新型幹法水泥生產工藝

生產硅酸鹽水泥的主要原料為石灰原料和粘土質原料，有時還要根據燃料品質和水泥品種，摻加校正原料以補充某些成分的不足，還可以利用工業廢渣作為水泥的原料或混合材料進行生產。

1、 石灰石原料

石灰質原料是指以碳酸鈣為主要成分的石灰石、泥灰岩、白堊和貝殼等。石灰石是水泥生產的主要原料，每生產一噸熟料大約需要1.3噸石灰石，生料中80%以上是石灰石。

2、 黏土質原料

黏土質原料主要提供水泥熟料中的 、 、及少量的 。天然黏土質原料有黃土、黏土、頁岩、粉砂岩及河泥等。其中黃土和黏土用得最多。此外，還有粉煤灰、煤矸石等工業廢渣。黏土質為細分散的沉積岩，由不同礦物組成，如高嶺土、蒙脱石、水雲母及其它水化鋁硅酸鹽。

3、 校正原料

當石灰質原料和黏土質原料配合所得生料成分不能滿足配料方案要求時（有的 含量不足，有的 和 含量不足）必須根據所缺少的組分，摻加相應的校正原料

（1） 硅質校正原料 含 80%以上

（2） 鋁質校正原料 含 30%以上

（3） 鐵質校正原料 含 50%以上

硅酸鹽水泥熟料的礦物主要由硅酸三鈣（ ）、硅酸二鈣（ ）、鋁酸三鈣（ ）和鐵鋁酸四鈣（ ）組成。

1、 破碎及預均化

（1）破碎 水泥生產過程中，大部分原料要進行破碎，如石灰石、黏土、鐵礦石及煤等。石灰石是生產水泥用量最大的原料，開採後的粒度較大，硬度較高，因此石灰石的破碎在水泥廠的物料破碎中佔有比較重要的地位。

破碎過程要比粉磨過程經濟而方便，合理選用破碎設備和和粉磨設備非常重要。在物料進入粉磨設備之前，儘可能將大塊物料破碎至細小、均勻的粒度，以減輕粉磨設備的負荷，提高黂機的產量。物料破碎後，可減少在運輸和貯存過程中不同粒度物料的分離現象，有得於製得成分均勻的生料，提高配料的準確性。

（2）原料預均化 預均化技術就是在原料的存、取過程中，運用科學的堆取料技術，實現原料的初步均化，使原料堆場同時具備貯存與均化的功能。

原料預均化的基本原理就是在物料堆放時，由堆料機把進來的原料連續地按一定的方式堆成儘可能多的相互平行、上下重疊和相同厚度的料層。取料時，在垂直於料層的方向，儘可能同時切取所有料層，依次切取，直到取完，即“平鋪直取”。

意義：

（1）均化原料成分，減少質量波動，以利於生產質量更高的熟料，並穩定燒成系統的生產。

（2）擴大礦山資源的利用，提高開採效率，最大限度擴大礦山的覆蓋物和夾層，在礦山開採的過程中不出或少出廢石。

（3）可以放寬礦山開採的質量和控要求，降低礦山的開採成本。

（4）對黏濕物料適應性強。

（5）為工廠提供長期穩定的原料，也可以在堆場內對不同組分的原料進行配料，使其成為預配料堆場，為穩定生產和提高設備運轉率創造條件。

（6）自動化程度高。

2、生料製備

水泥生產過程中，每生產1噸硅酸鹽水泥至少要粉磨3噸物料（包括各種原料、燃料、熟料、混合料、石膏），據統計，幹法水泥生產線粉磨作業需要消耗的動力約佔全廠動力的60%以上，其中生料粉磨佔30%以上，煤磨佔約3%，水泥粉磨約佔40%。因此，合理選擇粉磨設備和工藝流程，優化工藝參數，正確操作，控制作業制度，對保證產品質量、降低能耗具有重大意義。

為新型幹法水泥生產技術機理和新型幹法水泥生產系統理論及工程研究兩篇，共11章。詳細闡述了懸浮預熱系統的發展與工藝原理、分解爐、迴轉窯、冷卻機、燃料燃燒器、低環境負荷型水泥熟料的製備技術、新型幹法水泥系統結皮堵塞、預分解窯系統煤粉燃燒特性、低環境負荷型水泥的製備技術、生態環境評價及水泥工業處理危險廢棄物可行性研究。

本書可供從事水泥生產與研究工作的技術人員及相關專業院校師生使用，也可供建築施工人員參考。

水泥生產消耗大量不可再生資源和能源並對環境造成極大的破壞。2004年我國水泥總產量達到970億噸，每年的水泥生產電耗超過800億千瓦時，煤耗佔全國煤炭總產量的10%，年消耗石灰石約7.5億～9億噸，排放CO2近7億噸、排放SO2和NOx等有害氣體數百萬噸；另一方面，我國水泥產品的結構以32.5和42.5強度等級為主，水泥性能和混凝土的耐久性較差，混凝土工程結構常常建成10年或20年就開始大修甚至拆除重建、與其他先進國家的水平相差較大。同時，據不完全統計，我國煤炭、電力、化工等行業排出的各種廢渣在7億噸以上，粉煤灰、鋼渣等都是量大、面廣且利用率仍較低的大宗工業廢渣。而大量廢渣的堆積不僅佔用良田，部分粉塵飄入大氣中污染空氣，其中某些重金屬或少量放射性有毒物質可能經過雨水滲入地下污染水源等造成“二次”污染。因此，研究新型幹法水泥生產工藝，實現水泥低環境負荷化和高性能化，已成為實現水泥工業可持續發展和循環經濟發展的迫切任務。

本書大部分內容是編者所承擔863計劃項目(低環境負荷型水泥及膠凝材料關鍵製備技術: 2002AA335050)的具體研究內容以及工業化生產實踐。通過三年來的試驗和工業應用，在水泥低環境負荷化方面形成了一系列具有自主知識產權的關鍵技術和技術裝備。本書分為兩篇，共11章，從新型幹法水泥生產關鍵設備的發展趨勢、水泥低環境負荷化和高性能化以及環境保護等方面探討了新型幹法水泥生產的一些理論和實踐問題。由武漢理工大學馬保國主編。參加編寫的有：華新水泥股份有限公司李葉青，昆明理工大學李建錫。同時參與本書整理工作的有武漢理工大學博士研究生李相國、蹇守衞、穆松、潘偉、王文豐。全書由馬保國統稿。

對為本書撰寫專論和工程實例，使本書具有較好可操作性的專家、學者付出的辛勤勞動，表示誠摯的感謝。在研究編寫本書過程中，華新水泥股份有限公司、中國建築材料科學研究院、昆明理工大學、北京航天航空大學等單位在各方面給予了大力支持，謹致衷心謝意。

由於新型幹法水泥生產工藝方面的問題涉及面廣且複雜，隨着我國水泥生產實踐經驗的不斷積累和技術的不斷進步，中國新型幹法水泥生產進入了大型化和集約規模化快速發展時期，產業結構正在發生巨大變化和提升。為了適應新的發展形勢和工程的要求，本書的內容將進一步得到完善和補充，希望同行予以支持和協作。

限於編寫人員的水平與實踐經驗，書中難免有不妥之處，敬請廣大讀者指正，並希望通過交流切磋，共同推進新型幹法水泥生產技術的進步。

作者

2006年6月

第1篇 新型幹法水泥生產技術機理

第1章 懸浮預熱系統的發展與工藝原理

1.1 預熱器的發展

1.1.1 最早的旋風預熱器專利

1.1.2 洪堡型旋風預熱器

1.1.3 其他形式旋風預熱器

1.1.4 逆流式立筒懸浮預熱器

1.1.5 旋風懸浮預熱器與逆流式立筒懸浮預熱器比較

1.1.6 我國預熱器開發及使用情況

1.2 預熱器的工藝原理

1.2.1 懸浮預熱器的功能與特點

1.2.2 旋風筒

1.2.3 換熱管道結構和功能

1.2.4 影響旋風預熱器換熱因素分析

參考文獻

第2章 分解爐

2.1 SF系列分解爐

2.1.1 SF分解爐

2.1.2 NSF分解爐

2.1.3 C?SF分解爐

2.1.4 我國SF分解爐發展情況

2.1.5 CDC分解爐

2.2 日本川崎重工KSV分解爐系列

2.2.1 川崎重工KSV分解爐

2.2.2 N?KSV分解爐

2.3 DD分解爐

2.4 ILC分解爐

2.4.1 分解爐的改造

2.4.2 改造後的分解爐性能評述

2.4.3 窯內熟料結蛋原因分析及解決措施

2.5 RSP分解爐系列

2.5.1 RSP分解爐

2.5.2 RSP/F分解爐

2.6 新型分解預燒系統的研究與應用

2.6.1 高產、高穩定性預分解系統

2.6.2 劣質及無煙煤分解爐燒成裝置

2.6.3 高原型煤種普適性水泥熟料循環煅燒系統(簡稱：循環預燒系統)

參考文獻

第3章 迴轉窯

3.1 迴轉窯的功能與發展

3.1.1 迴轉窯的功能

3.1.2迴轉窯的發展過程

3.2 迴轉窯物料的煅燒進程

3.2.1 窯內物料填充率

3.2.2 窯的斜度

3.2.3 窯的轉速

3.3 窯內物料負荷率、滯留時間與運動速度之間關係及計算方法

3.4 水泥迴轉窯安裝驗收規範

3.4.1 核對基礎及基礎劃線

3.4.2 窯體軸線安裝要求

3.4.3 傳動裝置安裝要求

3.4.4 支承裝置安裝要求

3.4.5 砌磚前試運轉時間

3.5 水泥迴轉窯用耐火材料

3.5.1 耐火材料的結構性能

3.5.2 水泥工業常用的耐火材料及發展

3.5.3 新型幹法水泥窯對耐火材料的要求

3.5.4 新型幹法水泥窯用耐火材料配套設計原則

3.5.5 窯襯升温要求及砌築技術

3.6 水泥迴轉窯餘熱利用的途徑

3.6.1 煙氣餘熱的利用

3.6.2 熟料餘熱的利用

3.6.3 窯體散熱損失的減少和散熱的利用

3.6.4工藝回收利用餘熱

3.7 水泥窯爐系統產量的理論分析

參考文獻

第4章 冷卻機

4.1 冷卻機的分類與發展

4.1.1 熟料冷卻機的分類與發展

4.1.2 冷卻機的要求

4.1.3 冷卻機的結構與工作原理

4.2 幾種典型的冷卻機的介紹及評價

4.2.1 富樂型水平推動箅式冷卻機冷卻系統

4.2.2 Claudius Peters冷卻機

4.2.3 CP冷卻機的特點

4.2.4 IKN懸擺式冷卻機

4.2.5 NC型高效推動箅式冷卻機

參考文獻

第5章 燃料燃燒器

5.1 燃燒器的分類及其發展

5.1.1 燃燒器的分類

5.1.2 煤粉燃燒器的發展

5.2 燃燒器的工作原理

5.2.1 旋流燃燒器的旋流理論

5.2.2 速差射流煤粉燃燒器原理

5.2.3 煤粉燃燒器的穩燃技術

5.3 清潔燃燒與無煙煤燃燒技術

5.3.1 煤粉高效潔淨燃燒技術及煙氣淨化技術現狀

5.3.2 低污染燃燒技術

5.3.3 無煙煤燃燒技術

參考文獻

第2篇 新型幹法水泥生產系統理論及工程研究

第6章 低環境負荷型水泥熟料的製備技術

6.1 原材料選擇

6.1.1 石灰質原材料

6.1.2 黏土質原料

6.1.3 校正原料

6.1.4 晶種和礦化劑

6.1.5 微量元素

6.2 生料的易燒性

6.2.1 易燒性定義

6.2.2 影響生料易燒性的主要因素

6.3 熟料礦物組成和率值

6.3.1 熟料氧化物組成及作用

6.3.2 熟料礦物組成

6.3.3 熟料率值

6.3.4 熟料礦物優化設計

6.4 低環境負荷水泥熟料體系設計理論基礎

6.4.1 高活性鈣理論

6.4.2 低燃值理論

6.4.3 礦化晶種理論

6.4.4 微量元素理論

6.4.5 低環境負荷水泥熟料配料體系

6.5 生料配比計算與配料專家系統

6.5.1 嘗試誤差法

6.5.2 微機計算法

6.5.3 配料專家系統

6.6 低環境負荷型水泥熟料的製備與性能優化

6.6.1 活性鈣工業廢棄物製備熟料

6.6.2 低燃值煤矸石實驗

6.6.3 晶種和礦化劑實驗

6.6.4 微量元素實驗

參考文獻

第7章 新型幹法水泥系統結皮堵塞

7.1 結皮的特徵及其黏結力的研究

7.1.1 常見結皮區域分佈特點

7.1.2 結皮料特性研究

7.1.3 結皮黏結力

7.2 硫鹼鹽揮發性及其循環規律

7.2.1 揮發組分循環的確定

7.2.2 還原氣氛對揮發性的影響

7.3 影響結皮堵塞的因素及其防止措施

7.3.1 結皮堵塞對生產運行的影響

7.3.2 結皮形成因素及防治措施

參考文獻

第8章 預分解窯系統煤粉燃燒特性

8.1 煤粉的分類與煤粉燃燒的影響因素

8.1.1 煤粉的分類

8.1.2 影響煤粉燃燒的主要因素

8.2 煤粉的燃燒特性研究

8.2.1 煤粉的熱解特性

8.2.2 煤粉的着火特性和燃盡特性

8.2.3 煤灰結渣特性研究

8.2.4 煤巖學研究

8.2.5 懸浮狀態下煤粉的燃燒特性研究方法

8.3 煤粉在分解爐中的燃燒特性研究

8.3.1 分解爐中煤的着火特點

8.3.2 分解爐中煤的燃盡時間

8.3.3 分解爐內煤粉的燃燒動力學方程

8.3.4 分解爐內煤的燃燒過程的機理

8.3.5 分解爐內CaCO3分解對煤粉燃燒的影響

8.4 預分解窯系統內煤粉燃燒過程CFD模擬

8.4.1 燃燒器?迴轉窯內煤粉燃燒模擬

8.4.2 分解爐內煤粉燃燒過程的數值模擬

8.5 水泥工業煤粉催化燃燒技術

8.5.1 催化劑在煤粉燃燒過程中的催化特性

8.5.2 煤粉催化燃燒技術研究進展

8.5.3 煤粉燃燒催化劑的作用機理

8.5.4 煤燃燒催化劑影響因素分析

8.5.5 煤燃燒催化劑研究的發展方向分析

8.6 水泥工業煤粉燃燒過程中NOx的生成與控制技術

8.6.1 NOx的形成機理

8.6.2 NOx形成的影響因素及控制技術

參考文獻

第9章 低環境負荷型水泥的製備技術

9.1 低環境負荷高性能水泥

9.1.1 低環境負荷高性能水泥的定義

9.1.2 低環境負荷高性能水泥的作用機理

9.1.3 生產低環境負荷高性能水泥的意義

9.2 低環境負荷高性能水泥組成設計

9.2.1 混合材料

9.2.2 組成設計

9.2.3 優化設計

9.3 低環境負荷高性能水泥各組分顆粒設計

9.3.1 Horsfield模型

9.3.2 粉體緊密堆積理論與膠凝材料合理級配

9.3.3 水泥顆粒級配與空隙率的關係

9.3.4 水泥基材料的顆粒分佈

9.3.5 水泥顆粒級配對強度的影響

9.3.6 水泥基材料的微細化對水泥水化性能的影響

9.3.7 與水化程度相適應的最佳緊密堆積——水泥各組分顆粒設計的最新進展

9.4 低環境負荷高性能水泥的性能

9.4.1 水泥的物理力學性能

9.4.2 水泥的水化特性

參考文獻

第10章 生態環境評價

10.1 典型水泥工藝流程介紹

10.1.1 立窯生產工藝流程

10.1.2 濕法生產工藝流程

10.1.3 新型幹法生產工藝流程

10.2 典型水泥生產工藝的環境協調性評價

10.2.1 LCA的基本概念及方法

10.2.2 水泥生產工藝的環境評價

10.3 低環境負荷型水泥生產的環境評估理論體系

10.3.1 一次性資源的環境負荷評估(石灰石減少量)

10.3.2 一次性能源的環境負荷評估

10.3.3 污染物排放的生態環境評價（二氧化碳減排量）

參考文獻

第11章 水泥工業處理危險廢棄物可行性研究

11.1 危險工業廢棄物的處理現狀

11.1.1 堆放

11.1.2 填埋

11.1.3 焚燒

11.2 水泥迴轉窯處理危險工業廢棄物現狀

11.2.1 水泥迴轉窯處理廢棄物的前提和優勢

11.2.2 水泥迴轉窯可以處理的廢棄物種類和處理方式

11.2.3 水泥迴轉窯處理廢棄物的工藝過程

11.2.4 國內外利用水泥迴轉窯處理危險廢棄物的現狀

11.3 水泥迴轉窯處理廢棄物時存在的問題

11.3.1 設備問題

11.3.2 氯的問題

11.3.3 二?英的問題

11.3.4 廢棄物中所含有的重金屬元素在迴轉窯系統中的循環和收集問題

11.3.5 利用水泥迴轉窯處理廢棄物的其他限制因素以及解決辦法

11.4 水泥工業處理危險廢棄物的環境影響評價

11.4.1 環境影響評價方法

11.4.2 水泥迴轉窯處理危險廢棄物的環境影響評價

參考文獻 ^[1]