應(yīng)用高新技術(shù)建設(shè)“環(huán)境材料型”水泥工業(yè)(4)

　　(一) 采用現(xiàn)代計算機產(chǎn)品，地質(zhì)學、礦物學理論與技術(shù)，在探明原料礦山地質(zhì)構(gòu)成及礦物成分之后，編制礦體三維模型軟件，指導礦石搭配開采，礦山開采、運輸過程中預(yù)先均化，既保持入廠礦石成分盡可能的均勻，又可以有效的利用在傳統(tǒng)開采方式下必須丟棄的廢石，有效的利用了資源。
　　(二) 采用自控及機電一體化堆、取料技術(shù)，在原、燃料廠后進一步均化，徹底改變了傳統(tǒng)工藝中原、燃料儲庫僅可用于儲存物料的原始功能。使原、燃料預(yù)均化堆場具有預(yù)均化及儲存物料的雙重功能，不僅可以減少物料儲期，更主要是為原料配料，生料制備和熟料煅燒創(chuàng)造了均衡穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。
　　(三) 采用現(xiàn)代數(shù)學最優(yōu)化理論成果以及X熒光分析儀和物料成分連續(xù)測試、計量儀表、儀器系統(tǒng)，并同計算機連網(wǎng)，編制原料配料軟件程序，實現(xiàn)生料自動配料，解決了熟料成分均勻穩(wěn)定“均化鏈”中長期難以解決的課題。
　　(四) 采用粉體工程學理論成果，將傳統(tǒng)工藝中的生料儲存庫，優(yōu)化為具有生料粉連續(xù)式氣力均化裝置，保證生料入窯煅燒前得到了充分均化。
　　(五) 利用現(xiàn)代流體力學，燃燒動力學，氣固兩相流稀相輸送、熱量、質(zhì)量—動量傳遞機理，硅酸鹽物理化學、膠體化學等化學工程以及熱工學、熱力學等現(xiàn)代科學理論，指導新型懸浮預(yù)熱、分解爐系統(tǒng)的研制開發(fā)和優(yōu)化工程。目前已開發(fā)出許多不同形式的高效低壓損預(yù)熱器和新型分解爐，以滿足不同原、燃料特性和工藝特殊要求。不僅有利于提高燃料燃燒效率和燃盡率，并保證物料在其中充分分散、均勻分布，從而提高了氣固換熱效率，入窯物料分解率以及全系統(tǒng)的熱效率及傭（Exergy）效率，為回轉(zhuǎn)窯優(yōu)質(zhì)、高效、低耗提供了充分的保證條件。同時，亦可降低系統(tǒng)廢氣排放量、排放溫度和還原窯氣中產(chǎn)生的NOx含量，減少了對環(huán)境的污染。
　　(六) 根據(jù)礦物晶體化學、根據(jù)礦物晶體化學、硅酸鹽物理化學固相反應(yīng)機理及相圖，進一步縮短回轉(zhuǎn)窯長度，研制“兩支點超短窯”，以便在預(yù)熱分解系統(tǒng)中水泥熟料生產(chǎn)過程中耗熱量最大的生料碳酸鹽分解過程基本完成，而由于充分分散未能實現(xiàn)固相反應(yīng)的新生態(tài)CaO、SIO2等微晶礦物成分，在入窯緊密接觸后，快速進行固相反應(yīng)，使固相反應(yīng)的放熱過程直接用于物料升溫，實現(xiàn)“快速燒成，促進熟料礦物結(jié)構(gòu)微晶化，提高熟料品質(zhì)。同時亦可減少窯體過大造成的胴體散熱損失”。
　　(七) 同樣根據(jù)上述流體力學、結(jié)晶化學及自控技術(shù)研制成功第三代帶有“空氣梁”（Aired Beam）、“控制流篦板”（Controlled Flow Grate）的篦式冷卻機，既可保證出窯高溫熟料驟冷，以防熟料中硅酸三鈣（3CaO.SiO2）晶體長大、硅酸二鈣（2CaO.SiO2）晶體變型，又可使鋁酸鹽（3CaO.AL2O3等）、鐵鋁酸鹽（4CaO.AL2O3. Fe2O3等）固溶體等溶媒礦物形成玻璃體，提高熟料活性。同時，也優(yōu)化了熟料冷卻機作為熱回收裝備的功能。使熾熱熟料進入篦冷機后實現(xiàn)急冷的同時又提高了熱回收速率，從而可將入窯二次風溫由原來850～950℃提高到1100℃以上，入爐三次風溫由原來600～700℃提高到850～950℃。這對入窯及入爐燃料燃燒，優(yōu)化全窯系統(tǒng)熱工制度，降低熱耗亦起到巨大作用。
　　(八) 研制開發(fā)新型多通道燃料燃燒器，進一步減少低溫一次風量，更便于窯內(nèi)火焰及溫度的合理控制，有利于低質(zhì)燃料及二次燃料利用，亦可減少NOx生成量。
　　(九) 研制開發(fā)成功“中、低溫余熱發(fā)電”系統(tǒng)，以充分利用預(yù)熱器、篦冷卻排出的溫度在250～350℃廢氣中的熱焓，實現(xiàn)能源充分回收，提高了系統(tǒng)傭效率。
　　(十) 根據(jù)硅酸鹽化學原理及現(xiàn)代水泥工業(yè)采用的具有高新科技特征的新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，國際水泥工業(yè)在硅酸鹽水泥熟料設(shè)計上，普遍采用了“高硅酸鹽礦物（C3S+C2S總量達78%以上）”及高硅酸三鈣（C3S含量達65%以上）及根據(jù)需要選擇適宜的鋁酸三鈣（C3A）的礦物含量優(yōu)化設(shè)計方案，以便盡可能地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)熟料為生產(chǎn)各種不同需要的優(yōu)質(zhì)水泥打下基礎(chǔ)。這樣，不僅可以在混凝土工程中節(jié)約水泥用量，延長使用壽命，亦可滿足日益發(fā)展的高性能混凝土（High Performance Concrete）需求。
　　(十一) 根據(jù)系統(tǒng)工程學原理，將預(yù)分解窯系統(tǒng)中的旋風筒、換熱管道、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機（簡稱：筒—管—爐—窯—機）五位一體全面優(yōu)化，并且力求采用高級合金材料，耐熱、耐磨、耐火、隔熱、保溫材料，電子計算機，自控信息系統(tǒng)，高效除塵裝備及精密的裝備制造技術(shù)，將全窯系統(tǒng)優(yōu)化成為一個完整的熱工系統(tǒng)工程體系。再輔以現(xiàn)代化管理，確保水泥生產(chǎn)中最重要的熟料煅燒熱過程實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保和均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。
　　(十二) 根據(jù)破碎力學、三大粉碎原理及物料層間擠壓粉碎學說，研制開發(fā)了新型輥式磨（roller mill）及輥壓機（roller press）終粉磨制備生料。采用輥壓機—鋼球磨或輥式磨—鋼球磨等半終粉磨系統(tǒng)制備水泥，輥筒磨（HoRo mill）系統(tǒng)也正在優(yōu)化攻關(guān)。這樣，不僅改變了效率低下的管式鋼球磨機在水泥工業(yè)中長期一統(tǒng)天下的局面，實現(xiàn)高效節(jié)能化生產(chǎn)，亦可保留鋼球磨機對粉狀物料所具有的球形化及顆粒級配合理化的功能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
　　(十三) 進一步優(yōu)化水泥生產(chǎn)過程及管理計算機控制系統(tǒng)。目前分散控制、集中管理系統(tǒng)成為主流。同時，對工況十分復(fù)雜的預(yù)分解系統(tǒng)在原有表格控制、模煳邏輯控制程序的基礎(chǔ)上，開發(fā)出專家系統(tǒng)軟件，更加有利于水泥生產(chǎn)過程的穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗。
　　(十四) 采用“超細粉磨”技術(shù)與裝備，將同硅酸鹽水泥成分近似的高爐礦渣、電廠粉煤灰、煤矸石等激活改性成為“功能調(diào)節(jié)型材料”。這樣，不僅徹底改變了原來僅將這些廢渣、廢料作為代替和減少熟料用量的單純混合材性質(zhì)，亦可進一步增加廢渣用量。八十年代出現(xiàn)的DSP（Densified with Small Particles）材料所含有的超細顆粒的微密體系，一般使用硅灰，成本過高，目前已可以被以上廢渣所替代。
　　(十五) 利用回轉(zhuǎn)窯具有溫度高（火焰與物料溫度可分別達1850℃及1450℃以上），熱慣量大，工礦穩(wěn)定，氣、料流在窯內(nèi)滯留時間長（氣體在1100℃以上高溫區(qū)達4秒鐘以上，物料達30分鐘左右），以及窯內(nèi)高溫氣體湍流強烈，堿性氣氛等優(yōu)點，可消解可燃性廢料及化工、醫(yī)藥待業(yè)排出的危險性廢棄物。同時，可將廢料、廢渣、危險廢棄物中的絕大部分重金屬元素固定在熟料中，生成穩(wěn)定的鹽類礦物，由于沒有二次廢渣排出，避免了再次對環(huán)境的污染。原來，即使發(fā)達國家對危險廢棄物的處理也僅有：填埋及建設(shè)廢料焚燒爐兩種方法，不僅容易造成二次污染，投資亦相當可觀。目前，美、英、法、德、加等國家已轉(zhuǎn)向采用水泥回轉(zhuǎn)窯處理法。利用二次燃料及危險廢棄物，連同水泥工業(yè)對廢渣、廢料以及其他工業(yè)及生活垃圾的應(yīng)用，已賦予現(xiàn)代化水泥工業(yè)新內(nèi)涵，正逐漸改變其在一些發(fā)達國家的“夕陽工業(yè)”地位。
　　八十年代以來，我國水泥工業(yè)在發(fā)展新型干法水泥生產(chǎn)，推動科技進步等促進個方面已取得顯著成效。新世紀中，我們要進一步總結(jié)吸取國內(nèi)外已有的經(jīng)驗和成果，大力開展科技創(chuàng)新，建立具有我國自知識產(chǎn)權(quán)高新技術(shù)和裝備體系，盡快地把我國水泥工業(yè)建設(shè)成“環(huán)境材料型”產(chǎn)業(yè)。