S、 C3A、 C4AF，無 C2S 生成；當(dāng)石灰飽和系數(shù)等于 時，形成的礦物組成為 C2S、 C3A 和 C4AF，無 C3S 生成。為使熟料順利的形成，不致因過多游離石灰而影響熟料質(zhì)量，通常在工廠條件下，石灰飽和系數(shù)控制在~ 之間。 硅率是表示熟料中氧化硅含量與氧化鋁、氧化鐵之和的質(zhì)量比，也表示熟料中硅酸鹽礦物與溶劑礦物的比例。硅率和氧化 物之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式是： SM32322 OFeOAl Si O?? 硅率會隨著硅酸鹽礦物與溶劑礦物之比的大小而增（減）。如果熟料中硅率過高，在煅燒時液相量會顯著減少，熟料煅燒困難；特別是當(dāng)氧化鈣含量低硅酸二鈣含量多時，熟料易于粉化。硅率過低，則會導(dǎo)致熟料中硅酸鹽礦物太少而影響水泥強(qiáng)度，且由于液相過多，容易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等現(xiàn)象，影響窯的操作。 鋁率表示的是熟料中氧化鋁和氧化鐵含量的質(zhì)量比，也表示熟料溶劑礦物中鋁酸三鈣和氯酸四鈣的比值。鋁率的表達(dá)式是： IM3232OFeOAl? 鋁率的高低，在一定程度上反映了水泥煅燒過程中高溫液相的黏度。鋁率高，熟料中鋁酸三鈣多，相應(yīng)的鐵鋁酸四鈣就較少，液相黏度大，物料就難燒；鋁率過低，雖然液相黏度小了，液相中質(zhì)點(diǎn)易于擴(kuò)散，對硅酸三鈣的形成有利，但燒結(jié)的范圍變窄了，窯內(nèi)易結(jié)大塊，不利于窯的操作。 確定 KH=～ ， SM=～ ， IM=～ 熟料熱耗的確定 水泥廠中 影響熟料熱耗的因素很多，國內(nèi)系統(tǒng)熱耗較高的主要原因是：結(jié)皮堵 塞現(xiàn)象嚴(yán)重，還有設(shè)備故障比較頻繁，從而導(dǎo)致窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率不高。而國外水泥廠家通過采用低阻 高效的多級預(yù)熱系統(tǒng)，以及新型篦式冷卻機(jī)和多通道噴煤管等先進(jìn)工藝，降低了水泥生產(chǎn)的熟料熱耗。 以上兩個表可以看出，熟料燒成過程所消耗的燒成熱耗與煅燒全過程有關(guān)，除涉及到原料、燃料性質(zhì)和回轉(zhuǎn)窯（包括分解窯）外、還與廢氣回收裝置有關(guān)（各類預(yù)熱器和余熱鍋爐、余熱烘干等）和熟料余熱回收裝置（各類冷卻機(jī)）等有關(guān)。結(jié)合《水泥廠設(shè)計概論》的相關(guān)要求后，綜合考慮確定熱耗為 3100kJ/kg。 根據(jù)《新型干法水泥廠工藝設(shè)計手冊》，見表 21 及表 22 表 21 國內(nèi)部分預(yù)分解窯的規(guī)格和特性 廠名 設(shè)計能力 （ t/d） 設(shè)計熱耗 （ kJ/kg熟料 ） 回轉(zhuǎn)窯規(guī)格（ m） 分解爐型式 分解爐規(guī)格（ m） 冀東水泥廠 4000 3308 φ 74 NSF Φ 寧國水泥廠 4000 3429 φ 75 MFC Φ 6 表 22 國內(nèi)部分預(yù)分解窯的規(guī)格和特性 窯型 熟料燒成熱耗 窯型 熟料燒成熱耗 kJ/kg熟料 Kg 熟料 kJ/kg 熟料 Kg 熟料 濕法長窯 干法長窯 5000～5900 4600～5000 1200～1400 1100～1200 旋風(fēng)預(yù)熱器窯 預(yù)分解窯 3300～3600 3100～3300 180～850 740～780 礦渣、石膏加入量的確定 礦 渣的作用：礦渣是一種具有潛在水硬活性的材料，已成為水泥工業(yè)活性混合材的重要原料。具有擴(kuò)大水泥品種，改進(jìn)水泥性能，調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號，增加水泥產(chǎn)量，改善水泥安定性能等性能。 石膏的作用：一般水泥熟料磨成細(xì)粉后與水相遇會很快凝結(jié)，無法施工。摻加適量的石膏不僅可調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，還能提高水泥的早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐蝕性，抗?jié)B性，抗凍性等一系列性能。 混合材的活性較高時，可以適當(dāng)增加混合材摻加量。熟料的標(biāo)號越高，要求混合材含量就越多；反之則越少。水泥標(biāo)號不同，強(qiáng)度的等級也不同，從而摻入的礦渣不同。水泥粉磨細(xì)度不同，比表面積不同，水泥的強(qiáng)度相應(yīng)也有所差別，從而要求摻入的礦渣量也不同。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB175—2020，普通硅酸鹽水泥摻加活性混合材不得超過 15%，其中允許用不超過 5%的窯灰或不超過 10%的非活性混合材代 替。綜合考慮煤灰的加入和礦渣活性混合材等問題，確定礦渣的加入量為 8%。 我國生產(chǎn)的普通水泥，其石膏摻量一般波動于 SO3 含量為 %～ %間。石膏中 SO3含量為 %，由此算出石膏的摻量為 %～ %，本設(shè)計的石膏的加入量為 5%。 3 物料平衡的計算 配料計算 原料及燃料化學(xué)成分 1. 原料化學(xué)成分 原料 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 W 石灰石 粘 土 鐵 粉 煤 灰 礦 渣 石 膏 2．燃料 煤的工業(yè)分析（ %） Mar 46. 57 22727(kJ/kg) 煤的元素分析（ %） 3 生產(chǎn)損失： 名稱 石膏 礦渣 生料 水泥 生產(chǎn)損失 /％ 3 8 5 3 Car Har Oar Nar Sar Aar Mar 合計 應(yīng)用基水分 /% 應(yīng)用基低位熱值 / kJ/kg 燒成用煤 22727 烘干用煤 21468 煤灰摻入量的確定 參考表 21 及表 22 的數(shù)據(jù)并結(jié)合《水泥工藝廠設(shè)計概論》的相關(guān)要求，綜合考慮后，確定本設(shè)計的熟料熱耗 q=3100kJ/kg 熟料 根據(jù)公式求得： 100SqAY?? YA QG=10022727 ? ??=% 式中： AG —— 熟料中煤灰摻入量， %； q—— 單位熟料熱耗， kJ/kg 熟料； yA —— 煤的應(yīng)用基灰分含量， %； S—— 煤灰沉落率， %，對于立窯和有完善除塵設(shè)備的回轉(zhuǎn)窯可取 100%； yQ —— 煤的應(yīng)用基低位熱值， kJ/kg 干煤 。 煤灰摻入量 %，則灼燒生料配合比為 100%%=%。 計算干燥原料的配合比 設(shè)定干燥物料的配合比為：石灰石 %、粘土 %、 鐵粉 %，以此計算生料的化學(xué)成分，如表 31 所示。 表 31 生料的化學(xué)成分 原料 配合比 燒失量 氧化硅 氧化鋁 氧化鐵 氧化鈣 水 石灰石 粘 土 鐵 粉 生 料 100 灼燒生料 煤灰摻入量 %，則灼燒生料配合比為 %。按此計算的熟料的化學(xué)成分，如表 32 所示。 表 32 熟料的化學(xué)成分 名 稱 配合比 氧化硅 氧化鋁 氧化鐵 氧化鈣 灼燒生料 煤 灰 熟 料 100 則熟料的率值計算如下： ???? C CCS FAKH C ?? ???? ??? CC FASM CS ?? ?? CFIM CA ? 計算的率值 KH=， SM=,IM= 在設(shè)計的范圍之內(nèi)，所以配比合適 計算濕物料的配合比 原料的水分為：石灰石為 2%，粘土為 10%，鐵粉為 8%則濕原料質(zhì)量配合比為： 濕 石灰石 = %%1002100 ??? 濕粘土 = %%10010100 ??? 鐵粉 = %%1008100 ??? 將上述質(zhì)量比換算成百分比 ： 濕石灰石 = % ??? 濕粘土 = % ??? 鐵粉 = % ??? 物料平衡 工廠生產(chǎn)能力 窯的臺數(shù)的計算： 本設(shè)計采用周平衡法計算，參照冀東水泥廠，選用 φ 74m 的回轉(zhuǎn)窯，臺時產(chǎn)量為 t/臺 h ，本設(shè)計標(biāo)定產(chǎn)量為 209t/臺 h 。 .15000 0 .9 9 6 8 12 4 2 4 2 0 9dhQn Q? ? ? ?? 式中 n——窯的臺數(shù)； Qd ——要求的熟料日產(chǎn)量（ t/d） Qh,l——所選窯的標(biāo)定臺時產(chǎn)量 [t/(臺