水泥制造：立窯技術(shù)VS新型干法技術(shù)

　　雖然習(xí)慣將現(xiàn)存的水泥制造技術(shù)分為回轉(zhuǎn)窯和立窯兩大類，但它們并不是相互分離的獨(dú)立體系。經(jīng)典水泥工藝教程將水泥的工藝過(guò)程概括為“兩磨一燒”，再次粉磨對(duì)兩種水泥制造技術(shù)是完全通用的，區(qū)別只是“一燒”的過(guò)程現(xiàn)設(shè)備，因而評(píng)價(jià)兩種水泥制造技術(shù)的先進(jìn)與落后實(shí)質(zhì)上是結(jié)兩種煅燒過(guò)程與設(shè)備的比較。 

　　何謂先進(jìn)技術(shù)？在資源、能源、環(huán)境和就業(yè)已成這制約人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展瓶頸的今天，先進(jìn)水泥技術(shù)應(yīng)該是資源消耗少，能耗低，無(wú)污染或者能把污染控制在可以接受的程度。那么現(xiàn)代化立窯水泥技術(shù)的情況是怎樣呢？ 

　　1 先進(jìn)立窯水泥現(xiàn)新型干法水泥技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比 

　　在落后的土立窯和普通機(jī)立窯占多數(shù)的背景下，將五類立窯水泥技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合并統(tǒng)計(jì)，分析結(jié)果自然不會(huì)先進(jìn)，但是把先進(jìn)的機(jī)械化立窯現(xiàn)新型干法水泥和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)并不亞于新型干法窯，有些甚至優(yōu)于新型干法窯，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，許多立窯水泥企業(yè)開(kāi)始由單純擴(kuò)張的發(fā)展模式，更加注重質(zhì)的提高，先進(jìn)機(jī)械化立窯的進(jìn)步速度明顯加快，可以肯定隨著現(xiàn)代化立窯的發(fā)展，先進(jìn)立窯的各項(xiàng)指標(biāo)還將有新的提高，判其落后實(shí)在難以服從。

　　2 兩種水泥煅燒技術(shù)的熱效率分析

　　（1）現(xiàn)代化立窯先進(jìn)體現(xiàn)在熟料煅燒過(guò)程能耗的降低

　　從熟料礦物形成機(jī)理分析，CaCO3分解的特點(diǎn)之一是CO2的排出使新生CaO的結(jié)構(gòu)具有多孔，這種多孔性使它新生化學(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)，活性大，在立窯煅燒條件下其活性來(lái)不及降低就參加熟料形成反應(yīng)，有利于加快固相反應(yīng)中的化學(xué)反應(yīng)速度。

　　從工程學(xué)角度而言，立窯煅燒過(guò)程的燃料燃燒屬于無(wú)煙燃燒，燃燒，它首先把燃料與生料均勻混合，燃燒產(chǎn)生的熱量幾乎全部用于加熱生料，少量靠近窯筒體的熱料會(huì)通過(guò)筒體散熱，所幸筒體是固定不動(dòng)的，容易采取保溫措施，當(dāng)采用暗火煅燒時(shí)，煅燒產(chǎn)生的廢氣透過(guò)料層時(shí)，烘干預(yù)熱料球，出窯廢氣溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100℃，帶走的熱量極少，熟料離開(kāi)系統(tǒng)時(shí)也會(huì)帶走熱量，但是在立窯系統(tǒng)中。物料自上而下動(dòng)力，助燃空氣自下而上動(dòng)力，高溫物料攜帶的熱量對(duì)助燃空氣進(jìn)行了預(yù)熱，過(guò)程合理、熱損少，出料溫度可控制在環(huán)境+60℃溫度內(nèi)，故熱工原理是合理的，傳統(tǒng)立窯的不足是燃燒條件差，因?yàn)榱巷灱按罅锨騼?nèi)部煅燒容易缺氧并發(fā)生不完全燃燒，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，例如配料控制技術(shù)的進(jìn)一步完善，強(qiáng)化生料均化，窯型結(jié)構(gòu)、送風(fēng)方式的改進(jìn)，小料包球使料球水分的大幅降低等，現(xiàn)代化立窯熟料耗熱完全可以控制在（600～700）×4.18kj內(nèi)，它屬于熱效率高的設(shè)備。

　?。?）水泥回轉(zhuǎn)窯的熱效率并不高

　　水泥回轉(zhuǎn)窯的傳熱方式是以輻射為主的，物料在窯內(nèi)的填充率一般只有5～17%，多數(shù)空間被閑置，它的外表面積大，散熱多，保溫困難，作為熱工設(shè)備，它的熱效率并不高，一般40只有%。

　?。?）新型干法先進(jìn)主要體現(xiàn)在對(duì)廢氣余熱的回收上

　　如上述，保持新生CaO的多孔性是保持其化學(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)，活性大的前提條件，但是這種多孔性結(jié)構(gòu)通常只是剛剛分解出的CaO才具有這種特征。新型干法物料分解是在經(jīng)過(guò)預(yù)熱器、分解爐、再入回轉(zhuǎn)窯的過(guò)程中完成的，分解過(guò)程拉長(zhǎng)，分解產(chǎn)物CaO活性降低。在預(yù)熱器內(nèi)分解出來(lái)的CaO（約20%～40%）進(jìn)入分解爐升溫收縮，晶格會(huì)密實(shí)化，從而使CaO活性降低。所以，新型干法雖然入窯物料分解率比其他形式的回轉(zhuǎn)窯技術(shù)高出很多，（約85%～95%），積極作用是窯的產(chǎn)量翻番，副作用是新生態(tài)的CaO活性倍減。水泥熟料固相反應(yīng)的另一特點(diǎn)是放熱反應(yīng)，理論上放熱量達(dá)420J/g時(shí)，就足以使物料溫度升高300℃以上，對(duì)熟料形成過(guò)程的反應(yīng)并無(wú)重大突破，其熱效率仍只有55%左右，還有45%左右的熱能被浪費(fèi)掉，雖然采用余熱發(fā)電可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的綜合熱利用率，但這已不是水泥制造技術(shù)本身的功勞，可以預(yù)見(jiàn)，仍將會(huì)有更新的水泥技術(shù)出現(xiàn)。

　　3 兩種技術(shù)的資源利用分析

　　（1）對(duì)原料的適應(yīng)性 

　　眾所周知，新型干法水泥系統(tǒng)對(duì)原料有著嚴(yán)格要求，把K2O、Na2O、Cl-和SO3列為有害成分，這導(dǎo)致許多礦產(chǎn)資源不能利用，《水泥廠設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定石灰石中(K2O+Na2O)＜0.6%，Cl-＞0.015%，燃燒中硫含量小于2.0，而立窯水泥制造技術(shù)則不存在這些限制。它會(huì)使許多新型干法水泥技術(shù)判為廢礦的資源得以利用。

　?。?）礦石儲(chǔ)量要求

　　水泥廠所需礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量與工廠規(guī)模和礦山服務(wù)年限成遞增關(guān)系。新型干法水泥廠規(guī)模一般較大，礦山服務(wù)年限要求長(zhǎng)，對(duì)小儲(chǔ)量礦山的利用受到限制，而立窯水泥廠對(duì)礦石儲(chǔ)量要求低，更能夠有效利用小儲(chǔ)量礦山。我國(guó)水泥礦產(chǎn)相對(duì)不夠豐富，最大限度的利用資源，是我們的重要戰(zhàn)略，水泥窯立窯技術(shù)在資源利用方面的這些特點(diǎn)無(wú)疑是具有非常重要意義的。

　　粉塵排放 ：人們對(duì)立窯水泥指責(zé)最多的是粉塵污染，其實(shí)這對(duì)現(xiàn)代化立窯技術(shù)來(lái)說(shuō)是冤枉的，土立窯、一般機(jī)械化立窯由于工藝不完善，不能保證煅燒過(guò)程熱工制度穩(wěn)定，燒成看火崗位不得不采用甚至明火操作，從而造成粉塵排放量大，先進(jìn)的機(jī)立䆥特別是現(xiàn)代化立窯水泥生產(chǎn)線工藝及設(shè)備完善配套，熟料燒成完全可以暗火操作甚至閉門(mén)燒窯，厚厚的濕料層相當(dāng)于一臺(tái)高效除塵器，隨廢氣逸出的粉塵在透過(guò)濕料層時(shí)很容易被滯留下來(lái)，而在新型干法水泥系統(tǒng)中物料層幾乎始終牌懸浮狀態(tài)，廢氣攜帶粉塵通過(guò)旋風(fēng)分離器離開(kāi)熱工系統(tǒng)，而旋風(fēng)分離器的分離效率很低，一般只有90%，這樣大量的粉塵隨著廢氣排出，從而加大了粉塵治理的難度和工作量，新型干法水泥系統(tǒng)的收塵也面臨著新的考驗(yàn)。

　　4 廢氣中的有害氣體排放

　?。?）CO2排放量

　　熟料煅燒過(guò)程中，生料分解和燃燒產(chǎn)生CO2，燃料燃燒產(chǎn)生的CO2與熱耗有關(guān)?，F(xiàn)代化立窯的熱耗比新型干法窯低，CO2排放相對(duì)亦低。

　　（2）SO2排放

　　水泥熟料在燃燒過(guò)程中，原燃料中所含硫也被燃燒，從而發(fā)生變化，隨著原燃料的形態(tài)不同，排放量也不同。

　?。?）NOx

　　主要是指NO 和NO2，其主要來(lái)源中燃料中部份含氮有機(jī)物燃燒時(shí)分解氧化。

　　5 鉻污染

　　水泥廠由于窯內(nèi)使用的鎂鉻磚引進(jìn)的。