日产万吨级熟料煅烧技术与装备

当代世界水泥工业中，熟料煅烧能力单线达到3000～5000t/d的就可谓大型，7500～100 00t/d的当属超大型。按2003年的粗略统计，全球约20亿吨的水泥产量中，大型和超大型生产线所生产的水泥分别为14%和4%左右。虽然它们在水泥总产量中所占的比例还不到五分之 一，但是它们却代表了世界水泥工业的发展方向和中坚力量。因为它们都采用了最先进的技术与装备，充分利用和节约资源与能源，特别注重环境保护，均属环境友好型和可持续发展 型绿色生产线。我国近2～3年来新建成投产的50余条日产熟料4000～5000t以上的生产线，按通用的国际标准衡量，绝大多数已达到清洁生产的水平，主要是在替代天然矿物燃料———可燃性废弃物的处置利用方面距离绿色生产水平还有较大差距，亟需全社会各方面的协调逐步实现之。
　　现今我国水泥工业中，日产熟料5000t左右的大型装备及其技术已经相当成熟，先进 可靠。总体而言，这样的生产线应该成为我国水泥工业发展的主流。事实上也正是在这样的稳步地发展之中。所谓超大型的生产线，目前看来它应该是一种反映我国水泥工业技术与 装备水平和实力的标志，其象征性意义尤为显著。故而更加吸引世人的眼球，引起广泛关注。 本文仅就超大型水泥熟料煅烧技术与装备的现状及其发展作一简介，与业界同仁共同研讨。
　　一、万吨级（7500～10000t/d）熟料煅烧技术与装备的发展简况
　　丹麦史密斯公司1990年分别与泰国的暹罗水泥公司（SCC）和暹罗京都水泥公司（SCC C）签署合同，为位于考翁和塔珀克旺新建的10000t/d生产线提供全套熟料煅烧装备，即预热器、分解炉、回转窑、排风机，等等。这两条10000t/d生产线于1992年先后投入正常生 产，是世界上第一条（考翁）和（塔珀克旺）投产的10000t/d生产线。这是现代水泥工业迈向超大型化的一个飞跃，因为当时国际上已投产的4000t/d左右 的生产线都不多，据说仅有10余条线，而且生产时间最长的也只有4～5年。这一步跨越到10000t/d并取得成功，实属不易。因市场需求刺激，1994年在泰国塔珀克旺又扩建了1条100 00t/d生产线。这也是史密斯提供的世界第三套10000t/d熟料煅烧全套装备，并根据前两套的实践经验进行了相应的改进。
　　1995年泰国暹罗水泥公司曾决定在考翁扩建一条15000t/d生产线，1996年史密斯公 司完成了该线熟料煅烧装备的设计，后因1997年的亚洲金融危机，该项目未能实现.1990～2001年间，史密斯公司（含1997年兼并的美国前Fuller公司）为泰国、印尼、 巴西、印度、波兰等国家提供了7000～10000t/d生产线的熟料煅烧全套装备约15套。1991～1999年间，德国伯利休斯公司为泰国、印尼、韩国、中国等提供了7000～8500t/d 生产线的熟料煅烧装备近10套。 上世纪90年代，德国洪堡公司、日本三菱、川崎和宇部等公司为沙特、日本、中国台湾等提供了7000～8500t/d生产线的熟料煅烧装备大概有6套左右。 1999年瑞士霍尔西姆水泥公司曾决定在美国米苏里州圣鲁易士城附近新建一条12000t/d生产线，经历了严格而漫长的生态环境审核与激烈的技术与商业竞争，2001年伯利休斯 公司与业主草签了该项目的供货合同，然而却遭遇厂址附近社区大众的强烈反对，加之美国经济当时不太景气，致使该项目成为悬案。直到2004年春季，霍尔西姆水泥公司终于和社区 公众以及美国环境局达成了谅解备忘录，业主方应允了一系列苛刻的环境承诺。届时正值美国水泥供应开始出现严重紧缺，于是业主宣告该项目重新启动。鉴于对生态环保更严格的需求，这次业主正在邀请更多的水泥装备和环保装备供应商进行广泛深入的议标程序，该项目的各个分项，谁能中标，尚需拭目以待。 2002年，中国海螺水泥集团在铜陵A、B，枞阳、徐州和池州等地有４条10000t/d和1 条8000t/d生产线的熟料煅烧装备进行了国际招标，使国际水泥界和诸多世界一流的水泥装备供应商颇感震惊和喜悦。最后史密斯公司和伯利休斯公司各得了2条10000t/d的订单，另 一条8000t/d的归伯利休斯。一时间，中国海螺集团成为这两家世界顶级水泥装备公司的“最佳合作伙伴”。国际水泥界开始对中国水泥工业刮目相看了。因为当时世界上总共仅有3 条10000t/d生产线均在泰国，而中国海螺竟然一口气就要建4条10000t/d线，的确令人惊喜。更具说服力的事实是，2004年间已经有和即将有3条10000t/d线相继投入了正常生产， 充分体现了我国水泥工业向大型化迈进的整体水平与素质。 根据笔者的不完全统计，截止2004年底，全世界已投产和计划投产的2000t/d以上的预分解窑约有460条生产线，水泥总生产能力达8.8亿t/a,其中中国大陆占有约280条,水泥生 产能力达4.8亿t/a（详见表1）。
　　二、万吨级熟料煅烧装备的配置
　　万吨级熟料煅烧装备的配置恰当与否，对于其生产操作的稳定性和经济性具有决定性 作用，各家公司都在总结生产经验和计算机数摸试验的基础上积累了一定的技术诀窍，能够根据各有关客户原燃料的具体情况和要求优化设计配置预热器、分解炉、管道、回转窑和燃 烧器等装备。实际上在选型的过程中是具有一定的灵活性的，随具体情况的不同可以在一定的范围内有所变化。这里所介绍的是一些较典型的配置，如表2所示。 因为万吨级熟料煅烧装备的预热器是双列的，所以在市场需求缩减时，还可以采用单 列预热器进行生产，相应地熟料产量将减少一半，仍可实现正常生产。兹以史密斯公司的10000t/d系统为例，分别列举其在10000t/d、5000t/d和11000t/d生产情况下的主要操作 技术参数的设计值，如表3所示。 由此可知，原设计的10000t/d系统，预热器单列生产时，熟料产量减少一半的同时，熟料热耗将上升35×4.18kJ/kg熟料，ID风机的单位电耗则增加很少。相反地，当熟料产 量提高到11000t/d时，其热耗仅降低了6×4.18kJ/kg熟料，ID风机电耗却上升了1kWh/t。当然这些数值只是提供一个趋势性的参照，具体数据还应以各客户的正常生产实践为准。
　　三、对万吨级熟料生产线的若干见解
　　水泥是大宗建材，显然应该进行大规模的生产。但是单线生产能力达到10000t/d级时，它对市场需求的适应性和灵活性将会表现出一定的缺陷。所以我们应该在经济技术收益最佳的前提下，正确选择最适宜的熟料单线生产能力，作为我国水泥工业迈向新型工业化道 路的主流装备。
　　当前，预分解窑水泥生产技术在预均化、生料粉磨、熟料煅烧、熟料冷却、水泥粉磨 以及物料储运和收尘等装备方面，其大型化和超大型化程度已发展到了接近于极限。以10000t/d生产线为例，生料立磨就必须采用2台，即两台5000t/d的生料立磨配一台10000t/d 的窑系统，所谓两磨一窑方案。如欲实现一磨一窑，则生料磨的产量必需达到800t/h左右,其磨盘直径约?准7m，装机6600kW以上。设计制造这样超大规格的立磨及其减速机，技术 难度很大，经济合理性如何，仍是一个大问号。此外10000t/d级的熟料篦冷机和回转窑也已接近各自的极限了。
　　我国已有近30条5000t/d生产线成功投产，运转正常，它们都是采用一磨一窑方案的 ，技术先进成熟。与两磨一窑的10000t/d生产线相比，两者的熟料热耗(710×4.18kJ/kg熟料)，从预均化堆场到熟料库的电耗（56kWh/t熟料），烧成电耗（20kWh/t熟料）等技术指 标均相差无几；而吨投资、吨设备重量、吨装机容量等技经指标也很相近。说明在现有的客观条件之下，5000t/d级比10000t/d级的生产线具有更强的竞争力，适应性更广泛。 所以，只有在市场需求旺盛，潜力巨大，原燃料资源丰富，能源供应有保障，交通运输较方便的地区，可以考虑兴建10000t/d生产线。多数情况下，我国水泥工业仍以 兴建2500～5000t/d级生产线为宜。作为水泥生产大国走向生产强国的标志和象征，我国应该兴建若干10000t/d级生产线。这对于提高我国水泥工业机械装备的国际知名度，展示 技术实力，树立品牌形象，增强全球化竞争力是十分有利的。这的确是一项英明果敢的决策。我们相信，这些新投产的 10000t/d级生产线必将获得圆满成功，祈望早日达到世界最佳水平。 另外一个可能比较具有较高技术经济效益和发展潜力的单线生产规模，就是一磨一窑的6000～7000t/d左右的生产线。其前提是生料立磨的单台产量能满足窑系统的需求。即 生料立磨产量约为500t/h，其磨盘直径为φ6m左右，装机功率5000kW。这样规格的生料立磨是现今最大型的，已经售出的只有3台，而且均未投产。如果获得成功的话，那么一磨 一窑6000～7000t/d的生产线，其吨投资、吨设备重量、吨装机容量等技经指标可能会略优于5000t/d级的，从而具有稍强的竞争力，例如我国在建的鲁南青州和海德堡———越秀等大于6000t/d生产线那样，尚有待2005年投产后的实践检验之。