传统水泥生产技术.doc

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1、10 传统水泥生产技术【本章导读】本章介绍了水泥窑的作用及分类，叙述了水泥熟料不同煅烧工艺流程和特点，重点介绍水泥窑纯低温余热发电技术，简介立窑煅烧工艺。10.1 水泥窑的作用和分类10.1.1 水泥窑的作用从1884年开始用回转窑煅烧水泥至今已有120余年的历史，期间经历了立窑、干法回转窑、湿法回转窑、新型干法回转窑等多次重大的技术变革，但作为水泥熟料矿物最终形成的设备水泥窑的作用并没有大的变化。水泥窑是化学反应器。为了使生料在窑内充分反应，窑内烧成温度要求达到1450，使整个物料处于部分熔融状态，物料经过了一系列的物理、化学变化，成为熟料；水泥窑是燃烧设备和传热设备。窑内高温是由燃料在窑内

2、燃烧产生的，燃烧产生的热量通过辐射、对流和传导三种基本传热方式，将热量传给物料；水泥窑是输送设备。物料从窑尾部加入，由于窑筒体是倾斜安装的，当窑转动时，物料不断地由窑尾向窑头运动，在立窑内物料从窑顶加入，由窑底部卸出；水泥窑还具有降解利用废弃物的功能。水泥窑所具有的高温、稳定热力场可以降解各种有毒、有害、危险废弃物。为使燃料在水泥窑内能进行正常燃烧，要送入助燃的空气；燃烧产生的烟、物料反应产生的水汽及二氧化碳等所组成的废气，需要从窑内排出，通过气体输送设备向窑内鼓进空气，并排出废气。所以水泥窑的工作是由气体流动、燃料燃烧、热量传递和物料运动等过程所组成的。水泥窑的工作就是使燃料能充分燃烧，燃烧

3、产生的热量能有效地传给物料，物料接受热量后发生一系列物理、化学变化，煅烧产生的废气顺利排除，最后形成熟料。10.1.2 水泥窑的分类水泥窑有回转窑和立窑两大类。10.1.2.1 回转窑分类按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产，与其生产方法相适应的回转窑也分为干法回转窑和湿法回转窑两类。由于窑内和窑尾热交换装置不同又可分为不同类型的窑。10.1.2.2 立窑分类立窑有三种类型：普通立窑、半机械立窑和机械立窑。普通立窑是人工加料和人工卸料；半机械立窑是机械加料，人工卸料（或人工加料，机械卸料）；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑和半机械立窑

4、高。我国基本上是机立窑。水泥窑的分类见表10.1。表10.1 水泥窑分类 窑型分类附属设备回转窑湿法回转窑湿法长窑：内部热交换装置如链条，格子式交换器等湿法窑：外部热交换装置，如料浆蒸发机、压滤机、料浆干燥机等干法回转窑干法长窑：中空或带格子式热交换器等干法窑：带余热锅炉等半干法窑：立波尔窑新型干法窑：带悬浮预热器或预分解炉立窑普通立窑半机械立窑机械立窑人工加料、人工卸料机械加料设备、人工卸料；人工加料，机械卸料设备连续机械化加料及卸料设备机械加料器、人工卸料人工加料、人工卸料10.2 水泥熟料煅烧工艺流程生料可通过湿法回转窑、普通干法回转窑、新型干法窑和立窑煅烧等不同的工艺烧成熟料。本节介绍

5、不同煅烧工艺的流程，并对特点进行分析。悬浮预热器和窑外分解窑煅烧工艺将在第9、10章进行详细讨论。10.2.1 湿法回转窑煅烧工艺图2-2-1 湿法长窑生产煅烧流程图1回转窑；2多筒式冷却机；3喷煤管；4传动齿轮；5热交换器；6链条；7托轮；8水冷却；9鼓风机；10煤磨；11选粉机；12旋风收尘器；13煤磨排风机；14煤磨热风管；15收尘器；16烟囱湿法长窑的筒体较长（长径比为3040），为增加窑的传热面积，常在窑尾部分挂有链条，加速水分蒸发。其生产流程如图10-2-1。湿法回转窑生产时在生料磨中加入水，将生料制成含水为3040%的料浆，经均化达到要求的料浆由窑头喂料机送入窑内煅烧成熟料，出窑

6、熟料经冷却机冷却,送入熟料库，原煤经烘干兼粉磨制成煤粉后经燃烧供给熟料煅烧所需热量。湿法回转窑煅烧的特点是:由于生料制成具有流动性的泥浆，所以对非均质原料适应性强，各原料之间混合好，生料成分均匀，工艺稳定，烧成的熟料质量高，熟料中游离氧化钙一般较低，熟料结粒良好，熟料强度等级高，生料在粉磨过程粉尘少，窑尾飞灰少。但湿法生产时蒸发3040%的料浆水分，需要消耗较大热量，能耗占水泥成本的1/21/3，较立窑和干法回转窑均高。湿法生产由于热耗高，能源消耗大，且生产时用水量大，消耗水资源，我国已把湿法水泥生产列为限制淘汰窑型。10.2.2 带料浆蒸发机回转窑为了将水分的蒸发过程移至窑外进行，可在窑尾后

7、面设料浆蒸发机，使料浆水分大部分在料浆蒸发机内蒸发掉，湿法窑筒体的长度可缩短，装有料浆蒸发机的窑叫带料浆蒸发机回转窑。其流程如图10-2-2。图2-2-2 带料浆蒸发机回转窑煅烧流程图1喂料槽；2卧式料浆蒸发机；3换热体，4回转窑；5旋风收尘器；6立式电收尘器；7螺旋输送机；8提升机；9入窑管；10熟料多筒式冷却机；11熟料链式输送机；12煤粉贮库；13鼓风机；14喷煤管；15排风机；16烟囱带料浆蒸发机回转窑仅将料浆的蒸发过程移到窑外的料浆蒸发机中进行，熟料煅烧的热耗仍然较高，同时煅烧系统复杂，管理工作量大，限制了这种窑型的发展。10.3 普通干法回转窑煅烧工艺普通干法回转窑就是将原料同时烘

8、干粉磨或是先烘干后粉磨后制成生料粉，经调配均化符合要求后喂入回转窑内煅烧，形成熟料。将干法制得的生料粉调配均匀并加入适量水，制成料球喂入立波尔窑内煅烧成熟料的方法也归入干法。10.3.1 中空干法回转窑图2-3-1 中空式回转窑1回转窑；2多筒式冷却机；3鼓风机；4传动牙轮；5烟囱中空窑是干法窑中最原始的一种型式，筒体内除砌有窑衬外，没有装设任何热交换装置。其生产流程如图10-3-1。普通干法回转窑装备落后,自动化程度，产量低（一般仅为4.45.0t/h），窑内传热效率差，高温废气的热损失大，热耗高（大多高于6000kJ/kg熟料），由于均化效果差导致生料成分波动大，熟料质量差且不稳定，废气温

9、度高，生产过程杨尘点较多，粉尘污染大。我国限制和淘汰干法中空窑。10.3.2 立波尔窑在回转窑尾增设加热机的窑，叫带加热机的回转窑。1928年第一台加热机的回转窑出现在德国，由当时德国工程师立列伯设计，波立修斯工厂制造，为纪念创始人和制造厂，因此将带加热机的窑命名为立波尔窑。我国目前水泥工业约有十余条立波尔窑生产线，大都为国内技术。国内与国外立波尔窑生产的技术经济指标见表10.3.1。表10.3.1 国内与国外立波尔窑生产技术经济指标1项 目国 内国 外熟料热耗（kJ/kg）45955435一次通过4180；二次通过32603345废气量（Nm3/kg）6.82.1废气带走热（%）224658

10、入窑分解率（%）304020世纪70年代以来，随着预分解窑生产技术的不断发展，窑外分解窑的发展在水泥工业重占据了绝对优势，我国立波尔窑逐渐减少，但在德国、日本等国家仍有相当数量在继续生产，技术经济指标也在不断提高。10.3.2.1 立波尔窑煅烧工艺立波尔窑是利用窑尾废气余热来预烧物料。在窑尾后面加设一个加热机（回转炉篦子），将生料粉制成生料球，喂入加热机。窑尾排出的废气进入加热机，穿过料球层，将热量传给料球，生料球获得热量后，在加热机内进行干燥、预热和部分分解，然后进入回转窑，煅烧成熟料，废气将热量传给物料后，由排风机排出。其流程如图10-3-2。图2-3-2 立波尔窑煅烧工艺1鼓风机；2回转

11、窑；3提升机；4加热机；5成球盘10.3.2.2 加热机工艺流程炉篦子加热机是利用回转窑窑尾高温废气的热量预热生料的一种热交换装置，是立波尔窑煅烧工艺中最重要的设备。根据气流通过料层的情况不同，炉篦子加热机分为“一次通过”和“两次通过”。一次通过是指出窑废气，一次通过预热室料层，经排风机排到大气中去；两次通过是指出窑废气先通过预热室，后通过干燥室，两次通过物料层，热量得到更充分的利用，国内外大部分采用两次通过。图2-3-3 加热机构造图 1成球盘；2料球溜子；3辅助烟囱；4金属外壳；5活动炉床；6冷风烟囱；7炉篦子；8上支承部分；9下支承部分；10调节风斗；11刮板；12主动轮；13从动轮；1

12、4吸风口；151号排风机；16电动机；17链式输送机；182号排风机；19生料提升机；20松料犁；21斜烟道；22调节闸板；23料层控制板从窑内排出来的10001100的高温气体，先进入预热室（一室），后分成两部分：一部分高温气体直接通过一室料层与料球进行激烈的热交换，由一号排风机排到大气中去，排出的废气温度为150200。另一部分分两路进入干燥室（二室），其中小部分气体经一、二室隔墙（水箱）进入二室，而大部分气体经辅助烟囱、斜烟道进入二室。如果辅助烟囱开着，由一室出来的气体将由此逸出小部分，而大部分气体由于烟囱壁的热损失和冷风烟囱进入的部分冷空气，温度已降至300500，通过二室料层后由二号

13、排风机排到大气中去，此时温度已降到100150。含水1214，粒度525mm的料球，由成球盘出来，经下料溜子进入加热机，均匀地分布在炉篦子上，加热机料层厚度一般为180200mm。为了防止烧坏侧板，两侧料层较高一些，为250300mm，生产中可根据窑内和加热机通风情况的好坏，用料层控制板来调节料层的高度。随着炉篦子不断向前移动，料球先后被干燥、预热和部分分解，大约1216min完成预热过程，把物料送入窑内。图2-3-4 加热机两次通过示意图 1排风机；2成球盘；3隔墙；4排风机；5旋风收尘器； 6螺旋输送机； 7炉篦子； 8斗式提升机； 9刮板输送机二次通过加热机的结构与一次通过的基本相同，只

14、是将一号排风机改为耐高温风机，去掉冷风烟囱，增加旋风收尘器。图10-3-4为二次通过示意图。从窑里出来的热气体，进入加热机一室的上方，由于排风机4抽吸热气体由上方经料层向下吸、气流经过旋风收尘器5后，在第二室再次由上而下通过物料层，由l号排风机排出，废气温度为170200，当料球在第二室沿着炉篦子移动时，由于这里料球较湿，而废气已经预先冷却过，所以不会使湿料球中水分剧烈蒸发，而造成料球的炸裂。在加热机中，为了使气体能均匀、顺畅地通过料层并增加交换面积，以达到减少流体阻力和增加传热效率的目的，当气体从第一室进入第二室前，通过旋风收尘器5收下粗灰尘，以防堵塞第二炉篦子上料球间的气路。由于废气两次和

15、料球接触，热利用率比一次通过高，传热效率更加良好。一次通过与二次通过的部分参数对比见表10.3.2。表10.3.2 一次通过与二次通过对比加热机形式废气出口温度（）排风量（Nm3/kg）热耗（kJ/kg熟料）飞灰损失（%）一次通过1001503437624180815二次通过1901002.53.03344376257从上表可以看出二次通过比一次通过有如下优点：（1）废气两次通过料层，且不掺入冷空气，出窑气体的热量得到充分利用，热耗低。（2）排风量减少，减轻了排风机的负荷。（3）飞尘减少，不但热损失降低，而且改善了环境，有利于文明生产。但立波尔窑也有如下缺点：（1）对原料的适应性不强。因生料需

16、要成球，要求粘土可塑性好、石灰石品位高。（2）加热机内，料层表面与料层内部温差较大，料球预烧不均，增加窑内的负担，熟料质量较低。(3)加热机结构、操作、维护都较复杂，维修工作量大，影响窑的运转率。10.3.2.3 立波尔窑加热机的改进 加热机是立波尔窑的关键设备，为提高立波尔窑的产、质量，可对加热机进行以下改进：（1）增加加热机长度，适当减少加热机负荷，提高产量。 （2）更新、更换加热机篦板、侧板、两侧密封板、刮板、挡料板等，加装篦板清扫器保证篦缝畅通。（3）保持一定的料层高度和料球的稳定。10.4 水泥窑纯低温余热发电技术纯低温余热发电技术就是利用中低温的废气产生低品位的蒸汽，推动低参数的汽

17、轮机组做功发电。水泥生产工艺过程中，熟料煅烧需要较高烧成温度，因此需要消耗大量的一次能源煤炭来满足要求，同时排出大量CO2，目前先进的新型干法工艺，单位熟料烧成热耗在29003300kJ/kg。根据热工标定，熟料形成热约占42，出冷却机熟料和预热器飞灰带走的热量约占5%，系统表面散热约占13%，预热器废气和冷却机废气带走的热量约为33%，其他热损失为7。纯低温余热发电就是利用这33左右的预热器和篦冷机排出的废气来发电，以节约能源，降低成本，保护环境。日本有近80的水泥窑都有纯低温余热发电系统，全国平均热料发电量近40kW ht，回收的电能已达水泥工业电耗的40。我国近期也已将此列入了10大重点

18、节能工程，提出“十一五”期间，在2000td以上水泥生产线建设中低温余热发电装置每年30套，形成年节能300万t标准煤。纯低温余热发电已进入了一个前所未有的发展时期。10.4.1 水泥工业低温余热的特征水泥生产的特点，一方面是消耗相当数量的能源，另一方面又有大量的废气余热被排入大气。目前我国新型干法工艺中窑尾5级预热器排出的废气温度一般在320370之间，窑头篦冷机余风排出的温度一般为250左右。这些废气在余热资源分类中属中低温级，但属二次能源，其携带的热能主要包括煤燃烧经利用后的排气显热、高温熟料与空气交换后的排气显热、水蒸汽汽化潜热等组成。尽管废气中携带的热量较大，但从热力学角度分析，废气

19、中具有的做功能力即烟？（yong ,火+用，无法打出）值较低，烟值是评价能量质量的一个重要指标，它的高低对其回收利用影响较大。另外根据水泥生产工况的特点，废气排气量和温度均有较大的波动范围，同时废气中含有一定量的粉尘，窑尾废气中的粉尘主要是生料，磨砺性不强但有一定的粘附性，而窑头废气中的粉尘主要是熟料颗粒，其磨蚀性较强。上述这些余热资源的特性对余热发电系统及相关设备均提出了较高要求。由于余热发电属于副产品，不能影响水泥生产线的正常运行，必须能很好的适应水泥窑正常的工况变化，并且在各种变化的情况条件下仍能保持较高的余热利用率和发电效率。10.4.2 纯低温余热发电技术原理及主要类型 纯低温余热发

20、电技术的基本原理就是以30左右的软化水经除氧器除氧后，经水泵加压进入窑头余热锅炉省煤器，加热成190左右的饱和水，分成两路，一路进入窑头余热锅炉汽包，另一路进入窑尾余热锅炉汽包，然后依次经过各自锅炉的蒸发器。过热器产生1.2MPa、310左右的过热蒸汽，汇合后进入汽轮机做功，或闪蒸出饱和蒸汽补入汽轮机辅助做功，做功后的乏汽进入冷凝器，冷凝后的水和补充软化水经除氧器除氧后再进入下一个热力循环。关键设备主要有窑尾、窑头余热锅炉和汽轮发电机组。 由于各个水泥企业的条件不同，纯低温余热发电系统的配置也不同，总体上大致分为三种： （1）采用单压进汽的凝汽式汽轮机组，即软化水经除氧后进入窑头余热锅炉省煤器

21、，加热成的饱和热水分别进入窑头、窑尾余热锅炉的气包，然后依次经过各自锅炉的蒸发器、过热器后产生的过热蒸汽混合进入汽轮机做功发电。过热蒸汽仅为单一的压力和温度，该系统简单可靠，但吨熟料发电量偏低。 （2）利用余热锅炉产生双压蒸汽，配套补汽式凝汽式汽轮机组。与第一种相比，窑头余热锅炉增加了一个低压汽包和一套蒸发器、过热器，经省煤器加热成的饱和热水分为3路，分别进入3个汽包，其中低压汽包的饱和热水经过窑头余热锅炉的蒸发器、过热器后产生出另一种压力和温度的过热蒸汽，从汽轮机的补汽口导入，主蒸汽从主进汽口导入作功发电。该系统效率高于第一种的凝汽式汽轮机组。（3）利用余热锅炉和热水闪蒸复合发电技术产生双压

22、蒸汽，配套补汽凝汽式汽轮机组。闪蒸就是高压热水进入低压空间瞬间汽化的现象，具体就是以200400的低温废气作为加热热源，系统设置有余热锅炉、闪蒸器和汽轮发电机组等。余热锅炉产出一定温度压力的过热蒸汽及一定量的高温高压热水，高温高压热水通过闪蒸器闪蒸出饱和蒸汽，过热蒸汽和闪蒸出的饱和蒸汽分别进入汽轮机主进汽口和补汽口做功发电。它最主要特点一是根据余热资源的质量和品位，实现合理的能级匹配，在符合技术经济原则的条件下，将常规余热发电系统和闪蒸系统结合起来，最大限度的利用余热资源，增加吨熟料发电量。采用此项技术一般可比常规纯低温余热发电技术多发电10以上。另一个特点就是闪蒸系统的设置能很好的适应水泥窑

23、的工况变化，能适应水泥窑废气量和废气温度的一定波动，使余热发电系统安全运行、稳定可靠，提高设备运转率。因为设置了热水闪蒸系统，当废气发生大幅度波动或废气热源的工况发生变化时，工质侧高温段的吸热量可以保持相对不变，废气热源发生变化的部分在工质侧低温段消化吸收，可通过调整给水量及闪蒸系统的液位高度等方法实现。该系统的不足之处在于系统较复杂，对汽轮机的设计制造水平要求较高。10.4.3 我国纯低温余热发电技术应用现状（1）水泥窑规模、电站装机、取热方式、蒸汽参数见表10.4.1表10.4.1 我国水泥窑规模、电站装机、取热方式、蒸汽参数水泥生产厂海螺宁国广西柳州江西万年上海万安水泥窑规模（t/d）四

24、级预热器带分解炉4000四级预热器带分解炉3300四级预热器带分解炉2000四级预热嚣1350电站装机/MW6.487.53.02.5 投产时间1997年2004年1997年2003年设计计算发电功率/MW6.486.72.81.8实际运行发电功率平均/MW7.25.31.72.21.7技术及装备来源整套设备均为日本KHI余热锅炉技术及关键部件为日本KHI，其它（包括汽轮机组）为国产国产国产预热器排出的废气温度360380360420380420350380电站投产前冷却机废气温度200250220280220270220250窑尾预热器SP炉及取热方式1台，预热器排出的废气进SP炉，SP炉排

25、出的200左右废气经高温风机后再烘干物料、收尘 1台，预热嚣排出的废气进SP炉，SP炉排出的240左右废气经高温风机后再烘干物料、收尘 1台，预热嚣排出的废气进SP炉，SP炉排出的210左右废气经高温风机后再烘干物料、收尘冷却机AQC炉及取热方式1台，冷却机中部补开抽风口，其抽出的风进AQC炉，风温为350370，抽风量为总废气量的50%左右，冷却机尾部排掉的废气量下降为50%左右，废气温度降为180以下。AQC排出的废气与冷却机尾部排出的废气混合后进入窑头原有除尘器1台，冷却机尾部排出的200270左右废气直接进入 AQC炉，AQC排出的废气进窑头原有收尘器 1台，冷却机废气余热取热方式与宁

26、国水泥厂何柳州水泥厂相同汽轮机主蒸汽及补汽参数主蒸汽：2.5MPa350一级补气：0.47MPa饱和二级补汽：0.47MPa饱和主蒸汽：1.65MPa350无补气主蒸汽：1.05MPa350无补气主蒸汽：1.6MPa300一级补气：0.25MPa1500（2）余热电站热力系统图2-4-4 江西万年水泥厂余热电站热力系统图2-4-3 上海万安水泥厂余热电站热力系统图2-4-2 广西柳州水泥厂余热电站热力系统图2-4-1 海螺宁国水泥厂余热电站热力系统2.4.4 纯低温余热发电系统的特点宁国水泥厂从日本川崎公司引进的4000t/d生产线，该系统为4级窑外分解工艺，余热锅炉和汽轮机均为进口，采用类似

27、第3种余热发电系统，发电机装机容量为6480KW。主要特点是： （1）采用川崎型冲动式、多级、混压凝汽式带减机型汽轮机。凝汽式是指作过功的蒸汽充分冷凝成凝结水，重新进入系统循环，减少系统补充水量。混压式是指汽轮机除主蒸汽外，另有两路低压饱和蒸汽导入汽轮机作功，从而提高汽轮机相对内效率，提高发电机输出功率。 （2）对冷却机进行改造，在冷却机中部新开一抽风口，利用这部分温度在360左右的废气。锅炉出口废气与原抽汽口的废气混合后进入窑头电收尘器，窑头余热锅炉设计为立式自然循环锅炉，带汽包，烟气自上而下通过锅炉，锅炉自上而下布置过热器、蒸发器和省煤器。由于废气粉尘为熟料颗粒，具有较强的磨砺性，设置了预

28、除尘器，另外为增大换热面积、强化换热效果，窑头余热锅炉的传热管设计为螺旋翅片管形式。 （3）窑尾余热锅炉设计为卧式强制循环锅炉，带汽包，设蒸发器和过热器，烟气在管外水平流动，受热面为蛇形光管，上端固定在构架上，下端为自由端，并焊有振打装量连杆。由于窑尾废气粉尘主要为生料粉，具有较强的粘附性，影响传热效率，故采用特殊设计的机械振打装量对受热面定期振打，使受热面保持干净无灰，从而保证了很高的传热效果。由于工作介质在传热管内是上下流动形，无法利用其重度差进行自然循环，故需用2台强制循环泵进行给水的强制循环。 （4）应用热水闪蒸技术，设置1台高压闪蒸器和1台低压闪蒸器，一方面将闪蒸出的饱和蒸汽导入汽轮

29、机做功，进一步提高汽轮机输出功率，另一方面通过锅炉给水系统循环，可以有效地控制窑头余热锅炉省煤器段出口水温，保证锅炉给水工况稳定。 （5）采用热水闪蒸自除氧结合化学除氧的办法进行除氧，不另设除氧器，减少了工艺设备，简化了工艺流程。 2004年广西柳州鱼峰公司在其3200d/t窑外分解线上建设了纯低温余热发电，也为4级预热器，电站装机容量为5700kW，与宁国水泥厂相比它的特点是： （1）采用国产低参数汽轮机，汽轮机转速3000rpm。该汽轮机对蒸汽温度有较大的适应范围，调速系统与宁国一样也为电磁式，执行机构为液压传动式。汽轮机的运行方式在启动过程中，以汽轮机转速为主要控制参数，以保证汽轮发电机

30、组正常并网，当机组达到额定负荷时，切换到压力控制方式，这时以汽轮机入口蒸汽压力为主要控制参数，调节机组输出功率以保证压力基本稳定，这种方式可适应废气余热参数的变化，使整个系统有较强的适应性和可靠性，并做到“热尽其用”。当机组出力超过限定值时，自动开启旁路阀，将部分蒸汽直接导入凝汽器，从而起到保护机组的作用。 （2）窑头余热锅炉为日本进口，系统以及对篦冷机抽风口的改造方式基本与宁国一样。 （3）窑尾余热锅炉为日本进口，由于窑尾预热器是双列的，因此设置了2台余热锅炉，它们共用1个汽包。 （4）由于汽轮机采用了纯冷凝式机组，不设置混压进汽，因此也没有设置闪蒸器。 （5）除氧方式选择了化学除氧，不设置

31、除氧器。 我国目前建成或即将建成的国产纯余热发电系统，主要是第1种和第3种类型，以第1种偏多。2.5 立窑煅烧工艺立窑生产在我国水泥工业的发展中作出了重大贡献。但由于其工艺的限制，在水泥质量、规模产量、环境保护方面等与新型干法水泥窑相比有较大差距，是我国水泥工业结构调整的重点。经过近几年的调整，一部分立窑企业已经出局，还有一部分企业也即将在市场优胜劣汰机制的作用下淘汰或依法被强制出局。2.5.1 立窑煅烧工艺流程图2-5-1 立窑生产工艺流程图1出磨库；2生料提升机；3生料小仓；4成球盘；5立窑；6出窑熟料其煅烧流程如图2-4-1。经均化合格的生料1经入窑提升机2送入生料小仓3，生料通过成球盘

32、4成球，料球通过撒料装置送入立窑5进行煅烧，出窑熟料6经破碎后入熟料库。 2.5.2 立窑生产的特点（1）立窑是竖立的，因此窑房向高空发展，占地少，基建费用低，不需要另设冷却机。（2）立窑生产用煤，部分与原料一起共同入磨，不需另设煤粉磨，基建投资少。（3）能充分利用劣质煤，生料和煤混合在一起制成料球加入窑内煅烧，在燃烧带中煤燃烧产生的热量可直接传给生料，在预烧带和冷却带传热面积增大，在立窑内传热效率高。（3）立窑筒体表面散热也较小，因此立窑总热耗低，热效率高。（4）立窑水泥厂可以充分利用地方的零星资源，就地取材，就地生产，就地销售，减少水泥的运输距离，减少运输费用，立窑水泥厂建于交通不便的边远

33、地区，尤为有利。（5）立窑生料均匀性差，在窑内不易煅烧充分，熟料质量不稳定。单机产量低，自动化程度低，不易实现窑的自动控制，工人劳动强度大，劳动生产率低，环境污染大，立窑的矿山开采比较混乱，不能进行规范开采，对矿山资源不能充分利用。由于资金所限，粉尘的治理力度较低，对环境造成一定的污染。本章小结水泥窑五个方面的作用是：水泥窑是化学反应器；是燃烧设备和传热设备；是输送设备；具有利用废弃物的功能；是燃烧设备。水泥窑有回转窑和立窑。回转窑有干法回转窑、湿法回转窑和新型干法回转窑。立窑有普通立窑、半机械立窑和机械立窑。水泥熟料煅烧分为回转窑和立窑煅烧工艺，回转窑又可分为湿法回转窑和干法回转窑。湿法煅烧

34、工艺生料流动性好、易均化，熟料质量稳定、等级高。但由于热耗高，能源消耗大，生产时要加入3040%的水制成料浆，用水量大，消耗水资源，在我国现已属于限制淘汰窑型。普通干法回转窑自动化程度，产量低，窑内传热效率差，高温废气的热损失大，热耗高（大多高于6000kJ/kg熟料），生料均化效果差，熟料质量差且不稳定，我国限制和淘汰普通干法回转窑。立波尔窑是在窑尾后面加设一个加热机，利用窑尾废气余热通过加热机来预烧物料，使料球在加热机内进行干燥、预热和部分分解，然后进入回转窑煅烧。特别是窑尾余热两次通过加热机的立波尔窑，热量得到更充分的利用，热耗低。但因生料需要成球，要求粘土可塑性好；加热机内，料层表面与

35、料层内部温差较大，料球预烧不均，熟料质量较低。加热机结构、操作、维护都较复杂，窑的运转率低。纯低温余热发电就是利用预热器和篦冷机排出的废气通过窑头余热锅炉和汽轮发电机组来发电，将水泥煅烧过程中产生的低温废气余热转换为电能回用于水泥生产，进一步降低水泥的综合电耗，节约能源，保护环境。由于水泥煅烧的废气排气量和温度波动较大，废气中含有一定量的粉尘，生料产生的粉尘有一定的粘附性，而窑头废气中的粉尘磨蚀性较强，余热发电系统及相关设备应能很好的适应水泥废气的变化，并且在各种变化的情况条件下仍能保持较高的余热利用率和发电效率。日本大多水泥窑都有纯低温余热发电系统，我国新型干法窑的纯低温余热发电技术正处于发

36、展完善阶段。思考题1、水泥煅烧工艺有哪几种？2、纯低温余热发电技术有哪几类？我国目前这种技术的应用情况如何？阅读材料 中外水泥窑纯低温余热发电对比从20世纪80年代开始，世界上以余热利用为目的的水泥窑纯低温余热发电有了较大的发展，发电能力达到3040kWh/t熟料。在发达国家，特别是在能源紧缺地区，纯低温余热发电已被广泛应用。我国的纯低温余热发电研制起步较晚，首条配备纯低温余热发电系统的新型干法生产线是宁国水泥厂的4000t/d生产线，由日本无偿提供技术和设备。迄今为止，我国配有纯低温余热发电系统的新型干法生产线只有4条，相比日本70%的普及率有很大的差距，且没有一条5000t/d带五级预热器

37、的生产线有纯低温余热发电。一、主要经济技术指标对比由于受窑型、工艺流程、水泥生产配料成分、水泥生产原燃料水分、水泥工厂地理位置等诸多因素的影响和制约，很难给出每一种窑型精确的低温余热电站的装机规模、投资等各项经济技术指标。表l给出的是一组比较重要的单位经济技术指标和参数。表1 国内外系统主要技术经济指标对比名 称国产技术和设备国产技术和设备主机设备 窑头余热锅炉 一套（立式，自然循环） 一套（立式，自然循环） 窑尾余热锅炉 一套（立式，自然循环） 一套（卧式，强制循环）汽轮机补汽式汽轮机一套混压进汽式汽轮机一套发电机空冷式发电机一套空冷式发电机一套水处理设备一套一套循环冷却设备一套一套DCS控

38、制设备一套一套 吨熟料发电量 2636 kWh 2836 kWh 自用电率（%） 9 9 年运行时间（小时） 7500 7500 供电成本（元/ kWh） 约0.15 约0.2 单位千瓦投资（元） 约7000 约16000 劳动定员（人） 16 16 从表l可见，国外设备汽轮机多采用混压进汽式，国产设备多采用补汽式汽轮机。从发电效率来看，国外设备明显高于国产设备，但投资成本也高出一倍多。二、设备实际应用情况对比从目前投产的四家纯低温余热发电系统看，国产技术和装备比日本川崎的技术装备，其效率相差很大，其实际运行情况见表2。表2 国产技术和装备于国外技术和装备实际应用情况对比水泥生产厂海螺宁国广西

39、柳州江西万年上海万安水泥窑规模4000t/d（四级）3300t/d（四级）2000t/d（四级）1350t/d（SP窑）电站装机MW6.48MW7.5MW3.0MW2.5MW投产时间1997年2004年7月1997年2003年3月设计计算发电功率6.48MW6.7MW2.8MW1.8MW实际发电功率7.2 MW5.3 MW1.72.2 MW1.7 MW技术及装备来源整套设备均为日本KHI余热锅炉技术及关键部件为日本KHI，其它（包括汽轮机组）为国产国产国产预热器废气温度360380360420380420350380汽轮机主蒸汽及补汽参数主进汽2.5Mpa3501级补汽：0.47Mpa饱和2级

40、补汽：0.07Mpa饱和主进汽1.0Mpa350无补汽主进汽1.05Mpa350无补汽主进汽1.6Mpa3001级补汽：0.25Mpa150 从表2可以看出，只有全套引进的宁国线实际运行功率超过了装机功率，其他三条线均未达到装机功率，可见国产技术及设备相比日本川崎公司的还是有一定差距。 从实际生产运行得的情况，江西万年的国产设备很不稳定，上海万安企业总公司的发电效率也明显不好。其余两家海螺宁国水泥厂和广西柳州水泥厂因为是引进的整套设备或关键部件，所以生产情况较好。特别是海螺宁国水泥厂从1998年3月开始实质性运转以来，当年即达产达标，系统安全、稳定、高效运行，平均吨熟料发电量达36kWht，使

41、系统产能发挥到设计能力的110%，给海螺集团创造了巨大的经济效益和深远的社会效益，成为海螺集团新的、稳定的经济增长点。三、目前存在的问题通过十几年的研究与开发，我国余热发电热力循环系统和设备已能国产化。尤其是补汽式汽轮机的研制成功，使我国余热发电技术及装备水平总体上已经赶上国际先进工业国家。但是，有一个问题不能忽略，那就是目前我国现有的四家生产线都是带四级预热器的预分解窑，其窑尾温度一般在360400，而带五级预热器的预分解窑尾的废气温度一般在320340，也就是说四级和五级的窑尾废气温度相差了50左右。据专家介绍，在此温度下国内汽轮机技术还不成熟，其效率会大大降低，而且目前国内还没有一家成功

42、的先例。因此要想使纯低温余热发电技术在我国得到大力推广和应用，就要从消化吸收国外先进技术入手，研究开发出较成熟的国产技术和设备，推动民族工业的发展。学 习 小 结1.湿法回转窑生产。熟料的形成过程从窑尾开始沿窑长度按温度和反应大致可分为：干燥带、预热带、碳酸盐分解带、放热反应带、烧成带和冷却带。于料浆水分高，蒸发水分需耗热多，熟料热耗高，为提高窑的热效率，降低熟料热耗，窑体可做成各种形状(如直筒型、热端扩大型、冷端扩大型及哑铃型)，窑内悬挂链条或安装热交换器，加料浆稀释剂或料浆过滤脱水等；同时采取措施减少简体散热损失，选择合理的过剩空气系数、堵漏、控制煤粉质量等减少不完全燃烧热损失，加强热交换

43、减少窑尾废气及熟料带走的热损失。对湿法窑煅烧操作中的不正常窑况(如结泥浆圈、周期性慢转窑等)，要找准原因，及时处理。2.传统干法回转窑生产。虽然可加热交换装置，但仍然热损失大，热耗高，产量低，几乎被淘汰。立波尔窑生产。生料需成球入炉篦子加热机预热后，再人回转窑内进行煅烧，窑内没有干燥带和预热带。窑尾废气通过加热机炉篦子分为一次通过和二次通过，二次通过使废气的热量得到更充分的利用。炉篦子加热机通风对立波尔窑的生产影响很大，影响通风的因素主要有：料球质量、料球堆放厚度及形状、加热机漏风及窑的热工制度等。立波尔窑的操作要注意辅助烟囱和冷风烟囱的调节，操作中既要从窑头观察“黑影”的远近、火焰的形状与颜

44、色、熟料的结粒情况及熟料在窑内的带料高度等，还要随时注意观察窑尾加热机的气体温度和负压的变化情况，通过风、煤、窑速的调整稳定窑的热工制度。3.机立窑生产。含煤生料通过成球盘成球后，再通过播料器撒人窑内，燃料燃烧所需空气从窑底鼓入，生料球通过生料球内煤的燃烧，在从窑面自上而下的过程中烧成熟料。煤对煅烧影响很大，一般要求用无烟煤且质量稳定；黏土要求塑性要好。配料时，热耗选择要准，三率值确定要适当，一般趋向低铁煅烧，可掺矿化剂、晶种改善生料的易烧性。对料球要求具有一定的机械强度、粒度均匀且大小适宜、有一定的气孑L率、热稳定性好。操作上要力求底火稳定，稳定窑的热工制度，做好加料、用风、卸料“三平衡”。

45、对不正常窑况，要找准原因，正确处理。4.传统窑型的改造。干法中空窑可利用窑尾废气进行余热发电，也可加预热器、分解炉进行改造；湿法窑可在窑尾加装料浆蒸发机、机械脱水装置等，降低入窑生料水分，降低热耗，增加产量。机立窑除完善工艺设施、使用新工艺、新设备等之外，可以进行复习思考题1.湿法回转窑的形状有哪几种?各有何优缺点?2.链条的作用是什么?其悬挂方法有哪几种?3.湿法回转窑各带是如何划分的?各带主要进行了哪些物理化学反应?4.回转窑链条带的传热与中空部分的传热有何不同?5.湿法回转窑热效率不高的主要原因是什么?提高其热效率的主要途径有哪些?6.回转窑主要热损失有哪些?降低回转窑热损失的主要途径有哪些?7.湿法回转窑结泥巴圈的原因是什么?8.何谓周期性慢窑?周期性慢窑的原因有哪些?9.料浆稀释剂的作用机理是什么?10.料浆蒸发机的作用原理是什么?11.