我國是水泥大國，2000年的產量達到5.76億噸，占全球水泥總產量的三分之一，目前，我國水泥工業(yè)存在的主要問題是能源消耗高，經濟效益差，污染嚴重的小企業(yè)占絕大多數，上述狀況在今后較長的一段時間內將制約我國建材工業(yè)的發(fā)展。調整水泥工業(yè)結構，滿足經濟建設的需求，“由大變強，靠新出強”是我國水泥工業(yè)今后較長時間內的艱巨任務?，F就企業(yè)規(guī)模小，能源消耗高，年總產量約3100萬噸水泥的濕法窯的改造與各位水泥界同仁研討。

1．世界水泥工業(yè)的發(fā)展過程

從近一個世紀的歷史來看，水泥工業(yè)技術進步對整個行業(yè)的發(fā)展起著巨大的推動作用。二十世紀水泥工業(yè)有兩次重大的技術突破，一次是回轉窯在本世紀初得到全面推廣，提高了水泥的產量和質量，奠定了水泥工業(yè)作為現代化工業(yè)的基礎；第二次是五十年代懸浮預熱器和七十年代預分解技術的出現，大大提高了水泥窯的熱效率和單機生產能力，促進了水泥工業(yè)向大型化、現代化的進一步發(fā)展，當前世界水泥生產技術仍在不斷發(fā)展之中。

濕法窯具有良好的均化性能，產品質量優(yōu)良，且操作維護方便，在20世紀上半葉，一直是傳統(tǒng)窯型發(fā)展的主流，二戰(zhàn)以后的年代，世界經濟恢復和發(fā)展，對水泥需求大量增加，此期間濕法窯起著重要的作用，規(guī)格不斷增大，60年代初發(fā)展到頂點，最大窯規(guī)格為Φ7.6×6.4×6.9×232M，產量3600t/d。

60年代世界上幾家著名的水泥回轉窯制造公司（前蘇聯(lián)除外）所制造的濕法窯總數約300余臺，其中直徑4.4米以上的回轉窯約70臺。

隨著世界經濟的高速增長，生產技術和水泥設備制造技術及其有關的材料（耐熱、耐磨、耐火）性能的提高和電氣、自動化控制技術的發(fā)展，使生產規(guī)模進一步擴大和完善，加快了預熱器的大型化和發(fā)展，60年代預熱器窯投產的數量已超過濕法窯，70年代的能源危機進一步加速了干法生產的進程，預分解窯的出現，窯徑在相同的情況下，產量增加了一倍以上，熱耗進一步下降，為水泥產量迅速增長創(chuàng)造了條件，其投資和生產成本遠低于濕法窯。

七十年代濕法窯在國際上已很少興建（前蘇聯(lián)、中國除外）。在過去的20年中，世界水泥工業(yè)單線生產規(guī)模平均增加了5倍，90年代以來，世界市場上所興建的規(guī)模在日產2000t熟料以上的生產線占總量的85%以上（中國除外），目前在建的最大的預分解窯規(guī)格為Φ6.2×105米，日產12000噸熟料。

新投產的預分解窯的先進技術綜合反映在以下方面：

• 水泥熟料熱耗一般水平為3100kJ/kg（~740kcal/kg），先進的可達2930kJ/kg（~700kcal/kg）。
• 水泥電耗一般水平為95~100kWh/t.水泥，先進的約85~90kWh/t水泥。
• 窯系統(tǒng)年運轉率一般為85%，先進約為90%，生料磨的年運轉率可與窯匹配。
• 勞動生產率視生產線規(guī)模而定，大型生產線一般為8000~10000t水泥/人.年，先進的可達15000t水泥/人.年以上。
• 有毒有害氣體排放量得到嚴格控制，粉塵排放量一般<50mg/Nm³，先進的為15~30mg/Nm³，NO_X、SO_X均低于控制指標以內。
• 熟料質量優(yōu)良，達到不同國家所規(guī)定的高標號熟料質量要求。

2．國際上濕法窯的改造途徑

預熱器窯的熱耗遠低于濕法窯，（表1）一些能源價格昂貴的國家，從50年代起對濕法窯進行改建或改造，隨著預分解窯技術的進一步發(fā)展和完善，濕法窯改造的趨勢愈來愈增大，改造方式大致有四種：

表1   不同窯型熱耗比較

2.1  新建新型干法窯逐步取代陳舊的濕法窯

一些公司和廠家的設備陳舊的傳統(tǒng)窯（包括濕法窯），由于經濟效率低下，難于進行市場競爭，在廠區(qū)內或易地擴建一臺技術先進且產量高的干法生產線，自成獨立的生產體系，屬于擴建性質，一定時期內新舊并存，隨著技術進展和市場需求，逐步將性能差的傳統(tǒng)窯關閉，其優(yōu)點是生產正常，且產量可逐步擴大，經濟效益逐步增加，采用此法改造傳統(tǒng)窯的數量最多，60年代以來投產的數百臺新型干法窯大都是按此方式進行的，這是傳統(tǒng)窯（包括濕法窯）改造的主要方式。

2.2  濕法窯改成干法窯

在一些原料性能適應于干法生產且窯體尚有較長時間的應用價值，同時缺乏改建場地的工廠，將原有的傳統(tǒng)長回轉窯改成新型干法窯，此法優(yōu)點是窯產量成倍增長，熱耗有較大幅度下降，但是必須停止原有的生料濕法制備系統(tǒng)，興建生料干法制備及均化儲存系統(tǒng)，興建窯尾預熱器分解爐系統(tǒng)，三次風管，更換或改造篦冷機，割短窯筒體，改造窯的傳動裝備等。此種方式必須停窯一段時間，影響生產，因而改造的水泥窯不是很多，從KHD公司1950年至1974年新型干法預熱器窯、預分解窯的銷售記錄統(tǒng)計，在投產的300臺新型干法窯中，采用此法改造的為19臺，約占總數的6.5%，若以此數類推，全世界此類濕法窯改造的數量約60臺左右（表2）。

表2   KDH公司1950~1974年回轉窯濕改干臺數

2.3  濕磨干燒

國外個別水泥廠，使用高達20~25%以上水份的白堊作原料或者某種特殊的環(huán)保要求采用此法，也就是根據預熱器和篦冷機的廢氣所提供的熱量對已進行壓濾的物料進行烘干破碎（圖1）。

圖1  新型干法預熱器廢氣烘干原料能力表（略）

此法的優(yōu)點是能夠充分利用含水量高的原料，較大幅度降低熱耗和提高產量。缺點是增加了濕料過濾烘干環(huán)節(jié)，燒成系統(tǒng)必須拆除和改建，且生產較復雜。還需停窯改造。濕磨干燒的新型干法窯于1982年英國Rugby水泥廠首次取得成功，迄今為止全世界投產的濕磨干燒窯約13臺，部份在中國，現將收集到的國外濕磨干燒的水泥窯資料列表如下（表3）：

表3  國外濕磨干燒的生產線

*原濕法窯規(guī)格Φ5/4.7×160m

表3所示美國的Lone star水泥廠主要因該廠原料中硫含量過高，采用干法生產必須增設除硫裝置造成基建投資過高，才使用濕磨干燒，其余四廠均是水份超過25%的原料，迫于需求才采用此法生產，如丹麥的Aalborg水泥廠，原有的三臺濕法窯是Φ4.55/4.35/5.0×165m，Φ5.25/6.0×180m，Φ6.3/6.9×210m，產量分別為1200t/d，1600t/d和2350t/d加料漿稀釋劑后料漿水份由39~40%降至29~32%，由于該國市場有限，且受燃料價格因素的影響，被迫新建一臺窯取代原有的三臺窯進行生產。

2.4  現有濕法窯進行技術改造

在一些燃料相對便宜，或者熟料成品的堿含量有特殊需求以及某些國家限于政治經濟及技術狀況的原因，部份國家仍然保持著一定數量的濕法窯，如俄羅斯、烏克蘭等前蘇聯(lián)國家，仍以濕法生產為主，美國至2000年，仍有2000萬噸/年的水泥是濕法窯生產的，約占該國總量的20%，印度約400萬噸/年，占該國總量的6%等，但在一些技術先進的國家，對濕法窯進行技術改造，使其熱耗逐步下降，目前技術先進的濕法窯熱耗已下降和至1200kcal/kg。印度曾組織力量進行了濕法窯改造的探討，認為少量規(guī)格大的濕法窯可以考慮改造，小而陳舊的濕法窯應在生產過程中逐步淘汰，不同國家濕法窯的熱耗與電耗比較見表4。

表4  濕法窯的能耗比較

濕法窯技術改造主要為摻加稀釋劑降低料漿水分，采用復合礦化劑降低煅燒溫度，采用三風道燃燒器降低一次風量，隔熱窯襯減少窯筒體熱損失，減少窯系統(tǒng)漏風，以及篦冷機改造來提高熱效率等，此外煅燒工業(yè)廢燃料及有毒害物以降低燃料費用等措施。

3．我國濕法窯改造途徑探討

濕法窯的熱耗高是無可爭議的事實，生產過程中所排放的CO₂和NO_X較新型干法窯高（表5），隨著我國參加WTO，今后可能執(zhí)行國際上有關組織所制定的限制CO₂、NO_X等有害氣體排放值的協(xié)議，濕法窯不僅面臨著熱耗高帶來的生產成本高的問題，還面臨著降低CO₂、NO_X的排放問題。波蘭有21臺濕法窯，其產量約占該國總量的38%，于1998~1999年全部停產。因此濕法窯的改造勢在必行。我國在97年統(tǒng)計，濕法窯總量199臺，水泥年產量3100萬噸，單窯年平均產量15.6萬噸，均屬小規(guī)模。這些濕法窯怎么改造確實值得商榷。

表5            不同窯型的有害氣體排放量

決定濕法窯改造的因素很多，大致為：

• 原料性能及濕含量
• 能耗（熱耗、電耗）
• 主要裝備運行狀況及利用價值
• 投資費用及回收情況
• 停窯時間及市場需求

3.1  原料性能和濕含量

我國水泥原料的特點是濕含量不高，采用砂巖配料，一般水份低于2%（南方3%），而采用粘土配料，平均水份低于4%，即是雨季，平均水份約6%，5級或6級預熱器預分解窯，有足夠的能力烘干上述原料水份。圖2。

此外，我國南方的粘土粘性高，不易壓濾，試驗證實，其壓濾遠較北方粘土困難，易損壞裝備和增加電耗。而我國濕法窯南方居多，上述二點表明，國內絕大多數水泥窯采用干法生產。

個別廠采用高含水份的原料如赤泥，電石渣等，采用濕磨干燒是有利的。

3.2  能耗

3.2.1  熱耗

國內已投產的2500t/d新型干法生產線的設計熱耗為3094kJ/kg（740kcal/kg），實際熱耗可達3030kJ/kg（725kcal/kg），而實際的濕磨干燒熱耗（與預熱器級數有關，一般為3470~4470kJ/kg（830~1070kcal/kg）。預分解窯的熱耗至少較濕磨干燒窯低420kJ/kg(100kcal/kg)以上。

3.2.2  電耗

濕法生料磨大多數為開流磨，電耗約15~16kWh/t生料，與干法生料球磨相比，一般概念是濕法磨電耗低，近年來輥式磨技術的進展，技術先進的輥式磨系統(tǒng)電耗已降至13~14kWh/t生料，低于濕法窯，而且輥磨的烘干能力進一步提高，近年來在原料含水量高的地區(qū)，投產的輥式磨，可以滿足20%的水份，從電耗角度來看，濕法生料磨已不具備優(yōu)勢。

3.3  主機裝備運行情況及利用價值

我國濕法窯中，產量低于600t/d熟料的約占總量的一半，窯的平均直徑絕大部分<3.5m，而且多數是解放前或60年代前建的窯，已運轉40年以上，設備陳舊，對窯本身進行改造的價值不大，可利用的原有設備極少，不如就地擴建新型干法生產線，逐步淘汰原有濕法生產線，日產600t熟料以上的華新窯估計約80臺左右，窯齡超過30年的約20臺，其余的窯還能正常的運轉一段時間。

我國的濕法窯是60年代開發(fā)設計的，限于歷史條件，設計的輪帶和齒圈位置不太適合目前的干法窯結構，因而改造難度較大，此外窯徑偏小，在窯體上進行大改從實踐的經驗證實意義不大。

3.4  投資費用及回收情況

投資費用的因素較多，現以白馬山水泥廠為例：該廠2#窯在88年改建，90年建成后因系統(tǒng)不夠完善，且過濾設備事故率高，生產極不正常，半年僅產熟料4.3萬噸，以后雖有所改進，年運轉率在70%，不得已于1994年再次進行改造，二次改造費用的竣工決算為4621萬元，日增產熟料約250t/d，年熟料量約77500t，每噸熟料投資約600元?？紤]到上述改造年份較早，費用可能偏高，現以1997年白馬山水泥廠1#窯改造可行性論證費用為參考依據與1997年該廠新建的一臺日產2000t熟料生產線進行比較，（表6），比較結果是無論是單位投資，熱耗以及停窯影響生產等項新型干法預分解窯具有明顯的優(yōu)勢。

表6  安徽海螺集團白馬山水泥廠濕改干及干法窯工程費用表

2.5  停窯時間及市場影響

濕磨干燒需切割窯體，勢必停窯，估計影響生產3~6個月，還不考慮調試時間，若濕磨旁邊擴建一臺濕磨干燒窯取代濕法窯，雖然不影響停窯，但是原有濕法窯因無生料供應而被迫停產，若遇上市場需求水泥，必然受到影響。而興建新型干法生產線不影響停窯，保留原有濕法窯隨市場需求與競爭而逐步淘汰，不影響工廠生產和效益。

80年代以來，國家一直致力于新型干法生產線的發(fā)展，但發(fā)展的過程中，出現了種種困難，如投資偏高，水泥噸投資大于1000元，建設周期長達2~3年，投產后設備故障多，不能順利達標達產，工廠的經濟效益差，還不起銀行貸款，使工廠面臨困境。給新型干法水泥廠造成的影響是，雖然技術先進，但生產管理復雜，投資太高，無法解決建設資金，不適合中國國情，相比之下，建設濕法生產線仍有一定效益，在此期間，國內仍有不少生產廠家擴建濕法窯。90年代以來，我國的新型干法預分解窯的工藝裝備技術得到長足進展，設備的可靠性能有較大提高，設計和建廠周期愈來愈短，投資愈來愈低，在市場競爭中充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢和規(guī)模效益，近年來興建的日產2500t/d級生產線，投資費用已降至~230元/噸熟料，其熱耗低于濕磨干燒回轉窯約765kJ/kg.熟，燒成電耗也低。因而熟料的生產成本降低10~20%以上。從90年代起，一些濕法生產線廠家紛紛改建干法生產線，至90年后期，除個別特殊地區(qū)外，國內已停止興建濕法窯。

3．對國內已進行濕磨干燒的生產線的幾點看法：

90年代初中國國際工程咨詢公司曾組織專家對濕磨干燒進行了調查，根據大量調查資料，通過充分論證發(fā)表了“論我國濕法水泥廠改造途徑”的文章，文中對我國濕法窯改造作了精辟的論述。其主要結論為：1. 截短濕法窯改造不如另建一臺合算。2. 留濕擴干投資效益好。3. 現有濕法窯采取節(jié)能降耗措施。上述結論與國際上水泥工業(yè)的發(fā)展基本一致。時間已過10年，按現有資料，補充點看法。

我國濕法窯改造和國際上基本接近，主要方式為：

3.1  新建新型干法窯逐步取代濕法窯

在濕法窯保留生產的前提下，擴建大型干法生產線，80年代有萬年等12個廠，90年代更多，這些廠的經濟效益均較高，如葛洲壩、華新等廠在取得良好效益的基礎上繼續(xù)興建大型生產線，這是國內濕法窯改造的主流。

 3.2 濕磨干燒

我國現進行濕法窯改造的有10臺窯，其中8臺是濕磨干燒，2臺是為濕改干（表7）。

表7   各種生產能力半干法系統(tǒng)的實例

從表7來看，除JS、Ch是全改干外，其余都是濕磨干燒，濕磨干燒。又分成下述幾種：

3.2.1  原料水份高，GWO廠采用赤泥，原料水份超過20%以上，其入窯料漿水份在38.5%，濕法生產熱耗約為6700kJ/kg.，產量約600t/d，采用濕磨干燒，提高產量且降低熱耗是有利的。

3.2.2  原料水份低，料漿略有富余，對窯體進行改造，如QJ、BM、GH、YD等廠，BM廠文中2.4段已作了分析對比，該廠2″窯雖然在1994年再度進行改造，取得一定的效益，也曾考慮對1#窯進行改造，但是工廠于1997年擴建日產2000噸熟料新型干法生產線后，二者效益差距較明顯，至今未對已有的濕法窯作改造，而是維持生產，在此基礎上繼續(xù)新建新型干法生產線。

GH水泥廠4號窯于1993年開始建設，是原國家建材局干濕混合法技術改造示范項目，設計日產熟料1000t，1993年開始建設，1995年投產，投產后設備故障多，產量低，日產熟料僅500t至700t，熟料質量不穩(wěn)定，1998年全年熟料產量85000t，年運轉率為37%，被迫于99年進行第二次改造，二次改造歷時55天，投入資金1100萬元，改造取得明顯效果，2000年年熟料產量達到15.7萬噸，熱耗由1200kcal/kg下降至1050kcal/kg，電耗由108kWh/t熟料下降至78kWh/t熟料，經濟效益取得明顯好轉。

必須看到若將二次改造費用加在一起，投資費用總數超過4000萬，所增產的單位熟料投資約600元/噸，與BM廠接近。

YD、QJ廠在“論我國濕法水泥廠改造途徑”已有詳細敘述，明確的結論是濕磨干燒的經濟效益，不如擴建新型干法生產線，投產后的實踐也證實了這個結論。

3.2.3  原料水份低，興建新型濕磨干燒窯，然后拆除原有濕法窯，此種類型有GZ1、GI2、LZO（尚待投產）等廠。GZ廠因拆除舊窯，原有濕法生料制備系統(tǒng)有很大富余能力，再加廠區(qū)擁擠，沒有建干法生產所必須的生料均化設施場地。在特定的條件下，興建一臺700t/d、一臺2000t/d濕磨干燒窯，2000t/d生產線已達到設計能力，燒成系統(tǒng)電耗為26kWh/t，熱耗3590kJ/kg(860kcal/kg)，窯年運轉率為82%，項目總投資1.4億元，單位噸熟料投資為233元，和原有高熱耗的濕法窯相比，確有優(yōu)點。

但是必須看到近年來，干法生產線熟料單位噸投資已降至230元以下，個別廠的投資更低，在生產過程中，熱耗較濕磨干燒窯降低550kJ/kg，電耗也低6kWh/t以上。

2000年在GZ工廠搬遷的可行性論證上，曾對擴建一臺新型干法2500t/d生產線和現有的2000t/d濕磨干燒窯生產線裝改成2300t/d生產線搬遷改造作了經濟比較，二者費用相比，新建一臺2500t/d生產線的單位熟料噸投資僅高出現有生產線改造搬遷約25元/t熟料。雖然投資高些，但生產中熱耗，電耗均低，而且避免了系統(tǒng)設備拆除時的損壞對生產的影響，可以說興建新型生產線，具有明顯的經濟效益。

利用原有的濕法生料制備來擴建新窯，待新窯建成后，原有的濕法窯必須停產拆除，對于一些窯體尚有用價值的生產線是不利的，同時生產過程中其成本必然高出新建一臺新型干法窯，近期雖然節(jié)省了一些投資，但從長遠來看必然帶來負面影響。

3.3  濕改干

TS廠改造后，曾作過統(tǒng)計，可以利用的窯筒體及部份傳統(tǒng)，以及窯墩和廠房，僅占初步概算6452萬元的3.8%，TS廠改造后能較快達到設計要求，但其單位噸熟料投資高達600元，是不可取的。

Ch廠是1984年開始施工建設的一條Φ4/3.5×135濕法生產線，熟料產量600t/d，設計熱耗1300~1500kcal/kg，電耗100~110kWh/t水泥，90年代初，將正在施工建設的濕法生產線改為Φ3.5×54m干法生產線，產量1500t/d。工廠從1993年以來一直因系統(tǒng)工藝的不合理，以及設備事故率太高，而影響生產，1998年窯的運轉率也只有46%，產量1200t/d，其熱耗高達1050kcal/kg，電耗大于120kWh/t，1999年進行了系統(tǒng)工藝及設備的改造，總投資450萬元。

改造后取得了明顯的效益，窯系統(tǒng)日產量從1200t/d提高到1650~1700t/d，熱耗降至880kcal/kg以下，運轉率提高至82%以上。取得了良好的經濟效益。Ch廠的濕改干工程，反映出截窯改造的風險性，也證實干法生產的優(yōu)越性。

3.4  繼續(xù)擴建濕法

80年代以來部份廠因考慮建濕法窯投資省，速度快，近期效益好，或當地煤價格低等因素，對濕法窯進行了擴建，這些窯設備較新，一時難于淘汰，在今后若干年內，這樣的工廠必須加大技術改造力度，提高產量，降低能耗，在現有的濕法窯生產基礎上，將新型干法生產線成熟的單項技術移植到濕法生產線上，會取得國際上先進國家濕法窯生產的指標，若能做到每公斤熟料熱耗降低214~428kJ，全國的濕法生產線總的節(jié)煤量可達22.4~45萬t標煤，這對大多數濕法生產線是有可能做到的。

結論

濕法窯在水泥工業(yè)發(fā)展的過程中起到應有的作用，但是隨著水泥工業(yè)技術的進展，和新型干法窯相比，無論在熱耗，產量規(guī)模，有害氣體排放等方面，明顯存在缺點，因此濕法窯改造勢在必行。

濕法窯改造的方法有多種：

• 新建一臺大型新型干法生產線，干濕并舉，并隨市場需求而逐步淘汰裝備陳舊的濕法生產線是國際上濕法生產線改造的主要方式，在我國實施過程中，實踐證明最為合理，也是我國濕法生產線改造的主流。
• 我國原料一般水份均低于4~6%以下，采用干法比較合理，濕磨干燒不宜推廣，但在個別原料水份高的地區(qū)，可以考慮興建濕磨干燒生產線，取代原有濕法生產線是可行的。
• 我國現有的濕法窯窯徑偏小，改為干法生產設備利用率偏低，不宜推廣。
• 現有的濕法窯應維持生產，但必須根據生產線裝備情況，盡可能進行技術改造，提高產量，降低能耗。

主要參考資料：

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