1、窑的操作要实现“五稳保一稳”，即做到生料成分稳定、生料喂料量稳定、燃料成分稳定、喂煤量稳定和设备运转稳定，风、煤、窑速合理匹配，控制系统漏风，确保窑系统热工制度的稳定，达到均衡稳定生产。4“均衡稳定”是实现生产过程自动化的基础和目的 “均衡稳定”与生产过程自动化互为因果，只有实行生产过程的自动控制，才能保证生产及时灵敏地调节，促进生产的“均衡稳定”；也只有生产的“均衡稳定”才能满足自动化装置的工作条件，为自动化装置的正常使用打下基础。5均衡稳定是提高收尘设备效率的需要 生产波动必然会使收尘设备工作状态波动，不仅会降低收尘设备效率，严重时还会影响其安全运转。例如，燃料不完全燃烧、可燃气体（CO+
2、H2等）含量超标时，电除尘器必须停止工作，否则容易引起爆炸。布袋收尘器入口粉尘浓度过高、风速过大时，则难以正常工作，气温过高或含有明火时，也会发生燃烧事故，损坏设备。旋风收尘器风速风量超过范围时，收尘效率也会降低。6“均衡稳定”是降解利用再生燃料和废弃物的最佳条件 二次燃料及各种废弃物成分及热值波动较大，需要妥善搭配，入窑前保持成分及热值稳定，并按规定数量与一次燃料置换，以保持窑内热力稳定；同时，也只有在预分解窑工况稳定状态下，再生燃料及废弃物才能处于最佳的降解利用条件，取得最佳的降解利用效果。第1章 新型干法水泥技术概论11 新型干法水泥技术的发展 自20世纪50年代初期德国洪堡公司（KHD
3、）研制成功悬浮预热窑、70年代初期日本石川岛公司（1H1）发明预分解窑以来，水泥工业熟料煅烧技术获得革命性突破，并推动水泥生产全过程的技术创新。50多年来，新型干法水泥生产技术发展已经历了五大阶段。 第一阶段：20世纪50年代初期至70年代初期。 伴随悬浮预热技术突破并成功应用于工业生产，新型干法水泥生产诞生，并随着悬浮预热窑的大型化而发展。 第二阶段：20世纪70年代初期至中、后期。 伴随预分解窑诞生与发展，新型干法水泥技术向水泥生产全过程发展。同时，随着预分解技术日趋成熟，各种类型的旋风预热器与各种不同的预分解方法相结合，发展成为许多类型的预分解窑。在本阶段中，悬浮预热窑的发展优势逐渐被预
4、分解窑所替代。但是，必须认识到悬浮预热窑是预分解窑的母体，预分解窑是悬浮预热窑发展的更高阶段。至今各种新型旋风预热器在预分解窑发展的同时，仍在继续发展完善，发挥着重要作用。 第三阶段：20世纪70年代中后期至80年代中期。 1973年国际石油危机之后，油源短缺，价格上涨，许多预分解窑被迫以煤代油，致使许多原来以石油为燃料研发的分解炉难以适应。通过总结改进，各种第二代、第三代分解炉应运而生，改善和提高了预热分解系统的功效。 第四阶段：20世纪80年代中期至如年代中期。 随着悬浮预热和预分解技术日臻成熟，预分解窑旋风筒一换热管道一分解炉一回转窑一篦冷机（简称筒一管一炉一窑一机）以及挤压粉磨，和同它
5、们配套的耐热、耐磨、耐火、隔热材料，自动控制，环保技术等全面发展和提高，使新型干法水泥生产的各项技术经济指标得到进一步优化。 第五阶段：20世纪90年代中期至今。 生产工艺得到进一步优化，环境负荷进一步降低，并且成功研发降解利用各种替代原、燃料及废弃物技术，以新型干法生产为切人点和支柱，水泥工业向生态环境材料型产业转型。12 新型干法水泥生产的定义 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，新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料以及IT技术等广泛应用于水泥干法生产全过程，使水泥生产具有高效、
6、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护要求和大型化、自动化、科学管理特征的现代化水泥生产方法。13 新型干法水泥技术涵盖的理论与成果 国内外新型干法水泥生产在发展过程中，应用现代科学最新理论与高新技术成果，并不断地完善和提高。这些理论与成果内容主要有： （1）采用现代计算机，地质学、矿物学理论与技术，在探明原料矿山地质构成及矿物成分之后，编制矿体三维模型软件，指导矿石搭配开采，矿山开采、运储过程中预先均化，既保持人厂矿石成分尽可能的均匀，又可以有效地利用在传统开采方式下必须丢弃的废石，有效地利用了资源。 （2）采用自控及机电一体化堆、取料技术，在原、燃料人厂后进一步均化，彻底改变了传统生产工艺
7、中原、燃料储库仅可用于储存物料的原始功能，使原、燃料预均化堆场具有预均化和储存物料的双重新功能，不仅可以减少物料储期，更为原料配料、生料制备和熟料煅烧创造了均衡稳定生产的条件。 （3）采用现代数学最优化理论成果以及x荧光分析仪、?射线仪和物料成分连续测试、计量仪表、仪器系统，并同计算机联网，编制原料配料软件程序，实现生料自动配料，解决了熟料成分均匀稳定“均化链”中长期难以解决的课题。 （4）采用粉体工程学理论成果，将传统工艺中的生料贮存库，优化为具有生料粉连续式均化库装置，保证生料人窑煅烧前得到了充分均化。 （5）利用现代流体力学、燃烧动力学、气固两相流稀相输送、热量一质量一动量传递机理，硅酸
8、盐物理化学、胶体化学等化学工程以及热工学、热力学、计算流体力学等现代科学理论，指导新型悬浮预热、分解炉系统的研制开发和优化工程。目前已开发出许多不同形式的高效低压损预热器和新型分解炉，以满足不同原、燃料特性和工艺特殊要求。不仅有利于提高燃料燃烧效率和燃尽率，并保证物料在其中充分分散、均匀分布，提高了气固换热效率、人窑物料分解率以及全窑系统的热效率及焩（Exergy）效率，为回转窑优质、高效、低耗提供了充分的保证。同时，亦可降低系统废气排放量、排放温度和还原窑气中产生的NO：含量，减少C02排放量等，减少了对环境的污染。 （6）根据矿物晶体化学、硅酸盐物理化学固相反应机理及相图，进一步缩短回转窑
9、长度（由原来LD=16-20减少到10左右），研制“两支点超短窑”，以便在预热分解系统水泥熟料生产过程中耗热量最大的生料碳酸盐分解过程基本完成。由于充分分散未能实现固相反应的新生态CaO、Si02等微晶矿物成分，在入窑紧密接触后，快速进行固相反应，使固相反应的放热过程直接用于物料升温，实现“快速烧成，促使熟料矿物结构微晶化，提高熟料品质”，同时亦可减少窑体过大造成的简体散热损失。 （7）根据流体力学、结晶化学及自控技术研制成功第三代带有“空气梁”（AiredBeam）、“控制流篦板”（ControlledFlowGrate）的篦式冷却机及固定篦床交叉棒式（CrossBar）等第四代篦式冷却机，
10、既可保证出窑高温熟料骤冷，以防熟料中硅酸三钙（3CaOSi02）晶体长大、硅酸二钙（2CaOsiO2）晶体变型，又可使铝酸盐（3CaOAlO3等）、铁铝酸盐（4CaOAl2O3Fe203等）固溶体等熔媒矿物形成玻璃体，提高熟料活性。同时，也优化了熟料冷却机作为热回收装备的功能，使炽热熟料进入篦冷机后实现急冷的同时又提高了热回收效率，从而可将人窑二次风温由原来850950提高到I100以上，人炉三次风温由原来600C-700提高到850-950。这对人窑及人炉燃料燃烧，优化全窑系统热工制度，降低热耗亦起到巨大作用。第2章 原料预均化21 原料预均化的意义及发展 原料预均化1905年首先用于美国的
11、钢铁工业，1959年用于水泥工业，1965年法国拉法基水泥集团又用于石灰石及黏土两种组分预配料，都取得良好效果12J。随后，在许多国家，特别是原料资源少、品位低的国家广泛应用。 原料预均化的意义主要表现在以下几个方面： （1）有利于稳定水泥窑人窑生料成分稳定 特别是大型生产线，保证均衡稳定生产，对于提高产品质量及生产效率，降低能耗，长期安全运转起着重要作用。中国是一个产煤大国，水泥工业几乎全部以煤为燃料，煤质差别大、波动亦大。在原、燃料质量波动情况下，如果不采取预均化措施，是很难满足稳定生产要求的。 （2）有利于扩大资源利用范围 中国水泥工业所用的石灰石资源品质较好，而欧州许多国家石灰石品位不
12、高。采用预均化技术可以利用过去难以利用的矿石，扩大资源利用范围。 （3）有利于利用矿山夹层废石，扩大矿山使用年限 矿山开采中，常遇到废石夹层，过去均剥离摈弃，既增加开采成本，又占用土地。采用预均化技术可将夹层废石搭配到品位较高的矿石之中，既有效利用了资源，又降低了成本和延长矿山服役年限。 （4）满足矿山储存及均化双重要求，节约建设投资 自从预均化技术在水泥工业应用40多年来，预均化技术也日益发展和完善。其主要标志是：预均化效果不断提高；堆场占地面积逐渐减小；堆、取料各个环节实现了自动控制；减小了原料的短期和长期波动；节约了大量天然资源和能源等。 20世纪80年代以来，原料预均化技术随着新型干法
13、水泥生产的发展，已得到广泛应用。22 预均化基本原理与功能 在水泥工业生产中，原料入厂后有一个储存及取用过程。过去的储库仅发挥储存功能，预均化堆场则兼备储存与预均化双重功能。 原料预均化的基本原理在于“平铺直取”。即在进行原料堆放时，尽可能以最多的相互平行和上下重叠的同厚度的料层构成料堆；取料时，则设法垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取尽。这样取出的原料就比输入（堆放）时均齐得多，原料在使用之前，进行了预先均化。例如，某水泥厂石灰石预均化堆场是矩形堆场，拥有2x40000t和2x 36500t料堆。堆料机能力为600th，每堆需要堆料作业约60-70h。每堆的料层约40
14、0500层，因而堆料机在平铺一层原料时，需时约lOmin左右。沿纵长方向的lOmin堆料期内，如果原料发生较大的成分波动，这个波动在取料时则可均匀摊入到7天取出的物料成分之中，因此其原来的10min波动则可忽略不计，从而保证取出物料成分的相对稳定。23 预均化堆场的类型 预均化堆场一般有三种类型：即原料预均化堆场、预配料堆场及配料堆场。 （1）原料预均化堆场 主要用途在于减少经预均化后的原料波动幅度和频率，获得成分比较均齐的原料。 （2）预配料堆场 主要用于某种水分太大、黏度太高、不便直接使用的原料预配料。将其同水分小、黏度低的其他组分原料事先配料混合，既可减少黏结堵塞故障，又可获得按某种成分
15、配合好的混合料，为下一步最终配料做好准备。例如：中国NG水泥厂即采用黏土与石灰石的预配料堆场。 （3）配料堆场 它是将多种原料，按配料要求，按一定配比堆入预均化堆场，经预均化后应满足要求的成分。由于它具有完全的配料作用，因此取样、试样处理、成分分析等都要求快速地按计算机指令完成，不但设备投资多，而且控制困难，很难满足生产要求。过去法国、德国有的水泥厂曾经使用过这种配料堆场，目前使用的已很少。24 预均化效果的评价方法 过去，对于原、燃料、半成品及成品的评价往往使用“合格率”的简单指标。这种表征指标，虽然在某种程度上可以反映质量波动状况，但是它并不能反映全部样品的波动幅度及其分布。表21所示的两
16、组各10个石灰石样品，它们的Cae03含量合格标准以90-94计算，合格率都是60。两组样品cae03含量平均值，第一组为9258，第二组为9203，亦比较接近。但是，如果从两组石灰石成分波动幅度方面考察，它们的波动幅度却是相差很大的。 第一组中有两个样品的波动幅度都在平均值：7左右，即使是合格的样品，不是偏近上限，就是接近下限。另一组的样品波动要小得多。用这两组原料去制备生料，对生料的波动影响当然会大不相同。可是用合格率去衡量它们，却得到相同的结果。这就充分说明，采用计算样品合格率的方法不能反映样品的真实波动状况。 目前，国际上通常采用“标准偏差”等计算方法，研究和掌握样品的波动状况及均化效
17、果等指标。现将常用的表征方法与内容说明如下： （1）标准偏差 标准偏差（Standarddeviation）又称标准离差或标准差、方根差等。它是数理统计学中的一个数学概念。它是表征数据波动幅度的一个重要指标。其计算式如下：第3章 生料均化技术31 生料均化的重要作用 在水泥工业生料制备过程的“均化链”中，生料均化是最重要的链环。高长明曾对此作了归纳，如表31所示。在生料制备四个主要链环中，生料均化年平均均化周期较短，均化效果良好，又是生料入窑前的最后一个均化环节，其重要地位十分显著。半个多世纪以来国内外学者一直重视均化率的不断改进和优化。特别是悬浮预热和预分解技术诞生以来，在同湿法生产模式竞争
18、中，“均化链”的不断完善，支撑着新型干法生产的发展和大型化，保证生产“均衡稳定”进行。其功不可没。因此，在新型干法水泥生产的生料制备过程“均化链”中，生料均化占有最重要的地位。32 生料均化库的发展 20世纪50年代以前，水泥工业均化生料的方法主要依靠机械倒库，不仅动力消耗大，而且均化效果不好。在矿山供应高品位矿石，质量比较好的条件下，为了使人窑的生料碳酸钙成分波动在o5内的合格率达到60以上，每u生料要多消耗36MJ至72MJ的电力。由于生料浆易于搅匀，湿法窑能生产质量较好的水泥，当时很多国家积极地发展湿法生产。 50年代初期，国外随着悬浮预热器的出现，建立在生料粉流态化技术基础之上的间歇式
19、空气搅拌库开始迅速地发展；60年代，双层库（一般上层是搅拌库，下层是储存库）出现；70年代德国缨勒（MOiler）、伊堡（1BAU）、克拉得斯彼特斯（ClaudiusPeters）等公司研究开发了多种连续式均化库，随后伊堡、伯力休斯、史密斯公司又研发了多料流式均化库。 中国水泥工业在20世纪50年代以前，干法厂生料均化大多采用多库搭配方式，均化效果很差；70年代邯郸等厂采用了间歇式空气搅拌库；80年代淮海厂曾采用双层库；连续式均化库由天津水泥工业设计研究院前身邯郸设计所于70年代末期研发成功，80年代首先在江西厂2000td新型干怯生产线上应用；同时，在80年代初期投产的冀东、宁国等厂引进了连
20、续式及多料流式均化库。自90年代以来，为了同大型预分解窑生产线配套，天津、南京等没计部门均研发了各具特点的多料流式均化库用于20005000td生产线。33 生料均化原理 生料均化原理主要是采用空气搅拌及重力作用下产生的“漏斗效应”（或称鼠穴效应），使生料粉向下落降时切割尽量多层料面予以混合。同时，在不同流化空气的作用下，使沿库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生径向倾斜，进行径向混合均化。 水泥工业所用的生料均化库，都是利用三种均化作用原理进行匹配设计的。间歇式均化库，就是采用空气搅拌原理，使生料粉按规定要求进行沸腾、翻滚达到搅拌混合均匀的目的
21、。这种搅拌库虽然均化效果（）高，但耗电量大和多库间歇作业是其缺点。目前，应用普遍的多料流库的研发，主要在于保证满意的均化效果（）的同时，力求节约电能消耗。因此，无论哪种型式的多料流均化库都是尽量发挥重力均化的作用，利用多料流使库内生料产生众多漏斗流，同时产生径向倾斜料面运动，提高均化效果。此外，在力求弱化空气搅拌以节约电力消耗的同时，许多多料流库电设置容积大小不等的卸料小仓，使生料库内已经过漏斗流及径向混合流均化的生料再卸入库内或库下的小仓内，进入小仓内的物料再进行空气搅拌，而后卸出运走。 不同类型的均化库均化效果高低、电力消耗大小等，关键在于三种均化作用匹配和利用技术水平的高低。不同的匹配方
22、式，就要求均化库有不同的结构、设备、控制装置和软件，这也就是各种不同类型的区别所在。 同时，还要强调的就是操作、管理和维修问题。高新技术的应用对用户也提出了相应的现代化管理概念，再好的装备不按其规定的要求办事，也就不能发挥其应有的作用和效果。过去，一些生产线均化库使用效果不够理想，不能长期保持较高的均化效果，故然同某种均化库设汁、设备水平不高有关，但是管理、操作不当，长期失修等也是一个普遍存在的问题，对此亦应引起高度重视。34 间歇式均化库 间歇式均化库是水泥工业最早利用的均化库，这种均化库由于动力消耗大等原因已逐步被淘汰，但其基本原理及利用高压空气充分搅拌生料的作用已被许多新型连续式均化库移
23、植、改进和吸纳。间歇式均化库的特点是： （1）库容一般较小，个数较多，库内生料依靠高压气流均化和翻滚搅拌。由于搅拌是一库一库间歇进行，故亦称间歇式空气搅拌均化库。 （2）由于间歇搅拌，一般设有两个以上的搅拌库和一个大容积的储存库。一个在人料到一定数量后开始搅拌，完成搅拌作业后即输送到储存库去。这时，出磨生料改人另一个搅拌库，如此循环作业。一般每库搅拌时间约需1个小时左右，搅拌气压200250kPa，每吨生料需压缩空气1020m3，电耗2932MJ，均化效果可达10-15。 （3）库底设有各种形式的充气装置，透气部件可选陶瓷多孔板或涤纶、尼龙等化纤织物。 图31所示为采用陶瓷多孔板作为透气材料的
24、充气装置单元。各种充气区可装设成扇第4章 生料粉磨技术41 生料粉磨作业的功能和意义 生料粉磨是水泥生产的重要工序，其主要功能在于为熟料煅烧提供性能优良的粉状生料。对粉磨生料要求：一是要达到规定的颗粒大小（可以细度、比面积等表示）；二是不同化学成分的原料颗粒混合均匀；三是粉磨效率高、耗能少、工艺简单、易于大型化、形成规模化生产能力。由于生料粉磨设备、土建等建设投资高，消耗能量大（一般占水泥综合电耗的14以上），因此采用高新技术，优化生料粉磨工艺，对水泥工业现代化建设有着十分重要的作用和意义。42 粉磨的基本原理 物料的粉磨是在外力作用下，通过冲击、挤压、研磨克服物料晶体内部各质点及晶体之间的内
25、聚力，使大块物料变成小块以至细粉的过程。粉磨功一部分用于物料生成新的表面，变成固体的自由表面能；大部分则转变为热量散失于空间。 为提高粉磨效率，近百年来许多学者从各个不同角度对粉碎理论进行了研究，提出了不少有价值的学说，在一定程度上近似地反映了粉碎过程的客观现实。其中，最著名的有三个基本原理：第一粉碎原理即雷廷格的粉碎表面积原理；第二粉碎原理即克尔皮切夫和基克的粉碎容积或重量原理；第三粉碎原理即邦德的粉碎工作指数原理。但是由于破碎和细磨过程本身受着很多因素的影响，而这些因素在不同的具体条件下又有着不同的变化。诸如，物料的性质、形状、粒度、产品的细度、设备类型、操作方法等。因此，至今都没有建立完
26、备的理论，更难用一个简单公式加以全面概括。尽管如此，这些理论仍有重要的指导意义。421 第一粉碎原理粉碎表面积原 由雷廷格（Rittinger）于1867年提出。他认为： “粉碎物料时所消耗的能量与物料新生成的表面积成正比。”其物理基础是，认为组成任何纯脆性的晶体物质的质点之间，具有恒定的分子吸引力。因此，从热力学观点来看，粉碎所消耗的能量与物质挥发时所需的总能量有关，亦即与用来拆开分子间的引力，产生新的表面所需的能量有关。并推证出表面积原理的普遍公式：422 第二粉碎原理粉碎容积或重量原理31） 克尔皮切夫（BKupnHqen）及基克（F.Kick）分别于1874年及1885年提出了这一原理
27、，他们认为：在相同技术条件下，将几何形状相似之物料粉碎成形状亦相似的成品时，消耗的能量与其容积或重量成正比。 克尔皮切夫推导出容积原理的普遍公式为： 分析以上两个原理可知，两者从不同的基本观点出发，在对物料粉碎规律的认识上，似乎有着本质的差别。加亡两者的计算结果，都不能全面地与实际相符，相差很大，故几十年来一直有着争论。1941年列宾捷尔提出了统一这两种学说的看法，认为当破碎物料时，由于物料块的尺寸较大，粉碎比较小，表面积增加不多，因此消耗在新生表面能的能量远小于使物料变形所需的能量，故变形功的影响较大；反之，当细磨物料时，由于新生表面积很大，故以表面积增加所消耗的能量为主。许多科学家进行的试
28、验和实际经验也证明，两种学说虽然都不能完全符合实际，但用于物料破碎时，容积学说较为接近实际，而用于细磨时，表面积学说则较为接近实际。423 第三粉碎原理邦德粉磨工作指数原理131） 该原理由邦德（P，CBond）于1952年提出，它是介于表面积学说与容积学说之间的第三学说。可论述为：粉碎物料所需的有效功与生成的碎粒直径的平方根成反比。在原始物料粒度为无限大，成品碎粒直径为P时，其表达式为：第5章 水 泥 粉 磨51 水泥粉磨的功能和意义 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（及缓凝剂、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，加速水化速率，满足水泥浆体凝结，硬化要求。 随着预分解窑发展日趋完善，熟料生产热耗大幅度降低，而水泥生产综合电耗却长期居高不下。20世纪80年代以来，人们重点关注粉磨技术的改进和突破。关注利用挤压粉磨技术代替冲击粉磨技术的研究，以提高粉磨功的利用率，降低水泥生产综合电耗。因此，水泥粉磨技术创新，对于提高水泥产品质量、节约能源消耗、降低水泥成本，使新型干法水泥生产更具经济竞争力
