生产工艺总结_生产工艺总结

2020-02-29 其他工作总结下载本文

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水泥生产工艺小结

水泥生产自诞生以来，历经了多次重大技术变革，从最早的立式窑到回转窑，从立波尔窑到悬浮预热窑，再到如今的预分解窑，每一次变革都推动了水泥生产技术的发展。以悬浮预热和预分解技术为核心的新型干法水泥生产技术，把现代科学技术和工业生产最新成就相结合，使水泥生产具有高效、优质、环保、大型化和自动化等现代化特征，从而把水泥工业推向一个新的阶段。

水泥生产主要包括生料制备、熟料烧成和水泥粉磨至成品三个阶段，而在每个阶段中又包含了许多工艺过程。比如生料制备中涉及到矿山开采、原料预均化及粉磨和生料的均化等过程；而熟料烧成系统中又涉及到旋风筒、连接管道、分解炉、回转窑和篦冷机五种主要工艺设备。本文主要通过生料制备、熟料烧成和水泥成品三个大方面对整个新型干法水泥生产工艺进行描述。生料制备

1.1 矿山开采和原料预均化

任何产品的制备，原料的选取和制备均是重要的一个环节，原料的品质会直接影响生产产品的质量。所以，在水泥生产中，原料选取即矿石开采需要做好质量控制工作。在矿石开采过程中，首先要做好勘探工作，切实掌握矿体的质量，然后在此基础上根据生产需求，合理搭配，选择性开采，尽可能的缩小原料的化学成分波动，这同时也可为原料预均化创造了一定的条件。

1959年，原料预均化技术首次应用于美国水泥工业。预均化技术就是在原料的存取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化。具体是在原料堆放时，由堆料机连续地把进来的物料，按照一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠、厚薄一致的料层，而在取料时，则通过选择与料堆方式相适应的取料机和取料方式，在垂直于料的方向上，同时切取所有料层，这样就在取料的同时完成了物料的混合均化，起到预均化的目的。

预均化是在预均化堆场中进行的，预均化堆场按照功能又可以分为预均化堆场、预配料堆场和配料堆场三种类型。预均化堆场是将成分波动较大的单一品种物料石灰石、原煤等，以一定的堆取料方式在堆场内混合均化，使其出料成分均匀稳定；预配料堆场是将成分波动较大的两种或两种以上原料，按照一定的配合比例进入堆场，经混合均匀，使其出料成分均匀，并基本符合下一步配料要求；配料堆场是将全部品种的原料，按照配料要求，以一定的比例进入堆场，经过混合均化，在出料时达到成分均匀稳定，并且完全符合生料成分要求。1.2 原料的粉磨

在原料预均化的基础上，结合各种仪器设备，如X荧光分析仪、电子计算机和电子喂料称等，制备化学成分均匀稳定的生料，然后进行粉磨，从而提高粉磨生料的质量。

生料粉磨是水泥生产中重要的工序之一，其主要功能是为熟料烧成阶段提供优质的粉状生料。物料的粉磨的基本原理是在外力作用下，通过冲击、挤压、研磨，克服物料晶体内部各质点以及晶体之间的内聚力，使大块物料变成小块以致细粉。生料粉磨工艺主要历经两大阶段：第一阶段，20世纪50年代至70年代，烘干兼粉碎钢球磨机发展阶段（包括风扫磨及尾卸、中卸提升循环磨）；第二阶段，20世纪70年代至今，辊式磨及辊压机粉磨工艺发展阶段。1.2.1 风扫磨

风扫磨的特点是磨体短而粗，长径比一般小于2，进出料空心轴直径大，烘干仓和粉磨仓的通风面积大，磨尾没有出料篦板，通风阻力较小。其工艺流程如图1所示。利用窑尾热废气可烘干小于8%水分的原料，若另设热风炉供应高温热风，则可烘干含水分12%的原料。

图1 风扫磨工艺流程 1-喂料机；2-粉磨机；3-选粉机； 4-收尘器（？）；5-风机（？）；6-（？）1.2.2 辊式磨

辊式磨也称立磨，属于风扫磨的一种。辊式磨作为生料终粉磨与传统的钢球磨相比，具有粉磨及烘干效率高、能耗低、易于对生料成分及细度进行调节和利于环境保护等优点。辊式磨系统是按照风扫磨的工作原理研制的，其工艺流程可采用两级收尘或一级收尘，基本流程如图2所示。

图2 辊式磨的基本工艺流程 1-磨机（？）；2,3-收尘器（？）

1.2.3 辊压机终粉磨

辊压机生料终粉磨系统电耗低、主辅助设备运转率高，与其他几种粉磨系统相比，辊压机生料终粉磨节电幅度最大，其存在的不足是烘干作业必须在选粉机内完成。一般认为，当原料水分小于3.5%时可选用辊压机终粉磨工艺，而当原料水分大于3.5%时则选用辊式磨较为适宜，水分过大则挤压后的料饼难以打散、分散，影响系统产量发挥。1.3 生料均化

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。而生料均化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。生料均化主要是采用空气搅拌，重力作用下产生的“漏斗效应”，使生料粉向下落降时切割尽量多层料面予以混合。水泥工业所用的生料均化库，均是利用三种均化作用原理进行匹配设计的，如利用空气搅拌原理的间歇式均化库，利用“漏斗效应”的多料流式均化库以及结合“漏斗效应”和空气搅拌原理的混合室均化库。

多料流式均化库是目前使用比较广泛的库型，其原理是侧重于重力混合作用，而基本上不用或减小气力均化作用，以简化设备和节省电力。多料流均化库有多处平行的料流，漏斗料柱以不同流量卸料，在产生纵向重力混合作用的同时，还进行了径向的混合。另外，也有许多类型多料流库在库底增加了一个小型的搅拌仓，使经过库内重力切割层均化后的物料，在进入小仓后再经搅拌后卸料，以增加均化效果。熟料烧成熟料烧成阶段包括生料在悬浮预热器内进行预热及部分碳酸盐分解过程、经过预热器的生料在分解炉内继续分解的过程、回转窑煅烧及篦冷机冷却过程。2.1 悬浮预热技术

悬浮预热技术是指低温粉体物料均匀分散在高温气流中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速加热升温的技术。悬浮预热技术从根本上改变了物料预热过程的传热状态，将窑内物料堆积态的预热和分解过程，分别移到悬浮预热器和分解炉内，并在悬浮状态下进行。由于物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大幅度增加，因此传热速度极快，传热效率很高。同时，生料粉与燃料在悬浮态下，均匀混合，燃料燃烧热立即传给物料，使之迅速分解。因此，由于传热、传质迅速，大幅度提高了生产效率和热效率。

悬浮预热器的主要功能在于充分利用回转窑及分解炉内排出的炽热气流中所具有的热焓加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解。构成悬浮预热器的热交换单元主要有旋风筒及各级旋风筒之间的连接管道，如图3所示。它们具有使气、固两相分散、换热和分离的功能。

图3 旋风筒换热单元功能结构示意图生料在连接管道内进行分散以及气固间的换热过程，再在旋风筒内经过气固分离过程。经过上一级预热单元加热后的生料，通过旋风筒分离后，才能进到下一级换热单元继续加热升温。

旋风筒内的含尘气流在做旋转运动时，气流主要受离心力、器壁的摩擦力的作用；粉尘主要受离心力、器壁的摩擦力和气流的阻力作用。此外，两者还同时受到含尘气流从旋风筒上部连续挤压而产生的向下推动作用，这个推力则是含尘气流旋转向下运动的原因。含尘气流中的气流和粉尘的受力状况基本相同，但由于两者物理性质的不同，导致两者在受力状况基本相同的条件下，得到不同的运动效果，从而使得含尘气流最后得到分离。（旋风筒进出口风速、各级出口温度、压力？）（具体工况诊断与分析？结皮堵塞）

连接管道除了管道本身外还装设有下料管、撒料器、锁风阀等装备，它们同旋风筒一起组合成一个换热单元。因此，连接管道不但承担着上下两级旋风筒连接和气固流的输送任务，同时还承担着物料的分散、均布、锁风和气固两相间的换热任务。各种类型的悬浮预热器的连接管道风速一般设定为12 m/s~18 m/s。

撒料装置的作用在于防止料管下行物料进入连接管道时的向下冲料，并促使下冲物料冲至下料板后飞溅、分散。锁风阀装设于上级旋风筒下料管与下级旋风筒出口的连接管道入料口之间的适当位置，其作用在于保持下料管经常处于密封状态，做到连接管道中的气流及下料管中的物料“气走气路、料走料路”，各行其路。这样既能防止连接管道中的热气流经下料管上窜至上级旋风筒的下料口造成物料的“二次飞扬”，又能防止连接管道中的热气流未经同物料换热就由上级旋风筒底部窜入旋风筒内造成不必要的热损失。2.2 预分解技术

预分解技术是指将已经过悬浮预热后的水泥生料，在达到分解温度前，与进入到分解炉内的燃料混合，在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热，使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的技术。2.2.1 RSP炉

RSP是强化悬浮预热器的英文名称Reinforced Suspension Preheater的缩写，RSP炉是由日本小野田水泥公司与川崎重工业公司共同研制的，其结构如图4所示。

图4RSP分解炉结构示意图

RSP炉主要由涡流燃烧室即SB室、涡流分解室即SC室及混合室即MC室3部分组成。SB室的主要功能在于加速燃料起火预燃；SC室在于燃料在三次风中迅速裂解，加速燃烧进程，而对生料碳酸盐分解来说则是要求不高的，一般来说入MC室的生料分解率仅有35%~45%；MC室则是完成燃料燃烧及生料分解任务的最后部位，在MC室气固流喷-旋迭加流场作用下，分散均布较好，换热传质效果亦佳。2.2.2 MFC炉

MFC是三菱流态化分解炉英文名称Misubish Fluidized Calciner的缩写，MFC炉是由日本三菱水泥矿业公司和三菱重工业公司研制的。第一代MFC炉高径比较小，约等于1左右；第二代的改进主要是高径比增大到2.8左右；第三代则发展成为新的MFC炉，称为N-MFC炉，其高径比进一步增大到4.5左右。如图5所示。

N-MFC炉由流化层区、供气区、稀薄流化区和悬浮区四个区域组成。流化层区：炉底装有喷嘴，可使最大直径1mm的煤粒约有1分钟的停留时间，以充分燃烧。流化空气量为燃料理论空气量的10%~15%，流化空气压力为3KPa~5KPa。由于流化层的作用，燃料很快在层中扩散，整个层面温度分布均匀。

供气区：从篦冷机抽吸来的700°C~800°C的三次风，通过收尘后进入此区内，区内设计风速为10m/s。

稀薄流化区：该区位于供气区之上，为倒锥形结构。煤中的颗粒在此区内继续上下地循环运动，形成稀薄的流化区，当煤粒进一步减小时，才被煤粒带至上部直筒部分。

悬浮区：该区为圆筒形结构，气流速度约4m/s。经燃烧，颗粒已减小的煤粒及生料在此层呈悬浮状态，可燃物继续燃烧，物料进一步分解。

图5 MFC炉的发展及N-MFC炉内工况和分区

2.2.3 DD炉

DD是双重燃烧和脱硝过程的英文Dual Combustion and Denitratior Proce的缩写，DD炉是日本水泥公司研制的。这种分解炉是在总结了许多窑外分解方法的丰富经验基础上研制的，它通过在炉的下部增设还原区段，使窑气中的NOx有效脱除；又通过在炉内主燃烧区设立后燃烧区，使燃烧进行双重燃烧。其工艺流程及炉的结构如图6所示。

图6 DD型预分解窑工艺流程及DD炉结构示意图

DD炉内分为四个区段，第一区段为NOx还原带，位于炉的底部倒锥体部分；第二区段为燃料分解及燃烧带，位于圆筒中心线之下的部位；第三区段为主燃烧带，位于圆筒中心线之上及上缩口的正锥体部分；第四区段为完全燃烧带，位于上缩口的倒锥体及顶部圆筒部分。

炉的底部与窑尾烟室连接部分设有缩口，缩口面积的确定在于使窑烟气以30m/s~40m/s的速度通过缩口喷入炉内，一方面可以获得窑气量与三次风量之间的平衡，另一方面可以阻止生料沉降，落入室内。在第三、四区段之间设置第二个缩口，其目的是再次形成喷腾层，并使气流通过缩口流动至炉顶后，立即返回，从而加速气流与生料的混合搅拌过程，在较低的过剩空气下，就能是燃料完全燃烧并加速与生料的热交换过程。（具体工况诊断与分析？NOx的形成？SNCR和SCR）2.3 回转窑

新型干法回转窑内熟料煅烧过程的质量控制是整个生产过程中决定熟料产量和质量的关键和中心环节。在预分解窑系统中回转窑具有燃料煅烧、热交换、化学反应、物料输送和降解利用废弃物五大功能。图7为一预分解窑熟料的煅烧过程。

图7 预分解窑熟料煅烧过程

放热反应带（过渡带）：主要承担固相反应任务，为放热反应。放热量：C2S形成放热602kJ/kg·C2S，C4AF形成放热38kJ/kg·C4AF，C3A形成放热109kJ/kg·C3A（20°C）。本带上部为灼热火焰，下部物料反应放热，物料升温很快。主要反应温度及反应式如下：

2CaO + SiO2→2CaO·SiO2（1000°C）

烧成带：主要承担熟料中的主要矿物C3S的形成，f-CaO的吸收完成熟料的最后烧成任务。在本带中由1280°C开始出现液相直到1450°CC3S大量形成，f-CaO最后基本吸收，完成熟料的最后烧结过程，离开火焰高温区逐渐降温到1300°C左右进入冷却带。C3S形成为放热反应，放热量为447kJ/kg·C3S，反应温度及反应式如下：

2CaO·SiO2 + CaO →3CaO·SiO2（1280°C~1450°C）

冷却带：主要任务有3项，一是使熟料中的C3A、C4AF重结晶；二是使部分液相形成玻璃体；三是回收熟料中的热焓加热燃烧空气。本带反应温度为1350°C~1200°C以下。在预分解窑系统中，熟料的主要冷却任务在篦冷机中进行。窑系统不同温度条件下，生料组分的物理化学反应过程如图8所示。

图8 生料组分的物理化学反应过程

（喂煤量、喂料量、通风量和窑转速控制？风量调节的意义？如何调节？窑电流大小含义？NOx，工况分析？）

2.4 篦冷机

熟料冷却作业的原理是在于高效、快速地实现熟料与冷却空气之间的气固换热，其主要功能及作用如下：

（1）作为一个工艺装备，它承担着对高温熟料的骤冷任务。骤冷既可以阻止矿物晶体长大，特别是阻止C3S晶体长大，有利于熟料强度及易磨性能的改善；又可以使液相凝固成玻璃体，使MgO和C3A大部分固溶在玻璃体内，有利于熟料的安定性改善及抗化学侵蚀性能。

（2）作为热工装备，在对熟料骤冷的同时，承担着对入窑二次风及入炉三次风的加热升温任务，尽可能的使二、三次风加热到较高温度。不仅可以有效地回收熟料的热量，并且对燃料特别是中低质燃料起火预热、提高燃料燃尽率和保持全窑系统有一个优化的热力分布有着重要的作用。

（3）作为热回收装备，它承担着对出窑熟料携出的大量热焓的回收任务。一般来说，其回收的热量为1250kJ/kg·cl~1650kJ/kg·cl。这些热量以高温热随二、三次风进入窑、炉之内，有利于降低系统煅烧热耗，以低温形式回收亦有利于余热发电。

（4）作为熟料输送装备，它承担着对高温熟料的输送任务。对高温熟料进行冷却有利于熟料输送和储存。

篦冷机的特点：

（1）篦冷机入口端采用阻力篦板及空气梁结构篦床和窄宽布置方式，增加篦板阻力在篦板加料层总阻力中的比例，力求消除预分解窑熟料颗粒变细及分布不均等因素对气流均匀分布的影响。

（2）发挥脉冲高速气流对熟料料层的骤冷作用，以少量冷却风量回收炽热熟料的热焓，提高二、三次风温。由于脉冲供风，使细粒熟料不被高速气流携带，同时由于细粒熟料扰动，增加气料之间换热速度。

（3）高压空气通过空气梁特别是篦冷机热端前数排空气梁向篦板下部供风，增加对熟料的均布、冷却和对篦板的冷却作用，消灭“红河”，保护篦板。

（红河、堆雪人现象？篦速、风机风速、风压？参数？）水泥成品

在当代高性能混凝土迅速发展的背景下，对水泥产品提出了更加严格的要求，一是要生产高质量的熟料，二是优化水泥颗粒级配，三是优化混合材性能使之发展成性能调节性材料，四是外加剂的合理使用与研发。对水泥粉磨工艺来说，首先要重视的则是优化水泥产品颗粒级配，满足混凝土对水泥产品的要求。本节主要介绍几种不同辊压机水泥粉磨工艺。

（1）预粉磨系统

预粉磨系统的特点是物料先经辊压机预粉碎，然后入钢球磨机粉磨至要求细度，即为成品，如图9所示。

图9 预粉磨系统

1-辊压机；2-球磨机；3-选粉机

（2）混合粉磨系统

混合粉磨系统如图10所示。其特点是辊压机同钢球磨一起组成一个大的圈流粉磨系统，经挤压后的物料入钢球磨粉磨后再入选粉机。选粉后的细粉即为水泥成品，粗粉一部分回钢球磨，一部分再入辊压机挤压。

图10混合粉磨系统 1-辊压机；2-球磨机；3-选粉机

（3）联合粉磨系统

联合粉磨系统是当今辊压机应用的主要流程，其工艺如图11所示。该系统根据辊压机与钢球磨的工作特性，使它们能够做到重点分工，分别承担粗碎及粉磨作业。同其他粉磨系统的不同之处是在系统中装设了打散分级机，将挤压后的物料中大于3mm的粗粒分级后再送回辊压机挤压，而小于3mm的细粒料，则送入钢球磨磨至成品。

图11联合粉磨系统

1-辊压机；2-球磨机；3-选粉机；4-打散分级机

（4）半终粉磨系统