水泥熟料烧成系统发展史.doc

水泥熟料烧成系统发展史1.引言水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于建筑工程。但水泥是一种高污染、高能耗、高排放的产品，因此，人们总是试图改善它的烧成系统以达到生产处满足要求的水泥并尽量减少能耗以及对环境的污染。自1824年10月21日，J. Aspdin获英国5022号专利权（即波特兰水泥）以来，水泥窑的发展经历了立窑回转窑悬浮预热器窑流化床煅烧的发展历程，在这些发展过程中，水泥烧成系统越来越优化，为社会的发展做出了巨大的贡献。2水泥窑的发展过程2.1 仓窑仓窑：1824年波特兰水泥发明时的煅烧设备为瓶窑，48年后的1872年在瓶窑基础上发明专门用于水泥烧制的仓窑，成为第一代水泥窑窑型，造就了水泥生产的仓窑时代。2.2 立窑立窑：1884年Dietzsch发明立窑并取得专利权。其与仓窑的最大不同是将烧成过程由沿水平运动变为垂直方向。我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。我国经历了人工间歇作业的普通立窑向机械化连续生产的机立窑的发展过程，带来了劳动强度降低、产量提高和质量改善的变化。 普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；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高。 根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。2.3 干法回转窑从干法中空回转窑起步，并由此发展出余热锅炉窑、干法长窑和立波尔窑等。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1%，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均匀。中空回转窑：英国人Cramton于1877取得英国专利；1895年美国人Hurry和Seaman获得煅烧水泥成功并取得专利；余热锅炉窑：1897年德国人I.A.Bachman发明，解决了干法中空回转窑窑尾废气温度高、热效率低的问题。该窑型流传时间长但热效率较低，不是普遍的水泥烧成设备。干法长窑：20世纪三四十年代采用，热效率差、窑尾粉尘大，未能普遍推广。立波尔窑：1928年德国人Lellep与德国Polysius公司合作制造，用“Lepol”命名，属半干法生产，曾盛行于世界各地，直到上世纪60年代被新的窑型取代。2.4 湿法回转窑1912年丹麦F.L.Smith公司首先取得煅烧试验成功，以后得到普遍推广成为一代盛行的窑型。湿法生产是将生料制成含水为32%40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。该类窑包括普通湿法窑、料浆蒸发机湿法窑、湿法长窑等。2.5 新型干法回转窑20世纪50年代出现悬浮预热器窑，20年后发展出预分解窑。悬浮预热器窑：1932年捷克首次提出四级旋风筒悬浮预热器的专利，20世纪50年代初德国洪堡公司首先应用于水泥生产。组成：由预热器+分解炉等窑尾系统+回转窑+冷却机+窑头燃烧器等。悬浮预热器窑和预分解窑统称为新型干法水泥生产。 旋风式悬浮预热器窑流程图悬浮预热器简称SP，带悬浮预热器的回转窑称为SP窑。 预分解窑生产流程图预热器分旋风预热器和立筒预热器。旋风预热器窑主要包括Humboidt、Smidth和Dopel等；立筒预热器窑主要包括Krapp、ZAB、PreRov等。不同的预热器其流动换热特征包括同流旋流、逆流旋流、喷-旋流动、喷腾运动和旋-旋流动等。预分解窑：1971年日本石川岛磨重工业公司首创，其与SP窑的不同是在窑尾与预热器之间增设一分解炉，预分解窑简称NSP窑。2.6 流化床水泥窑回转窑是可靠的水泥熟料烧成设备，但它的致命弱点是热效率低、转动功率大，且体积庞大，一直是人们想要“革命”的对象。为此，50年代以来，美国、日本、中国、俄罗斯、印度等国家都相继对不带回转窑的沸腾烧成工艺进行了研究。由于当时的科技水平所限，用沸腾炉(流化床)锻烧水泥熟料时，在高温(1300一1400)条件下的自造粒而不粘结炉壁、结大块、维持正常的流态化操作难度很大，90年代之前均未取得完全的成功，更达不到工业化的要求。在水泥工业中，流态化技术成功地应用于水泥生料的预热和预分解，从根本上改变了生料在预热和预分解过程中物料和气流间热交换过程，使生料的预热和预分解时间缩短到几十秒钟，从而成倍地增加了窑产量，大幅度降低了燃料消耗。可以说，流态化技术在水泥生料预热和预分解中的成功应用，是水泥发展史上的一次重大变革。基于流态化技术的上述优点，能否将水泥熟料的烧成环节也置于流态化状态下，一直是世界各国水泥工作者研究的课题之一。但是由于高温气固反应的复杂性和大颗粒流态化技术的不成熟以及试验装置的放大受各种因素的影响等，使得此项技术的研究工作目前仅停留在理论研究和半工业试验研究阶段。 流化床水泥窑的特点是：1、大幅度地扩大了煤种的选择范围。可选用烟煤、无烟煤或低质煤。2、良好的节能指标。可降低10-25%的热消耗量。 3、热回收效率高。把造粒装置和烧结装置合并计算，热回收率大于80%，比现有的蓖冷机提高了20%以上。4、较好的环保性能。CO2排放减少10-25%，NOx排放减少40%以上。5、节约建设费用，减低运行成本。与同规格的回转窑相比，设备投资节约20%，运行成本降低25%。由于其良好的工作指标和占地面积小等特点，适合我国目前量大面广的立窑改造。5. 结语水泥熟料烧成系统在长时间的发展过程中变得越来越完善，给人类的现代化建设带来了巨大的贡献，但是依然有很多问题有带解决，如我国的水泥能耗超出发达国家。水泥依然是高能耗、高排放、高污染的产品，我们还有很多问题需要解决。这些问题义不容辞的落到我们水泥人身上了，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。水泥生产技术的发展经历了哪些阶段 第一阶段：立窑技术的发展 立窑技术的发展有一个前奏，首先，在1824年英国人（Aspdin）阿斯普丁第一个获得波特兰水泥的专利，为什么说他是获得专利而不是发明专利呢？因为水泥的发明是延续了很长时间的，不是说突然之间发明的，是在经历了罗马水泥、英国水泥等各种水泥不同时期的发展，到最后才发展为波特兰水泥。波特兰水泥的发展、发明以它获得的专利时间为准。他当时生产水泥是用“杯窑”来生产的，其形状像杯子一样，上面是一个抽屉的装置，烧水泥的时候，首先把料做成块状，砖块一样，一部分煤和堆料在里面烧，是一锅一锅烧的，阿斯普丁为了专利的保密，烧的时候不让任何人参观。 历史上记载的最早烧水泥的窑就是“杯窑”。到1872年的时候，英国人Johson取得了“仓窑”的专利，它与“杯窑”的工艺基本上相同，不同的是增加了预热系统，料子先装在烟囱干燥、预热，然后再装到杯窑里面烧，所以又进了一步了，进步之处在于为了节省煤耗而进行预热。由于预热过了，烧出来的熟料质量大大提高，所以Johson跟Aspdin打官司，说自己烧出的才是真正的波特兰水泥，而阿斯普丁烧成的水泥质量时好时坏，不能叫真正的波特兰水泥。因为阿斯普丁的水泥有些在英国的工程中出现房屋、桥梁坍塌的现象。但最终官司还是阿斯普丁赢了，Johson最后得到“仓窑”的专利。 到了1884年，德国人德齐在“仓窑”的基础上进行了改良，叫“立窑”。它与“仓窑”不同的是多了一个冷却装置，它的预热、烧成和冷却都在窑里面。立窑发明以后，很快传入英国，英国人首先使用机械鼓风系统，质量和产量大大提高。之后，鼓风系统的技术又传到德国，德国人接着又发明装料装置和机械卸料装置。据历史考证，大约在第一次世界大战（1914年1918年）前后，德国完成了立窑的机械化设计，接着进行推广，完成了机械化立窑发明的全过程。 第二阶段：普通干法旋窑的技术发展 立窑发明了以后，进入了旋窑的普通干法阶段。干法旋窑的发明，最早由英国人克拉登在1887年首先产生旋窑生产波特兰水泥的构想，并用这个构想去申请了专利。但他根据这个构想做实验，没有获得成功，烧不出波特兰水泥熟料，一直到十几年后，在1895年，美国工程师亨利、化验师西蒙在英国人旋窑构想的基础上继续做实验，开发自己的旋窑系统并获得成功。当时他们发明的回转窑用的是干粉，不成球，不成块。后来到了20世纪20年代，德国人也做了改进，发明了立波尔窑。差不多在同一时期，日本人在干法回转窑的后面加了个锅炉，叫预热锅炉窑，这个就是普通干法旋窑的阶段。 第三阶段：湿法旋窑的技术发展 20世纪初，丹麦人史密斯发明了湿法回转窑，他是在当时去参观氧化铝生产旋窑时得到了启发，用湿法生产水泥。因为丹麦不是用石灰岩生产水泥的，而是用白垩土，它所含的水份比较高，一般达到50%左右，因此就是现在的史密斯公司创始人发明了湿法窑。最早的湿法窑长径比较短，都小于30。如20年代的上海水泥厂（全国最早使用湿法生产的水泥厂），其最早与外国人订合同采用湿法窑，中国水泥厂接着也订了合同并第一个投产，投产比上海早了几个月。当时采用的是直径2.3/3.4/2.366M ，后来湿法窑又发展为带料浆蒸发器，一般长径比较短，接近20左右，再后来发展为湿法长窑（长径大于30），40、50年代在世界上流行使用湿法长窑，最大的湿法长窑7.6/6.4/6.9231M，产量是日产3400吨（德国），但后来的结论是，窑径大于7M 就不合适了，运转率特别低，因为直径大了以后，耐火砖的拱太小，容易掉砖，所以大于7M的窑没有推广起来。 40、50年代直径在45M之间、长径比在3040的窑在国际上推广的比较多。据我国统计，全国湿法窑1994年有199条，从总体来讲比国际上的小，解放前湿法窑较小的在3M左右，解放后基本上是引进东德的3.6150M的窑，还有一种是3.33118M，像江油、昆明、大同、开源等都是这种窑；另外一批是罗马尼亚窑，388M的，包括贵州、巢湖、江山，这种窑属于普通湿法窑，长径比小于30。此外是我国自己研制的3.5145M的华新窑，后来扩大成43.54145M的湘乡窑，这个成了我们50年代到70年代直至现在发展湿法窑的主力，比较多的就是这类直径3.54.5M之间的。总体来讲，跟国外比，我们的直径还太小，最大的窑是娥媚的两台从丹麦史密斯公司引进的4.44.154.4180M的长窑，华新、湘乡设备是有部分新的，其他的设备都是陈旧的，运转了30多年。 第四阶段：新型干法的技术发展 湿法窑的优点是生料均匀，粉尘浓度比干法、普通干法低的多，生料制备系统没有烘干的问题；它的缺点是热耗高，因此怎样在湿法的基础上把生料质量保持，把生料均化、收尘问题解决，再加上干法的预热利用解决，就可以把原来湿法能耗高的问题解决。在50年代的时候，这三个问题基本上被突破，也就是说，50年代的时候发明了生料均化库和预均化技术，再加上生料的计算机控制，保证了生料的均化，电收尘的发明，解决了干法窑尾的收尘问题。后来发明了旋风预热器以后，由洪堡公司继续开发，所以这个窑后来