CN102276177A - 一种生产水泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新的水泥的生产方法，属于水泥生产技术领域。本发明所要解决的技术问题是降低水泥生产过程中的能耗。本发明水泥的生产方法其特征在于：将水泥生料经预热、预分解后连续地进入高温熔池中成为熔融体，经熔融烧成反应得到高温熔融熟料，高温熔融熟料连续地经冷却、配料、粉磨即得成品水泥；所述高温熔池是由水泥生料分解后进一步升温熔化并完成烧成为熟料的过流态的反应池；烧成反应温度：1350℃～1650℃；所述熔融烧成反应所需能量由顶部加入的燃料与通过顶喷枪喷入助燃气体燃烧提供。本发明方法采用全熔融液相反应，传质传热速率大大提高，反应时间短，转化速率高，提高了生产能力，从而也节省了大量能耗。

Description

一种生产水泥的方法
技术领域
本发明涉及一种新的水泥的生产方法，属于水泥生产技术领域。
背景技术
水泥是粉状水硬性无机胶凝材料，是一种重要的基础建筑材料，广泛地应用于土木建筑、水利、国防等，我国每年水泥的需求量约为13亿吨。
硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)组成。其中硅酸三钙是熟料的主要矿物，其含量通常在54％～60％左右。硅酸三钙、铝酸三钙早期强度高，硅酸二钙、铁铝酸四钙后期强度增长较快，其中以硅酸三钙强度在四种主要矿物中为最高，适当提高熟料中硅酸三钙含量，可获得高质量水泥熟料。
生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰质和黏土质，有时掺加校正原料以补充某些成分的不足，其工艺流程是首先将各种原料破碎，经配料、磨粉、均化制得水泥生料，生料经悬浮预热、预分解，进入水泥回转窑进行煅烧，煅烧温度在1350℃～1450℃，煅烧时间在30～45分钟，熟料经冷却后与石膏等一起粉磨，制得成品水泥。
以预分解窑为代表的新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产方法，具有生产能力大、自动化程度高、工业废弃物利用量大等一系列优点，成为当今世界水泥工业生产的主要技术。该方法存在以下问题：(1)反应时间长，一般为30～45分钟，能量消耗大；(2)原料需要充分均化以获得稳定的入窑生料，否则会影响水泥质量；(3)水泥烧成窑体积庞大，设备投资高。(4)煅烧过程中，液相量一般只能控制在22％～26％左右，液相量较低，造成传质传热效率低，反应速率较慢，若提高液相量，会给煅烧操作带来困难，如结大块、结圈、烧流等，且容易损坏煅烧设备，使水泥生产无法顺利进行。(5)熟料经蓖式冷却机冷却过程中产生大量热空气，废热利用投资大。
水泥作为高耗能行业，节约能耗已成为全行业面临的一个迫切问题。本发明人经常长期努力，提出了一种新的水泥生产技术，旨在克服当前水泥生产中存在的诸多问题，进一步降低水泥生产的能耗，提高水泥产品的质量和档次。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低能耗的水泥生产工艺。
本发明的技术方案：包括原料破碎、配料、磨粉、均化制得水泥生料，水泥生料经预热、预分解、熔融、煅烧、冷却、配料、粉磨得成品水泥，其特征在于水泥生料经预热、预分解后由以下步骤完成：
将水泥生料经预热、预分解后连续地进入高温熔池中成为熔融体，经熔融烧成反应得到高温熔融熟料，高温熔融熟料连续地经冷却、配料、粉磨即得成品水泥；
其中，所述高温熔池是由水泥生料分解后进一步升温熔化并完成烧成为熟料的过流态的反应池；使得连续进入高温熔池中的生料(预分解后)能进行熔池熔炼反应(熔融烧成反应)。
高温熔池温度为1350℃-1650℃，即烧成反应温度：1350℃～1650℃；(优选1450～1550℃)反应可在2～10(优选的是3～5分钟)分钟完成，因此可以实现高温熔融熟料连续出料；
所述熔融烧成反应所需能量由顶部加入的燃料与通过顶喷枪喷入高速助燃气体燃烧提供能量，并通过高速气流搅动，促进水泥熔融烧成反应。其中所述燃料为粒径5-100mm的碳，所述助燃气体的流速100米～700米/秒。
上述的助燃气体可以是空气或富氧空气。
高温熔池是为了使高温熔池内熔融体在熔化后形成过流态，使得连续进入高温熔池的预分解生料能进行熔池熔炼反应(熔融烧成反应)。最低温度是依据硅酸二钙向硅酸三钙转化的最低温度点确定，温度高限是依据高温耐材的承受温度限度来确定的。
熔融熟料采用雾化冷却，冷却效率高、效果好，并可提高余热的利用率。
本发明水泥生产方法是全熔融液相反应，传质传热速率大大提高，反应时间短，转化速率高，提高了生产能力，从而也节省了大量能耗。
另外，采用本发明方法，水泥熟料的质量可调控，可通过控制反应时间，控制C3S、A3S、C2S、C4FA的含量，以生产不同标号的水泥。
而且，熔池熔炼喷入燃料和氧气的同时实现了熔池搅动，既加快了反应，又降低了对水泥生料均化的要求；熔池熔炼喷入燃料和氧气减少了水泥烧成过程中的烟气量和粉尘量，减小了收尘系统的设备投资。
同时，本发明方法采用熔池熔炼，热效率高，尾气量少，废热利用的投资较小。其中，雾化冷却产生的热空气可以用于水泥生料的预热、预分解或熔融，烧成反应，以便回收利用能源。
其中，水泥生料的预分解温度在800～950℃为佳。预分解过程是碳酸钙的分解，温度过低反应不能进行，过高的温度，水泥生料中的低熔点物料熔化会堵塞预热器。
所述的水泥生料可以是现有技术的水泥生料，如现有技术中制备硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、白水泥、彩色水泥等的水泥生料。
比如：将石灰质、黏土质、校正原料(如果需要的话)破碎后按比例进行配料，然后经粉磨、均化得水泥生料。
上述的石灰质可以是石灰石、泥灰岩、白垩，或工业废渣(如电石渣、白泥等)中的至少一种。
上述的黏土质可以是黄土、黏土、页岩、粉砂岩、河泥、粉煤灰、煤矸石等中的至少一种
上述的校正原料可以是硅质校正原料，石英、长石中的至少一种；铝质校正原料如炉渣、铝钒土中的至少一种；铁质校正原料如铁矿石、菱铁矿、炼铁厂的尾矿、硫酸渣、铜矿渣、铅矿渣等中的至少一种。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
(1)本反应是全熔融液相反应，传质传热速率大大提高，反应时间短，转化速率高，提高了生产能力，从而也节省了大量能耗。
(2)熔池熔炼的热效率高，尾气量少，废热利用的投资较小。
(3)水泥熟料的质量可调控，可通过控制反应时间，控制C3S、A3S、C2S、C4FA的含量，以生产不同标号的水泥。
(4)熔池熔炼喷入燃料和氧气的同时实现了熔池搅动，既加快了反应，又降低了对水泥生料均化的要求。
(5)熔池熔炼喷入燃料和氧气减少了水泥烧成过程中的烟气量和粉尘量，减小了收尘系统的设备投资。
(6)熔融熟料采用雾化冷却，冷却效率高、效果好，并提高了余热的利用率。
附图说明
图1为本发明水泥生产工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详述，但不应理解为对本发明的限制。
实施例1
将产地四川彭州的石灰石矿，干燥粘土及铁矿渣经鄂式破碎机破碎为10～30mm的粒状物料输送进原料料仓，经皮带计量称按80％石灰石和15％粘土、5％铁矿渣的比例进行计量配料，配料后的粒状物料经皮带运输机输送进立式制粉磨机粉磨，控制细度在80um筛余物小于＜12％，磨制后的生料进入生料均化库进行均化，制得水泥生料，生料经斗式机提升到熔融烧成炉上方悬浮预热系统料仓中，经计量螺旋计量后，加入悬浮预热系统的旋风预热器第1级，生料通过五级悬浮预热器呈流化态下落，与熔融烧成炉来的高温空气换热，进入第5级后的生料温度达780℃，生料转入窑外预分解器，在高温流化态下分解放出CO2，调节置于窑外分解炉内的喷煤枪喷煤量，分解炉内温度为870℃，分解后的生物料连续地落入熔融烧成炉内1450～1500℃的高温熔池中，由熔融烧成炉顶部加入的粒径15mm的碳与通过顶喷枪喷入流速为150m/s的空气接触燃烧提供水泥烧成所需能量。
控制熔池液相温度在于1450～1500℃使氧化钙发生硅化反应，在对应的生料加入速度下5分钟完成矿化反应，高温熔融熟料连续地进入熟料雾化冷却机进行换热冷却，与冷空气进行热交换控制矿物组份，产生的热气供熔融、分解、预热使用，冷却后的熟料与石膏进行配料、粉磨制得成品水泥。
表1水泥熟料矿物组成
  C3S   C2S   C3A   C4AF
  65.5   11.8   10.3   12.3
实施例2
将产地四川绵阳的方解石矿，什邡的干燥黄土矿及铁矿渣经鄂式破碎机破碎为10～30mm的粒状物料输送进原料料仓，经皮带计量称按80％方解石和15％黄土、5％铁矿渣的比例进行计量配料，配料后的粒状物料经皮带运输机输送进立式制粉磨机粉磨，控制细度在80um筛余物小于＜12％，磨制后的生料进入生料均化库进行均化，制得水泥生料，生料经斗式机提升到熔融烧成炉上方悬浮预热系统料仓中，经计量螺旋计量后，加入悬浮预热系统的旋风预热器第1级，生料通过五级悬浮预热器呈流化态下落，与熔融烧成炉来的高温空气换热，进入第5级后的生料温度达820℃，生料转入窑外预分解器，在高温流化态下分解放出CO2，调节置于窑外分解炉内喷枪的CO气体的喷入量，分解炉内温度为885℃，分解后的生物料连续地落入熔融烧成炉内1390～1440℃的高温熔池中，由熔融烧成炉顶部加入粒径为25mm的碳，与通过顶喷枪喷入流速为340m/s的空气接触燃烧提供水泥烧成所需能量。
控制熔池液相温度在1380～1430℃使氧化钙发生硅化反应，在对应的生料加入速度下8分钟完成矿化反应，高温熔融熟料连续地进入熟料雾化冷却机进行换热冷却，与冷空气进行热交换，控制矿物组份，将产生的热气供熔融、分解、预热器使用，冷却后的熟料与石膏进行配料、粉磨制得成品水泥成品。
表2水泥熟料矿物组成
  C3S   C2S   C3A   C4AF
  57.2   16.88   9.55   10.12
实施例3
将产地四川江油的白云石矿(白垩)，干燥页岩矿及硫酸渣经鄂式破碎机破碎为10～30mm的粒状物料输送进原料料仓，经皮带计量称按80％白云石和15％页岩、5％硫酸渣的比例进行计量配料，配料后的粒状物料经皮带运输机输送进立式制粉磨机粉磨，控制细度在80um筛余物小于＜12％，磨制后的生料进入生料均化库进行均化，制得水泥生料，生料经斗式机提升到熔融烧成炉上方悬浮预热系统料仓中，经计量螺旋计量后，加入悬浮预热系统的旋风预热器第1级，生料通过五级悬浮预热器呈流化态下落，与熔融烧成炉来的高温空气换热，进入第5级后的生料温度达765℃，生料转入窑外预分解器，在高温流化态下分解放出CO2，调节置于窑外分解炉内的喷枪的天然气体喷入量，分解炉内温度为880℃，分解后的生物料连续地落入熔融烧成炉内1600～1643℃的高温熔池中，由熔融烧成炉顶部加入粒径为50mm的碳，与通过顶喷枪喷入流速为650m/s的空气接触燃烧提供水泥烧成所需能量。
控制熔池液相温度在于1605～1640℃使氧化钙发生硅化反应，在对应的生料加入速度下5分钟完成矿化反应，高温熔融熟料连续地进入熟料雾化冷却机进行换热冷却，与冷空气进行热交换，控制矿物组份，产生的热气供熔融、分解、预热使用，冷却后的熟料与石膏进行配料、粉磨制得成品水泥成品。
表3水泥熟料矿物组成
  C3S   C2S   C3A   C4AF
  58.0   16.61   9.66   9.74

Claims (10)

1.生产水泥的方法，其特征在于将水泥生料经预热、预分解后连续地进入高温熔池中成为熔融体，经熔融烧成反应得到高温熔融熟料，高温熔融熟料连续地经冷却、配料、粉磨即得成品水泥；
其中，所述高温熔池是由水泥生料分解后进一步升温熔化并完成烧成为熟料的过流态的反应池；高温熔池温度为1350℃-1650℃，烧成反应温度：1350℃～1650℃；
所述熔融烧成反应所需能量由顶部加入的燃料与通过顶喷枪喷入助燃气体燃烧提供；所述燃料为粒径5-100mm的碳，所述助燃气体的流速100米～700米/秒。
2.根据权利要求1所述的生产水泥的方法，其特征在于：水泥生料的预分解温度在800～950℃。
3.根据权利要求1所述的生产水泥的方法，其特征在于：步骤b所述的燃料是粒径10-50mm的碳；所述的助燃气体是空气或富氧空气。
4.根据权利要求1-3任一项所述的生产水泥的方法，其特征在于：步骤c所述的熔融熟料冷却是采用雾化冷却方式进行冷却。
5.根据权利要求4所述的生产水泥的方法，其特征在于：雾化冷却产生的热空气用于水泥生料的预热、预分解或熔融烧成反应。
6.根据权利要求1所述的生产水泥的方法，其特征在于：所述的水泥生料为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、白水泥或彩色水泥的水泥生料。
7.根据权利要求6所述的生产水泥的方法，其特征在于：所述水泥生料是将石灰质、黏土质、校正原料破碎后按比例进行配料，然后经粉磨、均化得到。
8.根据权利要求7所述的生产水泥的方法，其特征在于：所述的石灰质是石灰石、泥灰岩、白垩，或工业废渣(如电石渣、白泥等)中的至少一种；
所述的黏土质是黄土、黏土、页岩、粉砂岩、河泥、粉煤灰、煤矸石等中的至少一种
所述的校正原料是硅质校正原料、铝质校正原料或铁质校正原料中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的生产水泥的方法，其特征在于：所述硅质校正原料是石英、长石中的至少一种；所述铝质校正原料是炉渣、铝钒土中的至少一种；所述铁质校正原料是铁矿石、菱铁矿、炼铁厂的尾矿、硫酸渣、铜矿渣、铅矿渣中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的生产水泥的方法，其特征在于：b步骤中熔融烧成反应温度为1450～1550℃。
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