泛論水泥立窯及濕法窯的技術改造
趙乃仁
1 前言
　　眾所周知，用立窯、中空窯和濕法回轉窯煅燒水泥熟料能耗較高，特別是濕法窯和中空干法回轉窯，熟料燒成熱耗都高達5850KJ/kg~6270KJ/kg，實物煤耗達250KJ/t~280KJ/t。即使是立窯，其熱耗也達4600KJ/kg。比先進的新型干法回轉窯熱耗約高1250KJ/kg（37%）。此外由于立窯水泥在生產過程中存在煅燒不勻、冷卻緩慢、煅燒過程不可控制以及采用復合礦化劑造成氟污染等問題，造成立窯水泥效益低下。另一方面，隨著新型干法水泥生產技術的發(fā)展，我國在采用新型干法技術煅燒水泥熟料方面已有相當成熟的經驗，目前已完全可以依靠自已的力量對立窯和濕法回轉窯進行節(jié)能技術改造。
　　當前我國水泥市場已由買方市場轉變?yōu)橘u方市場，用戶對水泥質量要求越來越高，這就迫使水泥企業(yè)越來越重視采用先進的生產工藝以提高水泥質量、降低消耗和生產成本，提高經濟效益，增強市場競爭力。因此，我們有理由認為，采用新型干法技術對水泥立窯和濕法窯進行節(jié)能技術改造的條件和時機已相當成熟料。本文結合我國實際情況，就水泥機立窯和濕法回轉窯改造成新型干法窯的技術途徑談一點看法。
2 立窯的技改
　　由于立窯水泥質量較差，因此在當前水泥市場不景氣的情況下，其銷售遇到相當大的困難，目前已有相當一部分立窯水泥廠處于停產或半停產狀。有人認為我國是發(fā)展中國家，立窯水泥在今后相當長一段時間內仍會存在，但必須看到我國水泥市場從供不應求發(fā)展到供過于求時間在今后相當長一段時間內仍會存在，但必須看到我國水泥市場從供過于求時間并不長，同時由于供求關系的改變以及用戶對水泥質量要求的提高，加上國家有關新的水泥檢驗標準的采用和提高混凝土標號的標準，立窯水泥的生存空間將越來越小，有可能被迫淘汰。但我們應同時看到，我國立窯水泥企業(yè)已發(fā)展成一支龐大的隊伍，如果簡單地將其淘汰，會帶來諸如設備浪費、工人失業(yè)等眾多社會問題，應在充分利用原有設施及勞動力的基礎上，將立窯水泥企業(yè)逐步改造成現(xiàn)代化的水泥企業(yè)。近年來，廣東、山東、江蘇等地的一些立窯水泥企業(yè)已采用變更窯型的根本方法來進行技改，即在廠內增加了新型干法生產線，將回轉窯熟料摻入立窯熟料中共同粉磨，以此來改善水泥的質量和性能。但在立窯水泥企業(yè)增加整條新型干法生產線問題較多。首先，新線不能放入原廠內而只有異地建設，不能充分利用原設備；其次建設整條生產線投資大，大部分企業(yè)無法承受。因此技改時應充分利用立窯水泥廠已有設備，僅新增新型干法燒成系統(tǒng)及煤粉制備系統(tǒng)，在大幅度降低投資的前提下，生產高標號水泥。這樣工廠可根據(jù)市場需求，適時調整回轉窯和立窯熟料的摻合比例，生產不同品種及標號的水泥。
2.1 技改方案
　　采用新型干法生產技術對立窯企業(yè)進行技術改造時，其燒成系統(tǒng)和煤粉制備系統(tǒng)可采用下述方案：
(1) 采用帶分解爐的新型干法回轉窯。其優(yōu)點是占地少、比預熱器容易達產、窯尾溫度低不易堵塞。此外，采用單筒冷卻機熱效率高，操作維護方便，又可抽三次風供分解爐燃燒。
(2) 生產規(guī)?？煽紤]800t/d及500t/d。對于擁有4臺立窯的水泥廠，應考慮新增一條800t/d的燒成系統(tǒng)，并淘汰2條立窯生產線。改造后水泥廠熟料產量可增加400t/d左右；對于擁有2臺立窯的水泥廠，可考慮增加一條500t/d的熟料生產線，并淘汰一條立窯生產線，這樣工廠熟料生產能力可增加約200t/d。
2.2 應用實例
　　以江蘇某廠為例，該廠擁有4臺機立窯，規(guī)格分別為φ2.2m×8.5m、φ2.5m×10m、φ2.84m×10m、φ3.0m×10m，年產水泥35萬t。技改方案為新增一條800t/d熟料新型干法線，折除φ2.5m×10m及φ2.2m×8.5m兩條機立窯生產線，保留原另外2臺機立窯生產線。技改后工廠總的熟料生產能力合計為1300t/d，比原有能力提高464t/d，技改效果較好。該廠具體技改方案如下。
(1) 生料制備及儲存。保留原有φ2.2m×6.5m生料磨，并將原φ2.2×6.5m水泥磨改造為生料磨，以滿足回轉窯生產需要?；剞D窯生料細度可放寬到12%~14%（0.08mm篩篩余）。原料入磨前須進行烘干、細碎以保證粉磨能力的正常發(fā)揮及生料庫的正常卸料。為保證入窯生料成分的均勻，新建了4座φ8m×20m容量為1000t的生料庫（總儲量為4000t），采用機械倒庫、庫頂均勻布料，進行生料均化。
(2) 煤粉制備及燒成系統(tǒng)。新增φ2.2m×4.4m球磨機用于煤粉制備，產量為7.0t/h，裝機容量為240kW，可滿足回轉窯用6t/h煙煤的需要；回轉窯采用φ3.2m×40m（也可用φ3.5m×45m），四級預熱器帶分解爐，熟料產量為800t/d，熱耗為3762kg/kg，熟料冷卻機選用φ3.5m×38m單筒回轉冷卻機。
(3) 廢氣處理。窯尾主排風機選用1825DIBB24風機，功率為500kW，電除塵器用75m2高壓靜電除塵器。
(4) 熟料儲庫。為便于儲存回轉窯熟料并轉入已有的水泥磨系統(tǒng)，新建4座φ8m×18m、庫容為4000t的熟料庫，可滿足回轉窯5d產量的儲存需求（如原有熟料庫夠用，可不建）。
2.3 經濟效益分析
　　盡管該廠原生產能力為35萬t/a，但實際最高銷量達僅27萬t/a，僅為生產能力的77%。技改后，由于一臺水泥磨改為生料磨，水泥產量只有22萬t/a，剩余22萬t/a，剩余22萬t/a 熟料（其中回轉窯熟料為15萬t/a）用于幫助其它立窯企業(yè)改善水泥質量或提供給粉磨站。該廠技改總投資為4000萬元，改造后不僅可充分發(fā)揮原設備的生產能力，每年生產22萬t優(yōu)質水泥，還可向其它水泥企業(yè)或粉磨站提供22.8萬t優(yōu)質熟料，集團經濟效益和社會效益明顯。
3 濕法回轉窯的改造
　　濕法窯由于其投資省、管理方便，對原料適應性強，生料成分均勻，一段時間內很受一些企業(yè)青睞。但其熱耗高，由于煤價過高，煤費幾乎占車間成本的一半，且熟料質量也不能適應新的檢驗標準。隨著新型干法水泥技術的發(fā)展，濕法生產線在市場中的競爭力逐漸削弱，影響了企業(yè)的發(fā)展。
　　近年來，水泥濕磨干燒技術提取了很大進展。這種采用濕法制備生料、干法燒成的生產工藝既保持濕法窯料漿均勻的優(yōu)點，又發(fā)揮了干法工藝熱耗低、勞動生產率高的優(yōu)點，是濕法水泥生產線進行節(jié)能技術改造的有效途徑。
采用濕磨干燒技術對濕法窯進行技改，其技術關鍵是料漿的過濾、烘干、粉碎。其評定指標仍是投資、能耗及運行的可靠性。
(1) 投資。將濕法生產線改造為濕磨干燒，可完全利用原濕法生料制備系統(tǒng)，但必須增加料漿過濾、烘干和破碎設備，以1000t/d生產線為例，其投資情況大致如下表1。
　　由表1可以看出，濕磨干燒投資較低（尚未考慮場持因素及廠內多臺濕法窯的情況下逐步改造的靈活性），但投資額視具體情況不，差別很大。
(2) 能耗。濕磨干燒工藝電耗和燒成熱耗見表2。
　　由表2知，干法工藝比濕磨干燒工藝熱耗約低250KJ/kg~418KJ/kg；濕磨干燒工藝雖增加了烘干破碎機及旋風除塵器，阻力有所增加，但省了2~3級旋風預熱器及增濕塔，降低了系統(tǒng)阻力，因些兩種工藝主排風機負荷接近。此外由于濕磨干燒工藝操作溫度較低，所以其標況風量與干法工藝接近，濕磨干燒工藝新增耗電設備為烘干破碎機及過濾設備，新增電耗約7.5kwh/t，但其粉磨電耗低于干法工藝，因而其電耗與干法工藝接近。
(3) 運行可靠性。濕磨干燒工藝運行的可靠性關健取決于過濾工藝是否可靠。過濾工藝在煤炭和冶金行業(yè)的應用已非常成熟，水泥行業(yè)經歷從無到有、從不熟悉到熟悉的過程，目前已完全掌握了其運行特點。從不熟悉到熟悉的過程，目前已完全掌握了其運行特點。以白馬山水泥廠為例，過去因不熟悉板框壓濾和濾餅倉的操作，堵塞及斷料現(xiàn)象時有發(fā)生，生產非常被動，經過改造及不斷摸索，操作人員基本掌握了板框壓濾和濾餅倉的操作特點，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定生產，達到了設計指標。目前真空過濾設備已從鼓型發(fā)展到盤型，冶金行業(yè)進一步把盤型濾布改為陶瓷以提高過濾性能，從而大大提高了單機生產能力，保證了烘干破碎機的穩(wěn)定正常運行。
　　濕磨干燒工藝的成功之處在于能夠充分利用原有設備及建（構）筑物，減輕了基建工作量，節(jié)省了大量投資，且充分發(fā)揮了濕法工藝生料均勻及干法工藝熱耗低、勞動生產率高的優(yōu)點，因些深受歡迎。
　　目前國內一些濕法窯水泥廠已考慮采用濕磨干燒技術進行技術改造，改造項目已不局限于φ3.5m回轉窯，還涉及到φ3.0m回轉窯。采用濕磨干燒技術投資約4000萬元，將其改造800t/d熟料的濕法干燒工藝，熟料燒成熱耗可達3762KJ/kg，比新型干法窯熱耗約高418KJ/kg~627KJ/kg，仍然是合算的。
表1 濕磨干燒與干法燒成工藝投資對比 （略） 表2 濕磨干燒工藝與干法工藝能耗對比（略）