建材工業(yè)水泥的清潔生產(chǎn)技術(shù)
(一)優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與技術(shù)政策措施
1.現(xiàn)狀與存在的問題
分析表明:
(1)我國的硅酸鹽水泥、特種水泥、#525水泥比例偏低,落后于國外水平。1994年我國的特種水泥(467萬噸)和道路水泥(90萬噸)含計(jì)占總產(chǎn)量的1.3%,而國外一般超過4%,有些水泥大國和地區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)品就是#525硅酸鹽水泥;
(2)我國水泥產(chǎn)品以立窯水泥為主,1994年立窯水泥為33360萬噸,占總量的79.2%,而回轉(zhuǎn)窯水泥只占20.8%,這與世界水泥工業(yè)的發(fā)展相悖,國外立窯水泥總量不超過3000萬噸;
?。?)雖然我國發(fā)展新型干法窯已取得了較大成績,但至今尚未超過全部回轉(zhuǎn)窯能力的一半,在全部熟料生產(chǎn)能力中僅占10%,說明代表世界水泥工業(yè)潮流的先進(jìn)技術(shù)在我國尚處于薄弱地位。
1994年我國共有水泥企業(yè)約8300家,其中鄉(xiāng)以上企業(yè)約6200家,村以下企業(yè)約2100家,小型企業(yè)(有許多是小于5萬噸的特小型企業(yè))占企業(yè)總數(shù)近95%,為世界水泥工業(yè)之最。由此導(dǎo)致我國水泥企業(yè)平均規(guī)模不到國外的1/10。發(fā)達(dá)國家水泥企業(yè)的平均規(guī)模,歐盟國家為40~50萬噸,美國近70萬噸,日本超過250萬噸,而韓國達(dá)到500萬噸。
水泥工業(yè)的不良結(jié)構(gòu)帶來了許多負(fù)而影響,如能耗偏高、水泥的品種和質(zhì)量難以滿足市場要求、勞動(dòng)生產(chǎn)率太低、環(huán)境污染嚴(yán)重等。1994年我國大中型水泥企業(yè)的熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗為163.36千克(其中回轉(zhuǎn)窯為177.64千克,立窯為143.39千克),高于國際先進(jìn)水平35%以上,1994年水泥工業(yè)耗煤6000多萬噸,到2010年時(shí)將超過1億噸,會(huì)成為煤炭工業(yè)的一大負(fù)擔(dān);由于優(yōu)質(zhì)水泥偏少,我國建筑工程中“肥梁、胖柱、重蓋”的現(xiàn)象長期難以改觀,導(dǎo)致資源的大量浪費(fèi),甚至影響工程的長期質(zhì)量;立窯企業(yè)全員每人每年生產(chǎn)水泥80~150噸,大中型企業(yè)為200~350噸,只有少數(shù)500~1000噸,而國外普遍為2000~4000噸,勞動(dòng)生產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于水泥工業(yè)發(fā)達(dá)國家;我國水泥企業(yè)污染最嚴(yán)重為的粉塵,粉塵的飛揚(yáng)損失率高達(dá)3%~5%,水泥在裝運(yùn)中的損失也超過了3%,而發(fā)達(dá)國家的粉塵污染基本得到治理,如歐盟國家粉塵飛揚(yáng)損失平均為0.17~0.40千克/噸熟料,德國水泥廠粉塵總飛揚(yáng)損量在0.3千克/噸水泥以下,水泥廠周圍的降塵量可達(dá)到純農(nóng)業(yè)區(qū)的水平,即0.1千克/平方米·天,粉塵污染在小企業(yè)中尤為嚴(yán)重,另外還有亂開采對(duì)資源的浪費(fèi)和對(duì)植被的破壞等。
上述種種問題表明,水泥工業(yè)要實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,推行清潔生產(chǎn),其關(guān)鍵措施之一是大力調(diào)整現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
2.對(duì)策與措施
結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向主要是通過積極發(fā)展以預(yù)分解窯為主要新型干法窯,積極建設(shè)大中型生產(chǎn)線,擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模,節(jié)能降耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量和多方面的效益,改造或淘汰小型、落后的裝備及企業(yè);與此同時(shí)必須深化企業(yè)改革,提高企業(yè)綜合素質(zhì)。根據(jù)對(duì)水泥品種、標(biāo)號(hào)、窯型以及企業(yè)規(guī)模目標(biāo)的預(yù)測,到2010年我國水泥工業(yè)將由現(xiàn)在的“大而弱”向“大而強(qiáng)”顯著轉(zhuǎn)化,主要表現(xiàn)在以下幾方面:
?。?)水泥產(chǎn)量將增長80%,其中回轉(zhuǎn)窯水泥將增長1倍,#525以上水泥將增長2.5倍,特種水泥增長3倍,硅酸鹽水泥和普通水泥和產(chǎn)量都大幅度上升;
?。?)新建、擴(kuò)建和改造的回轉(zhuǎn)窯大多將采用新型干法窯,其配套裝備和技術(shù)也將采用高效節(jié)能的新產(chǎn)品和新成果;
?。?)在“上大改小”方針指導(dǎo)下,新增能力將與改造、改革現(xiàn)有企業(yè)相結(jié)合,盡可能盤活存量資產(chǎn),推進(jìn)企業(yè)重組聯(lián)合,擴(kuò)大規(guī)模,提高綜合效益,大中型企業(yè)產(chǎn)品所占比例提高到67.5%;
?。?)條件較好的立窯企業(yè)將被徹底改造,有些將擴(kuò)建為回轉(zhuǎn)窯,條件差的企業(yè)將被淘汰,兼并或轉(zhuǎn)產(chǎn),立窯企業(yè)的數(shù)量將減少;
?。?)隨著水泥工業(yè)綜合治理水平的提高,環(huán)保達(dá)標(biāo)的企業(yè)將日益增多。
我國水泥工業(yè)是小線小廠的汪洋大海,巨大產(chǎn)量是在極不合理的規(guī)模結(jié)構(gòu)狀態(tài)中實(shí)現(xiàn)的,這種現(xiàn)狀與今后強(qiáng)調(diào)確保水泥質(zhì)量,提高企業(yè)與社會(huì)綜合效益,保護(hù)環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等正確發(fā)展方向的要求背道而馳。水泥工業(yè)技術(shù)政策的部分新要點(diǎn)如下:
?。?)推動(dòng)立窯生產(chǎn)線全面向年產(chǎn)約10萬噸規(guī)模的先進(jìn)立窯生產(chǎn)線發(fā)展。我國規(guī)模不超過10萬噸;/年的小生產(chǎn)線占90%以上。經(jīng)過“八五”的發(fā)展已經(jīng)完成了土立窯向機(jī)械化立窯的發(fā)展過程。我國立窯生產(chǎn)線目前的出路只能向規(guī)?;?0萬噸/年是立窯生產(chǎn)線的最大規(guī)模)和采用現(xiàn)代技術(shù)的先進(jìn)立控方向發(fā)展。指明和引導(dǎo)這種發(fā)展是技術(shù)政策新要點(diǎn)的重要內(nèi)容之一。
?。?)限定水泥廠的最低規(guī)模不小于20萬噸/年,生產(chǎn)線的最小規(guī)模,立窯接近于10萬噸/年,旋窯不小于20萬噸/年,以此作為立窯廠技術(shù)改造和新旋窯生產(chǎn)線的指導(dǎo)方針。生產(chǎn)具有一定規(guī)模才可能在管理上和技術(shù)上采用現(xiàn)代化的手段,才能具備嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量的條件。10萬噸/年規(guī)模的立窯生產(chǎn)線的是以最大型號(hào)的機(jī)械化立窯為主體,可采用較好的配套設(shè)施和監(jiān)控技術(shù),保證水泥質(zhì)量;20萬噸/年的旋窯生產(chǎn)線意味著基本具備新型干法生產(chǎn)工藝的起碼經(jīng)濟(jì)條件,也意味著排除采用濕法、半干法(立波爾)和規(guī)模過小的干法生產(chǎn)線的可能,使小水泥廠的改造、升級(jí)有較高的技術(shù)起點(diǎn):20萬噸/年的水泥廠已基本達(dá)到銷具規(guī)模的中型廠的要求。
?。?)規(guī)定在水泥窯煅燒熟料時(shí),無論立窯或旋窯一律不準(zhǔn)使用石膏和瑩石之類的礦化劑技術(shù)。采用石膏、瑩石這類的礦化劑,在熟料燒成過程的有SO2和氟化物放出,存在嚴(yán)重污染環(huán)境的弊端。在水泥需求矛盾已經(jīng)緩和并進(jìn)入有序發(fā)展、強(qiáng)調(diào)清潔生產(chǎn)、注意可持續(xù)發(fā)展的今天,以犧牲環(huán)境為代價(jià)的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)堅(jiān)決予以淘汰、制止。
?。?)要求我國水泥國家標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)量指標(biāo)與國際先進(jìn)指標(biāo)看齊,積極推進(jìn)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。水泥標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上反映了水泥工業(yè)發(fā)展水平,也是推動(dòng)其發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力和有效手段。
?。?)要對(duì)水泥生料配料中不用或少用粘土,尤其是對(duì)毀田取土作出政策規(guī)定,我國目前水泥廠毀田取土現(xiàn)象較嚴(yán)重,尤其是立窯廠為了生料成球工藝的需要,必須采用塑性好的粘土作為原料。成球燒成是落后工藝,新型干法工藝無需生料預(yù)先成球。把水泥工業(yè)少用或不用粘土、禁止毀田取土作為技術(shù)政策,既促進(jìn)了水泥工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,又有利于保護(hù)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
?。?)把環(huán)保指標(biāo)用技術(shù)政策的方式作出明確規(guī)定。水泥工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染主要是粉塵,水泥廠數(shù)目越多,排放點(diǎn)越多,治理越困難,我國水泥工業(yè)大量采用立窯生產(chǎn),其污染很難治理,實(shí)際上大多數(shù)立窯生產(chǎn)以犧牲環(huán)境質(zhì)量為代價(jià)的。在技術(shù)政策中明確環(huán)保指標(biāo),可以制約低水平立窯的生產(chǎn),還會(huì)從深層次有利于提高水泥廠的設(shè)計(jì)水平、裝備制造水平、生產(chǎn)管理水平以及投資分配合理化。
?。?)要明確宣布一批規(guī)模過小、設(shè)計(jì)落后的水泥工業(yè)設(shè)備為淘汰設(shè)備。
?。?)要實(shí)現(xiàn)大型新型干法生產(chǎn)裝備國產(chǎn)化,大幅度降低大型生產(chǎn)線的設(shè)備費(fèi)用和提高可靠性、先進(jìn)性。600~2000噸/日的生產(chǎn)線已可以全面國產(chǎn)化,4000噸/日的生產(chǎn)線已有若干設(shè)備可自行設(shè)計(jì)制造。技術(shù)政策應(yīng)為促進(jìn)水泥生產(chǎn)設(shè)備的大型化創(chuàng)造條件和指明方向,為水泥工業(yè)規(guī)模結(jié)構(gòu)調(diào)整提供基礎(chǔ)。
?。?)要明確提出大幅度提高我國水泥工業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率。我國目前處于千軍萬馬齊搞水泥的狀態(tài),勞動(dòng)生產(chǎn)率十分低下。就是在一些引進(jìn)裝備的大型水泥廠,按生產(chǎn)崗位的實(shí)物生產(chǎn)率的比國外同類廠低幾倍,如果不能通過規(guī)?;a(chǎn)明顯提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,會(huì)在很大程度上失去規(guī)模結(jié)構(gòu)調(diào)整的意義。
(二)依靠技術(shù)進(jìn)步,節(jié)能降耗
依靠技術(shù)進(jìn)步來促進(jìn)水泥工業(yè)的節(jié)能降耗是水泥工業(yè)清潔生產(chǎn)的重要措施之一,它可以最大限度地綜合利用自然資源和能源,提高生產(chǎn)效率和技術(shù)水平,減少資源和能源的消耗,減輕環(huán)境負(fù)荷。水泥工業(yè)能源消耗占建材總能耗的35%,是建材工業(yè)第二耗能大戶。我國大中型重點(diǎn)水泥廠的水泥總能耗,隨窯型不同,一般是在160~300千克標(biāo)煤/噸之間,而國際先進(jìn)水平僅135千克標(biāo)煤/噸左右,如果除去干法中空窯和濕法長窯(耗能高)以外,我國新型水泥廠總能耗也介于160~170千克標(biāo)煤/噸。
1.大中型水泥回轉(zhuǎn)窯的節(jié)能途徑
我國大中型回轉(zhuǎn)窯大多是濕法窯,能耗高。目前主要采用下列幾種方式改造
?。?)新建、擴(kuò)建、改建窯外分解窯,增加新型干法生產(chǎn)水泥的比重是提高水泥生產(chǎn)技術(shù)水平,降低能耗的主要途徑。目前我國已建成一批日產(chǎn)700~4000噸級(jí)窯外分解窯,其經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果非常明顯。窯外分解窯生產(chǎn)水泥熟料與濕法窯相比,水泥熟料標(biāo)煤耗可降低50~80千克/噸;
(2)濕法窯改造成濕磨干燒半干法生產(chǎn),水泥綜合標(biāo)煤煤耗降代25~30千克/噸;
(3)原有余熱發(fā)電窯進(jìn)行更新改造:將原來低壓(1.274~2.45兆帕)操作系統(tǒng)改為中壓(3.82兆帕)操作系統(tǒng),發(fā)電能力由100千瓦時(shí)/噸熟料提高到150千瓦時(shí)/噸熟料,水泥廠電自給率可達(dá)70%~80%;
(4)濕法窯綜合節(jié)能技術(shù)改造:未進(jìn)行全面改造的濕法窯可進(jìn)行綜合節(jié)能技術(shù)的改造,它包括裝耐熱鋼鏈條、隔熱窯襯、鎂磚窯襯、黑料漿、減水劑、三通道噴煤咀、煤磨及煤粉系統(tǒng)改造、冷卻機(jī)保溫等。改造后每噸熟料節(jié)能約35千克標(biāo)煤。
2.小型回轉(zhuǎn)窯的節(jié)能技術(shù)改造
我國小型回轉(zhuǎn)窯企業(yè)二百多個(gè),大多是直徑3米以下的回轉(zhuǎn)窯,主要包括干法中空窯、立筒預(yù)熱器窯和余熱發(fā)電窯。小型回轉(zhuǎn)窯能耗很高,熟料煤耗一般在250~300千克/噸。
(1)對(duì)比較大型的原料、運(yùn)輸、市場條件較好的回轉(zhuǎn)窯,可將其改造成五級(jí)懸浮頂熱器窯和捷克立筒窯,我國已有試點(diǎn);
(2)在缺電地區(qū)可改造成余熱發(fā)電窯,回收余熱;
(3)對(duì)條件差、直徑小、能耗高的小回轉(zhuǎn)窯應(yīng)關(guān)停,以免浪費(fèi)能源。
3.立窯的節(jié)能改造
我國立窯水泥技術(shù)發(fā)展大體經(jīng)歷了兩個(gè)階段:第一階段是以“土”為主的普通立窯階段;第二階段是從80年代中期開始以推廣14項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)為起點(diǎn)的向現(xiàn)代化立窯發(fā)展的階段,目前正處于這個(gè)新的發(fā)展階段,但全國的立窯企業(yè)水平參差水平,差距很大。我國目前尚有數(shù)以千計(jì)的立窯企業(yè)仍然停留在第一階段水平,這些初級(jí)階段的立窯企業(yè)就應(yīng)是加速淘汰的對(duì)象。14項(xiàng)成熟的技術(shù)和裝備包括:原料預(yù)均化技術(shù);生料微機(jī)自動(dòng)配料技術(shù);生料均化技術(shù);生料高效粉磨技術(shù);復(fù)合礦化劑應(yīng)用;煤料分別粉磨技術(shù);窯體綜合改造技術(shù);預(yù)加水成球技術(shù);立窯熱工參數(shù)的微機(jī)監(jiān)測與控制技術(shù);立窯窯體保溫技術(shù);磨機(jī)負(fù)荷自控技術(shù);節(jié)能型溝槽襯板;新型水泥高細(xì)磨技術(shù);粉塵綜合治理技術(shù)。這14項(xiàng)技術(shù)和裝備仍將不斷發(fā)展。通過推廣采用這些改造措施,機(jī)械化立窯生產(chǎn)技術(shù)水平大為提高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,熟料標(biāo)煤耗為100~125千克/噸,水泥綜合電耗80~85千瓦時(shí)/噸。部分先進(jìn)立窯企業(yè)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可與大型回轉(zhuǎn)窯企業(yè)媲美。
4.降低熟料熱耗的技術(shù)
?。?)采用低阻高效的多級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)
預(yù)分解窯隨預(yù)熱器級(jí)數(shù)的增多,系統(tǒng)熱力學(xué)效率逐步提高,熱耗相應(yīng)降低。但單純?cè)黾宇A(yù)熱器級(jí)數(shù)難以達(dá)到滿意效果,必須配合新型預(yù)熱器的開發(fā)應(yīng)用。近年來,國外各種新型的低阻高效預(yù)熱器已相當(dāng)成熟可靠;各級(jí)預(yù)熱器的分離效率均可提高到85%~95%,每級(jí)阻力可降到500帕以下。如丹麥福勒斯公司的LP型和德國波利斯公司的Dopo190型均屬于這類低阻高效預(yù)熱器。在經(jīng)濟(jì)合理的條件下,預(yù)分解窯預(yù)熱器的級(jí)數(shù)以五級(jí)或六級(jí)為宜。
?。?)采用控流式新型篦冷機(jī)
控流式新型篦冷機(jī)在節(jié)省熟料熱耗,提高窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率和可靠性,以及延長篦板壽命與減少維修量等方面,已獲得顯著成效并在國外廣泛采用。目前,國外新建水泥廠幾乎全部采用控流式篦冷機(jī),許多老廠的篦冷機(jī)也在陸續(xù)改為控流式??亓魇襟骼錂C(jī)與傳統(tǒng)老式篦冷機(jī)相比具有以下特點(diǎn):①冷卻風(fēng)量合理分配,提高利用率;②高阻力縫型篦板能減少因料層厚度或熟料粒度變化對(duì)通風(fēng)總阻力的影響;③冷卻風(fēng)量小,綜合單位電耗低;④窯二次風(fēng)溫和三次風(fēng)溫可分別提高200℃和100℃;⑤使用壽命長,可行性好;⑥篦冷機(jī)的熱效率可從62%提高到78%。
(3)多通道噴煤管的應(yīng)用
目前國外普遍采用三通道煤管,也有專為低NOx設(shè)計(jì)的四通道噴煤管。國際知名的噴煤管主要有皮勒公司的Rotaflam型,福勒斯公司的Swirlax型與Ceurrax型等。使用這類噴煤管或節(jié)能熟料熱耗42~126千焦/千克,減少10%~30%的NOx。
5.水泥粉磨節(jié)電技術(shù)
粉磨是水泥生產(chǎn)中主要耗電工序,占綜合耗電量70%,我國水泥廠大多是采用低效的球磨機(jī),效率只有3%~5%,因而降低粉磨電耗是水泥企業(yè)重要的節(jié)能目標(biāo)。主要節(jié)電措施如下:
?。?)用高效粉磨機(jī)取代低效的于磨機(jī),如立式磨、輥壓磨、擠壓磨、高細(xì)磨等;
?。?)以大磨機(jī)取代小磨機(jī),淘汰直徑小于1.83米的小型球磨機(jī);
?。?)改進(jìn)粉磨工藝流程,增添預(yù)破碎機(jī)、選粉機(jī)。改進(jìn)流程使進(jìn)磨的物料量減少或使進(jìn)磨物料粒度減少,提高球磨機(jī)效率;
?。?)對(duì)設(shè)備和電路采和有效的節(jié)電措施,如采用耐磨鋼球、耐磨襯板及節(jié)能型襯板等。
6.回收二次能源的技術(shù)
水泥工業(yè)二次能源的回收具有良好的前景和發(fā)展?jié)摿?。主要包括兩方面,即利用窯系統(tǒng)的中代溫廢余熱發(fā)電;利用可燃廢料替代部分煤來燃燒熟料,使廢料資源化同時(shí)節(jié)省能耗,減輕環(huán)境負(fù)荷。
(1)廢氣余熱發(fā)電
水泥預(yù)分解窯廢氣分別來自預(yù)熱器和篦冷機(jī)的排風(fēng)余熱,溫度介于200~400℃之間。可以用于發(fā)電的余熱約670~1005千焦/千克熟料?,F(xiàn)代水泥工業(yè)的中紙溫余熱發(fā)電技術(shù)起始于70年代末的瑞士、美國和日本,現(xiàn)在日本已有半數(shù)以上水泥廠采用多種形式的余熱發(fā)電技術(shù)。我國臺(tái)灣省的行政當(dāng)局于1995年通過立法,規(guī)定新建水泥生產(chǎn)都必須采用中低溫余熱發(fā)電。韓國、泰國等新?