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(jì)算機(jī)產(chǎn)品，地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)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(dǎo)礦石搭配開采，礦山開采、運(yùn)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(jī)電一體化堆、取料技術(shù)，在原、燃料廠后進(jìn)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(xué)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(jì)量儀表、儀器系統(tǒng)，并同計(jì)算機(jī)連網(wǎng)，編制原料配料軟件程序，實(shí)現(xiàn)生料自動(dòng)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(xué)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(xué)，燃燒動(dòng)力學(xué)，氣固兩相流稀相輸送、熱量、質(zhì)量—?jiǎng)恿總鬟f機(jī)理，硅酸鹽物理化學(xué)、膠體化學(xué)等化學(xué)工程以及熱工學(xué)、熱力學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)理論，指導(dǎo)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(shí)，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(xué)、根據(jù)礦物晶體化學(xué)、硅酸鹽物理化學(xué)固相反應(yīng)機(jī)理及相圖，進(jìn)一步縮短回轉(zhuǎn)窯長度，研制“兩支點(diǎn)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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)“快速燒成，促進(jìn)熟料礦物結(jié)構(gòu)微晶化，提高熟料品質(zhì)。同時(shí)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(xué)、結(jié)晶化學(xué)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(jī)，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(shí)，也優(yōu)化了熟料冷卻機(jī)作為熱回收裝備的功能。使熾熱熟料進(jìn)入篦冷機(jī)后實(shí)現(xiàn)急冷的同時(shí)又提高了熱回收速率，從而可將入窯二次風(fēng)溫由原來850～950℃提高到1100℃以上，入爐三次風(fēng)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(jìn)一步減少低溫一次風(fēng)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(shí)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(xué)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(jì)上，普遍采用了“高硅酸鹽礦物（C3S+C2S總量達(dá)78%以上）”及高硅酸三鈣（C3S含量達(dá)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(jì)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(xué)原理，將預(yù)分解窯系統(tǒng)中的旋風(fēng)筒、換熱管道、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)（簡稱：筒—管—爐—窯—機(jī)）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(jì)算機(jī)，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(gè)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(shí)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(xué)、三大粉碎原理及物料層間擠壓粉碎學(xué)說，研制開發(fā)了新型輥式磨（roller mill）及輥壓機(jī)（roller press）終粉磨制備生料。采用輥壓機(jī)—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(jī)在水泥工業(yè)中長期一統(tǒng)天下的局面，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能化生產(chǎn)，亦可保留鋼球磨機(jī)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(jìn)一步優(yōu)化水泥生產(chǎn)過程及管理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。目前分散控制、集中管理系統(tǒng)成為主流。同時(shí)，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(xì)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(jìn)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(xì)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(dá)1850℃及1450℃以上），熱慣量大，工礦穩(wěn)定，氣、料流在窯內(nèi)滯留時(shí)間長（氣體在1100℃以上高溫區(qū)達(dá)4秒鐘以上，物料達(dá)30分鐘左右），以及窯內(nèi)高溫氣體湍流強(qiáng)烈，堿性氣氛等優(yōu)點(diǎn)，可消解可燃性廢料及化工、醫(yī)藥待業(yè)排出的危險(xiǎn)性廢棄物。同時(shí)，可將廢料、廢渣、危險(xiǎn)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(dá)國家對危險(xiǎn)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(dāng)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(xiǎn)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(dá)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(dòng)科技進(jìn)步等促進(jìn)個(gè)方面已取得顯著成效。新世紀(jì)中，我們要進(jìn)一步總結(jié)吸取國內(nèi)外已有的經(jīng)驗(yàn)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)。