目前國內(nèi)外5000t/d以上規(guī)模的水泥廠逐漸成為業(yè)主建設(shè)的首選，水泥廠的建設(shè)規(guī)模越來越大，過去傳統(tǒng)的設(shè)計理念正在發(fā)生變化。筆者曾擔任海螺徐州10000t/d、樅陽10000t/d、池州海螺8000t/d、華新陽新6000t/d、武穴6000t/d、巴基斯坦 KOHAT和GHARIBWAL6000t/d等大型水泥項目的設(shè)總，根據(jù)這些項目的設(shè)計過程和投產(chǎn)后的情況以及新技術(shù)的發(fā)展趨勢，筆者將大型水泥廠的設(shè)計思路和主體方案應(yīng)遵循的理念概括為“可靠、簡單、先進、節(jié)能、環(huán)?！笔畟€字，下面通過幾個主體方案的選擇進行論述。

　　1 廠址的選擇

　　廠址的選擇突出的是“可靠”二字，就是原料供應(yīng)要可靠、市場銷售要可靠，過去將一個完整水泥生產(chǎn)線放在同一個廠址的概念，正在慢慢變?yōu)?a target="_blank" style="color: #4284f4; text-decoration: underline;">熟料、水泥項目分別建設(shè)，即熟料線靠近礦山而粉磨站靠近市場的選址思路?，F(xiàn)在國內(nèi)水泥銷售以汽車運輸為主，汽車運輸?shù)木嚯x畢竟有限，太遠則運輸成本上升且不能適應(yīng)市場的波動。另外，在銷售市場附近建設(shè)粉磨站有樹立品牌形象、給顧客以安全可靠的感覺。水泥廠用量最多的原料是石灰石，其運輸量占全部物流的一半，因此熟料線靠近礦山可以減少運輸成本，降低由于原料供應(yīng)而影響生產(chǎn)的風險。熟料線的選址還應(yīng)該考慮交通的便利性和熟料運輸?shù)某杀?，象樅陽海螺、池州海螺、銅陵海螺、華新陽新、華新武穴等大型熟料基地建設(shè)在長江沿岸，在長江上建有專用碼頭，利用廉價的水路運輸將熟料運往各粉磨站或外銷，這樣就大大降低了熟料的生產(chǎn)成本和銷售運輸成本，增強了市場競爭的能力。

　　2 礦山的選擇和規(guī)劃

　　礦山的選擇和規(guī)劃要著重考慮“可靠、環(huán)?！保谫Y源日益緊張的今天，選擇一個儲量大、質(zhì)量好的礦山不是很容易的事情，在浙江全省有那么多水泥廠，但好的礦山僅集中在兩個區(qū)域。因此對礦山的要求不能太高，過去追求的同時具備大儲量、高鈣、低堿、均勻穩(wěn)定、易開采等要求已經(jīng)不太好滿足，隨著水泥廠不斷大型化，技術(shù)越來越先進，對原料的適應(yīng)性也越來越強，只要有害成分不是太高、品位滿足基本配料要求即可。但礦山必須要作好詳細的地質(zhì)勘探，設(shè)計好長遠的開采計劃和資源利用方案。前幾年普遍對礦山的規(guī)劃工作不夠，認為只要能運下石頭就行，簡單地做個道路、削頂和開采平臺就匆匆投入使用了，結(jié)果一、兩年后礦山無法開采，只好重新再作設(shè)計?，F(xiàn)在有經(jīng)驗的水泥集團對礦山的前期工作十分重視，特別是地質(zhì)部分，提前做好資源利用(搭配)方案和長遠的開采規(guī)劃，做到有控制地開采?，F(xiàn)在大的水泥公司，對剝離下來的廢石，全部搭配利用，既節(jié)約資源、又符合國家提倡的循環(huán)經(jīng)濟模式。

　　3 原料預(yù)均化設(shè)計

　　原料預(yù)均化的設(shè)計突出的是“簡單”二字，在大型水泥廠的設(shè)計中，原燃料特別是石灰石均設(shè)有預(yù)均化堆場，但由于石灰石在礦山的開采過程中已經(jīng)有意識地進行了搭配，且日用量特別大，一條萬噸線的日用量大約1．2萬噸，爆破時間間隔大大縮短，礦山的生產(chǎn)自然包含了均化作用。因此石灰石預(yù)均化堆場用于儲存的作用就高于均化作用了，大型回轉(zhuǎn)窯對原料的適應(yīng)性很強，對均化的敏感性不像小型回轉(zhuǎn)窯那么高。這樣石灰石預(yù)均化堆場的真正作用就是作為石灰石破碎和生料磨之間的緩沖，一般破碎機更換一副錘頭的時間為ld，則石灰石的儲量設(shè)計3d就足夠了，一般礦山到廠區(qū)采用長膠帶輸送機或設(shè)有專用運礦道路，因此不存在運輸?shù)娘L險。在大型水泥廠中，長形預(yù)均化堆場由于可擴建性，應(yīng)該更具有優(yōu)勢，但軌道寬度要控制在40m以內(nèi)，否則取料機大梁的剛度就面臨嚴重挑戰(zhàn)。堆料層數(shù)也沒有必要設(shè)計400層那么多，堆料機的速度可以放慢，堆場必須設(shè)有應(yīng)急通道，在取料機檢修時使用。國外還有一種思路，就是直接將石灰石配料秤設(shè)在取料機下面，取消石灰石配料庫，以減少中間環(huán)節(jié)，提高運轉(zhuǎn)率。

　　由于國內(nèi)能源供應(yīng)日益緊張，質(zhì)量好的原煤價格很高，許多水泥廠采用劣質(zhì)煤，而且貨源不能穩(wěn)定，進貨渠道不固定，所以必須設(shè)置原煤預(yù)均化堆場。原煤不像石灰石那樣靠近礦山，必須有一定儲量以抵抗市場供應(yīng)的風險和保證必要的均化效果，儲存期設(shè)計為7-10d為宜。

　　生料均化庫也不必追求過高的均化效果，它的儲存作用和均化作用同樣重要，選擇均化效果達到5的均化庫即可滿足大型水泥廠的需要。有一種觀點認為可以取消生料庫，出磨生料直接入窯，但筆者認為不可行，因為這樣窯喂料量很難調(diào)節(jié)，燒成系統(tǒng)無法穩(wěn)定。如果生料磨采用兩套系統(tǒng)，生料儲存期可設(shè)計為1～2d；如果生料磨采用一套系統(tǒng)，生料儲存期設(shè)計為2～3d為宜。

　　4 原料粉磨系統(tǒng)的選擇
　　原料粉磨系統(tǒng)的設(shè)計要重點考慮“節(jié)能”二字，筆者負責的幾個大型項目，除華新武穴采用風掃磨外，其余全部采用立磨。立磨系統(tǒng)因為其節(jié)電、流程簡單成為大型水泥廠的首選，國內(nèi)5000t/d項目采用管磨系統(tǒng)的不外乎兩個原因：一是原料難磨，如石英砂巖含量高，二是立磨供貨周期太長，影響建設(shè)工期。但由于大型水泥廠用電量很大，立磨的節(jié)電效果明顯，因此只要有一點可能，也要采用立磨。

　　過去有些項目模仿山東大宇的立磨工藝流程，即采用所謂高濃度電收塵器，出磨氣體不設(shè)置旋風筒，事實證明這樣設(shè)計是不成功的，收塵效果很差。無論采用電收塵器還是袋收塵器，出磨含塵氣體均應(yīng)設(shè)置旋風筒進行預(yù)收塵，以降低收塵器的負荷，提高氣體排放標準。

　　為了保護立磨，在物料進磨前設(shè)有三通，將探測到的含鐵或其它金屬物料排放出去。在小型廠可以直接排放或設(shè)廢料倉，但大型水泥廠每次物料排放量很大，因此在進調(diào)配庫前即設(shè)置除鐵器，進行“預(yù)除鐵”，生料磨前排放的廢料再入循環(huán)倉進行“二次除鐵”，以減少廢料的運輸量。

　　5 燒成系統(tǒng)的設(shè)計
　　燒成系統(tǒng)是水泥廠的核心，設(shè)計的原則應(yīng)是“先進、節(jié)能、環(huán)保”，燒成系統(tǒng)的技術(shù)十分成熟，可以說國內(nèi)的技術(shù)與國外沒有什么差別。國內(nèi)外各著名設(shè)計單位的分解爐爐型不一樣，但工作原理和技術(shù)參數(shù)十分接近，以天津院第三代燒成系統(tǒng)和樅陽10000t/d對比為例(表1)。

　　從表l可以看出，我國的新型干法水泥技術(shù)已經(jīng)達到國際先進水平，完全掌握了核心技術(shù)。不但如此，而且新一代燒成系統(tǒng)對原燃料的適應(yīng)性更強，過去認為原煤的熱值應(yīng)大于22990kJ才能滿足預(yù)分解窯的要求，而現(xiàn)在只要18810kJ即可，甚至更低，這樣就大大降低了原料成本。目前需要重點研究的是如何優(yōu)化窯尾塔架的用鋼量和推廣兩檔窯，以降低一次性投資。最近投產(chǎn)的由天津院設(shè)計的天瑞石龍5000t/d項目，經(jīng)過對塔架的優(yōu)化設(shè)計，較傳統(tǒng)的5000t/d項目節(jié)約鋼材130t。

    目前國家大力提倡利用水泥回轉(zhuǎn)窯進行垃圾焚燒，即對工業(yè)廢棄物進行處理，這種處理既不造成二次污染，又比專門設(shè)計一套垃圾處理系統(tǒng)經(jīng)濟，處理能力很大。因此燒成系統(tǒng)的設(shè)計不但要考慮“先進、節(jié)能”，還要考慮對“環(huán)?！钡呢暙I。

　　6 水泥粉磨系統(tǒng)選擇
　　水泥粉磨系統(tǒng)的設(shè)計重點也是“節(jié)能”，因為水泥粉磨部分在水泥廠中所占電耗比例最大，約為45％?？晒┻x擇的水泥粉磨系統(tǒng)流程很多，有開流磨、普通閉路磨、預(yù)粉磨、聯(lián)合粉磨、終粉磨、立磨等。開流磨即高細磨，雖然能耗低、投資低，但調(diào)整水泥品種比較困難，水泥成品溫度太高，除兩廣地區(qū)外不太受用戶歡迎；普通閉路磨流程簡單，運行可靠，以拉法基公司為代表的國外大公司基本采用該系統(tǒng)，但筆者認為該系統(tǒng)不適于國內(nèi)大型水泥廠，原因是電耗較高，我國是能源消耗大國，不符合“節(jié)能”的理念，因此輥壓機和立磨應(yīng)該是大型水泥廠設(shè)計的首選方案。無論預(yù)粉磨還是聯(lián)合粉磨，每噸水泥至少節(jié)電5kWh，如果采用終粉磨或立磨系統(tǒng)則每噸水泥節(jié)電12～15kWh。隨著新材料技術(shù)和機加工能力的不斷提高，輥壓機給人以不可靠、維修量大的感覺會慢慢改變，輥壓機用于終粉磨也不是不可能。至于立磨，應(yīng)該是水泥粉磨的發(fā)展趨勢。筆者曾經(jīng)負責安徽朱家橋水泥公司的設(shè)計，該項目采用拉法基公司立磨粉磨水泥和礦渣，運行將近十年，效果一直很好。天津院在浙江某公司將立磨成功用于粉磨礦渣，后又陸續(xù)為唐山、福建等公司提供了數(shù)套立磨用于粉磨礦渣，礦渣較熟料難磨，因此立磨用于水泥粉磨也一定是一個趨勢。

　　7 余熱發(fā)電系統(tǒng)
　　不需要補燃的低溫余熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)十分成熟，這為水泥廠的節(jié)能設(shè)計提供了很好的技術(shù)支撐，過去燒成系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過增濕、降溫、收塵處理后直接排放，沒有對這部分余熱加以回收利用。目前該技術(shù)余熱發(fā)電量可達36～40kWh/t熟料，主要流程是在窯頭冷卻機廢氣出口設(shè)置窯頭余熱鍋爐AQC爐，前段為蒸汽段，后段為熱水段，在窯尾預(yù)熱器的廢氣管道上設(shè)置SP余熱鍋爐，SP爐產(chǎn)生的蒸汽與窯頭AQC余熱鍋爐前段產(chǎn)生的蒸汽合并后送入汽輪機作功發(fā)電。隨著能源供應(yīng)的日益緊張，節(jié)能減排成為基本國策，國家對新的水泥生產(chǎn)線審批時，要求同步設(shè)計余熱發(fā)電系統(tǒng)，因此余熱發(fā)電系統(tǒng)是最能體現(xiàn)“節(jié)能”這個理念了。

　　8 電氣自動化系統(tǒng)
　　電氣自動化的設(shè)計主要考慮“可靠、先進”的原則，現(xiàn)在水泥項目的調(diào)試主要是調(diào)電氣設(shè)備和相應(yīng)的參數(shù)，影響運轉(zhuǎn)率的因素有很多是電氣原因，所以電氣自動化的設(shè)計思路首先是“可靠”，特別是大型水泥廠，主機不能開開停停。自動化的設(shè)計指標是一個工廠技術(shù)水平的重要標志，只有自動化水平提高，才能減少操作工人，降低生產(chǎn)成本，才能完善設(shè)備的安全保護措施，并提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，因此自動化設(shè)計追求的目標永遠是“先進”?，F(xiàn)在大型工廠的測點越來越多，需要處理的信息量越來越大，控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，現(xiàn)場總線技術(shù)因此而產(chǎn)生，該系統(tǒng)要求采用智能儀表，中低壓采用智能化MCC(智能馬達控制器)，利用總線通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)與計算機系統(tǒng)連在一起。雖然儀表和傳動部分增加成本，但計算機系統(tǒng)特別是通訊電纜和橋架的投資會大大降低，總的投資反而會減少。筆者負責的華新兩個項目和海螺萬噸線均采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，采用該技術(shù)后，操作員掌握的信息量大大增加，更有利于對運行參數(shù)的判斷和調(diào)整，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，因此值得推廣。

　　大型水泥廠設(shè)計原則和需要考慮的因素很多，但筆者認為關(guān)鍵是“可靠、簡單、先進、節(jié)能、環(huán)?！边@十個字，過去強調(diào)的“低投資”、“經(jīng)濟合理”、“建設(shè)周期最短”、“花園式工廠”、“功能齊全”等理念不是沒有道理，但相比之下在“以人為本”、“可持續(xù)發(fā)展”的總體思路下，已經(jīng)顯得不是很重要了。