工业废弃物在新型干法水泥生产中的应用研究毕业论文.docx
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工业废弃物在新型干法水泥生产中的应用研究毕业论文
毕业设计
论文题目：
工业废弃物在新型干法水泥生产中的应用研究
系别：
环境与化学工程系
班级：
无机非金属材料
（1）班
姓 名：
指导教师：
2015年6月8日
工业废弃物在新型干法水泥生产中的应用研究
摘要
工业废弃物可应用于新型干法水泥生产。
本文就生料细度、煤粉细度与熟料率值及熟料强度的关系进行了着重讨论。
通过数据分析发现：
生料的筛余百分数越大，熟料中的游离氧化钙含量越高；KH值增高，熟料中的游离氧化钙含量也增多；熟料中适量的游离氧化钙有利于其强度的提高，A、B线窑熟料在f-CaO含量分别为0.82%和1.14%时，其3天和28天强度都达到最大值；熟料中三氧化硫含量在0.5左右时，熟料强度到达最低值；熟料中游离氧化钙含量随三氧化硫含量先增后减。
关键词：
熟料细度游离氧化钙三氧化硫率值强度
ResearchonApplicationofIndustrialWasteinPrecalciningCementProduction
Abstract
Industrialwastecanbeappliedtotheproductionofprecalciningcement.Inthispaper,therelationshipamongfinenessofrawmaterialsandpulverizedcoal,modulusoftheclinkerandstrengthofclinkerarefocusedon.Itisfoundthroughdataanalysisthat:
thegreaterthepercentageofsieverawmaterial,thehighercontentoff-CaOinclinker;thecontentoff-CaOinclinkerincreaseswhenKHisimproved;therightamountoff-CaOinclinkercoulddogoodtotheimprovementofitsstrength.Whenthepercentageoff-CaOinclinkerofAandBlinekilnare0.82%and1.14%,the3dand28dstrengthofthemreachmaximum;thehigherfinenessofpulverizedcoal,thehighercontentofSO3intheclinker;theclinkerstrengthreachtheminimumvaluewhenthecontentofSO3inclinkerisabout0.5%;thecontentofclinkerf-CaOincreasesandthendecreaseswiththeincreaseofSO3.
Keywords:
clinker;fineness;f-CaO;SO3;modulus;strength
目录
1引言1
1.1新型干法水泥的生产特点1
1.1.1工艺特点1
1.1.2经济效益特点1
1.2新型干法水泥的生产现状及前景2
1.2.1新型干法水泥的生产现状2
1.2.2新型干法水泥的发展前景3
1.3工业废弃物在新型干法水泥中的应用4
1.4研究目的及意义5
2研究内容6
2.1配料方案的确定6
2.1.1生产方法的比较6
2.1.2熟料热耗的确定6
2.1.3熟料率值的确定7
2.1.4熟料标号的确定8
2.2配料计算9
2.2.1原料及燃料化学成分9
2.2.2煤灰掺入量10
2.2.3计算干燥原料的配合比10
2.2.4熟料的化学成分11
2.2.5熟料率值的计算11
2.2.6熟料矿物组成11
2.2.7计算湿物料的配合比11
3数据分析与讨论13
3.1生料细度、熟料率值矿物成分及强度间关系的分析13
3.1.1生料细度与熟料中游离氧化钙的关系13
3.1.2游离氧化钙与强度的关系16
3.1.3硅率与游离氧化钙的关系18
3.1.4石灰饱和系数与游离氧化钙的关系19
3.1.5铝率与游离氧化钙之间的关系20
3.2煤粉细度、熟料三氧化硫含量及强度间关系22
3.2.1煤粉细度与熟料中三氧化硫含量的关系22
3.2.2熟料中三氧化硫含量与强度关系24
3.2.3熟料中三氧化硫含量与其游离氧化钙的关系26
4结论28
致谢29
参考文献30
附录31
外文资料32
1引言
1.1新型干法水泥的生产特点
1.1.1工艺特点
新型干法水泥是指采用窑外分解新技术生产的水泥。
新型干法水泥生产采用新型原、燃料预均化技术、节能和粉磨技术及装备，以窑外分解技术和悬浮预热器技术为核心，采用了计算机集散控制，实现了水泥生产过程的自动化、优质、低耗、高效和环保。
干法回转窑为18世纪末、19世纪初的窑型，比立窑生产要前进一大步。
由于它所用干粉为生料，比湿法生产用于蒸发水分的大部分热量减少了，因含水量低于1%，而且也比湿法生产要短很多，但是干法中空窑没有余热利用的装置，所以窑尾温度一般都在700℃～950℃，热能的浪费比较严重，有些厂里可看到烟囱冒出的现象，每千克熟料热耗达1713～1828Kcal，且灰尘大，污染较严重。
生料质量低，均化差，加之产量也不高（与湿法生产相比），曾经一度要被湿法生产取代。
在20世纪30年代初，出现了立波尔窑，窑的尾部加装了炉篦子加热机，对含水量为12%～14%的生料球进行加热，较好利用余热，窑尾的温度从700℃以上降到100～150℃，热耗得到大幅度的下降，提高了熟料的产量和质量。
在20世纪50年代带旋风预热器窑又出现了，更好地利用了窑尾的余热，尤其是在20世纪70年代初带窑外分解炉的新型窑生产线的出现，干法生产进入了一个新的阶段。
这种产量高、能耗低、技术新、质量好的窑已经成为世界上各国水泥生产的发展的方向。
在新型干法水泥生产中，最有意义的发展为在窑尾预热器系统中，生料高度分散，在悬浮状态下进行固热交换。
其传热迅速、单位容积较湿法窑产量大、热效率高。
新型干法水泥生产技术是在水泥干法生产的过程中综合应用多功能挤压粉磨新技术、IT技术、耐热和耐火材料、新型机械粉体输送装置及新型耐磨等现代科学新技术和新成果的一种现代化水泥生产的技术。
新型干法生产技术的问世与发展，使水泥生产线产量得以大幅度提高，为降低能耗提供了技术支撑。
1.1.2经济效益特点
进入新世纪以来，国内水泥工业发展发生了突破性变化。
从技术装备落后型向技术装备先进型转变；从单纯的数量增长型向质量效益增长型转变；从管理的粗放型向管理的集约型转变；从劳动密集型向投资密集型转变；从满足国内市场的需求型向面向国内外两个市场的需求型转变；从资源浪费型向资源节约型转变。
实现以上根本性转变的原因，是进入新世纪以来新型干法水泥生产技术得到快速地应用和发展[1]。
工业固体废弃物应用在建筑材料中，节约了资源，改善了传统的建材工业高消耗状况。
同时大量使用建材以消耗大量工业固体废弃物，变废物为宝物，具有显著的社会和经济效益。
在今后的一段时期内，大幅度提高建筑材料领域对于固体废弃物利用的深度和广度，必将形成水泥产业的一个重要部分和分支。
但是在于目前工业固体废弃物综合利用在技术上、范围上和形式上还有待进一步向前扩展，相关法律法规和政策亟待完善。
总之，大部分工业固体废弃物都具备成为生产建筑材料的潜能，只要通过科学的方法和途径，就可以节约成本，可以成为建筑材料的原材料，变废为宝，可以创造更高的经济效益，从而实现有限资源的循环利用。
从政策层面上看，在产业结构调整政策中明确了新型干法水泥生产中消纳工业废弃物、城市垃圾和污泥的无害化与资源化关键技术及装备开发为政策鼓励类，从实际操作层面上看，配套的政策与措施还是远远不够的。
水泥行业相关单位要作研究开发的投入，对企业工艺及流程要作出调整，要进行改造需作投入，要制订相关的生产、质量标准需测定、验证等投入。
企业关心的废弃物和生活垃圾的稳定供应要有配套的政策措施或地方法规予以保证。
对水泥企业在税收方面优惠政策或给予一定的财政补贴也要配套，使水泥企业也“有利可图”。
对废弃物和生活垃圾分类与处置要求，防止二次污染也要有相应的法规予以保证。
不少业内人士曾提出水泥窑不是“垃圾桶”的本意也是要求水泥工业对废弃物和生活垃圾处置要有章可循，避免好事办“砸”，不要落得水泥工业“里外都不是人”的尴尬境地。
进入新世纪以来，优惠的政策导向和良好的经济效益，水泥工业发展的循环经济的路子越走越宽，吸引了更多的企业进入发展循环经济的行列。
相信即将开始的“十二五”规划，必将把建设资源节约型和环境友好型社会，发展循环经济，走新型工业化的道路作为一项重要的战略要求提出。
实现从过度依赖自然资源、资金和量的扩张增长、环境投人，向以提高效率和产品质量更多地依靠发展技术进步、循环经济和获取水泥工业经济的增长转变。
水泥工业是生产建设、国民经济发展和人民生活中不可或缺的基础性原材料的工业。
随着经济的快速发展，我国的水泥产业已达到了相当大的规模，2011年我国水泥的产量达18.5亿吨，为世界水泥总产量的50%以上，连续20多年居于世界的第一位。
水泥工业的总产值达5000多亿元，占国内建材行业的总产值三分之一以上。
1.2新型干法水泥的生产现状及前景
1.2.1新型干法水泥的生产现状
新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的新技术，到目前为止在日本、德国等发达国家，以预分解和悬浮预热为核心的新型干法水泥熟料的生产装备率达95%。
目前，我国水泥工业正处于产品结构调整和技术结构的关键时期。
根据国家的产业结构调整的政策，在近几年要加大力度淘汰消耗高、技术落后、产品质量差、资源浪费和污染严重的小水泥生产线，在总量调控的原则下大力发展新型干法水泥生产。
实施与国际标准接轨的水泥强度检验方法以及等同于150的水泥产品的标准等政策，也将为发展新型干法水泥的生产创造有利的条件。
近年来，我国水泥工业生产和企业科研设计单位不断加大科研创新的力度，推行优化设计，在认真地总结工程设计经验教训的基础上，使得新型干法水泥生产在技术进步方面取得令人注目的成就。
到目前为止，经过技术创新，5000t/d水泥生产线装备的国产化率已达95%以上，我国已基本实现2000～5000t/d熟料新型干法水泥生产线的成套装备的自给，且装备的性能也基本达到了国际先进水平。
该技术优点：
热效率高，传热迅速，热耗低，单位容积较湿法水泥产量大。
实现“国产化，低投资”是我国全面进入新型干法水泥时代关键之所在，山水集团、海螺集团是实践这一过程的先行者。
随着中国新型干法水泥的飞速发展，源于对新型干法水泥工艺技术装备的设计、研究、开发和制造取得了重大的进展。
在以往研制和开发2000t/d成套装备技术的基础上，我国采取引进吸收与自行研制相结合的方式，进一步开发10000t/d、8000t/d、5000t/d级的新型干法水泥生产的成套技术装备，大型设备国产化率得以很大提高，企业竞争力得以大大增强了，同时使新型干法水泥生产装备和工艺在“技术装备大型化、工艺过程节能化、控制管理信息化、生产环境清洁化”等方面取得了显著的成就。
技术的成熟、先进、可靠，使得制造成本明显下降，生产线的各项主要技术经济指标达到了国际同类生产线的先进水平，企业竞争力明显增强。
据中国水泥协会统计，截至2010年底，我国已有1113条新型干法水泥生产线正在运行，年设计熟料产能达95859万吨。
其中包括日产5000吨及以上生产线270条；日产4000～4200吨生产线46条；日产3000～3500吨生产线53条；日产2500吨生产线324条；日产2000吨生产线76条；日产700吨～900吨生产线41条。
日产5000吨及以上生产线的水泥熟料产能占整个新型干法水泥的熟料产能的比重为45.27%，新型干法水泥占比重已经达到了76.88%。
1.2.2新型干法水泥的发展前景
在消化吸收的基础上，多年来，科研设计单位对从原料开采到水泥成品出厂的整个生产过程的工艺技术进行了优化和对成套装备进行了不断的改进，从而使生产线的先进性可靠性得到了根本性改善。
其中最具有代表性的是预分解窑锻烧工艺、原料均化技术、自动控制技术和环保技术、粉碎粉磨工艺。
经过数代人近半个世纪的努力，国内新型干法水泥生产装备和技术的先进水平已接近国际先进水平，但是我们的整体水平还与其有一段距离。
根据国家统计局公布的2010年统计资料，发达国家新型干法窑水泥占总量的达90%以上，而我国新型干法水泥窑水泥仅占总产量的14%，而且这些新型干法水泥生产线的生产技术水平良莠不齐，平均规模仅有46万吨/年，因此，在努力提高新型干法水泥所占比例的同时，必须继续加强技术开发，力争到2015年，完成10000t/d生产线的开发与建设，5000t/d级及以下规模生产线的技术经济指标达到当时国际先进水平，并力求在环境保护和生态化方面达到国际上二十世纪末的水平。
水泥工业集约化方向的发展，使工艺设备大型化；生料制备的全过程普遍采用现代化预均化技术；优质、环保、清洁生产、高效、有害物排放量低和节约能源；采用预分解及悬浮预热技术；广泛采用新型耐火材料等；新型干法水泥生产使水泥生产更加的均质稳定，也更加的“高产优质低消耗”[1]。
1.3工业废弃物在新型干法水泥中的应用
工业废弃物的另外一个定义是放错了地点和时间的资源，而在我国绝大部分固体废弃物为工业固体废弃物。
国内、国外的实践证明，工业废弃物在建筑材料领域中尤其是水泥的建材化、资源化应用具有十分巨大的潜力和经济效益。
工业固体废弃物应用于建筑材料的必要性工业固体废弃物大量堆存，严重污染环境；工业废弃物应用于新型干法水泥生产最大特点是节能，工业固废弃物应用于建筑材料的有利条件工业固体材料广泛应用于建筑材料领域。
消费大量的工业固体废料,并逐步过度到消耗大量生活垃圾,使水泥窑从“能源老虎”变成处理垃圾的城市环境的“清洁工”[2]。
其水泥产品不仅使环境的污染变成环境的保护,而且还具有优质高强的特性。
工业废弃物用于新型干法水泥生产可以归纳出以下五方面基本特征:
（1）使用和生产过程中有利于保护、改造自然环境和治理污染。
（2）其生产所用原料中天然资源尽可能少用,大量使用废渣、尾矿、废液、垃圾等废弃物。
（3）产品设计以提高生活质量、改善生活环境为宗旨,即产品不仅不损害人体健康,而且还有益于人体健康,使产品具有多功能化,如防火、阻燃、调湿、调温、防射线、消声等。
（4）可使废弃物可回收利用并再生资源化。
（5）满足各种建设的需要,具有良好的使用性能，生态水泥从设计材料、制备材料、应用材料，直至废弃物的处理，全过程都应以促进社会和经济的可持续发展为目标，都应与生态环境相协调。
自上世纪50～60年代，我国就已经开始利用工业废渣，70～80年代工业废渣利用的种类和数量在不断增多，除矿渣外，煤矸石、粉煤灰、电石渣、磷渣、钢渣、赤泥、铜渣、排烟脱硫石膏、糖渣等相继进入水泥的生产领域，不但可以用做水泥用混合材，还可以用做熟料生产的配料。
节能减排稍见成效，吨水泥能耗95.08千克标准煤，比2008年降低8.11%；2009年水泥产品综合能耗大大降低，吨熟料能耗124.15千克标准煤，比2008年降低4.85%。
截至2009年全国水泥工业共投资1700.72亿元，增速达61.75%。
其中，西部地区投资726.59亿元，所占比重42.72%，增速87.66%，中部地区投资558.89亿元，所占比重32.86%，增速41.39%，东部地区投资415.25亿元，所占比重24.42%，增速54.37%；2009年全国已有498条2000t/d以上新型干法生产线安装了余热发电，总装机容量3316MW，年发电能力222亿度，减排2000万吨CO2，节能800多万吨标煤。
近几年来我国的经济发展速度一直位于世界前列，我们曾用巨大的能源消耗和环境代价完成了GDP的成倍增长，尽管废渣等资源化利用方面，是我国水泥工业的又一个显著的特点，但是其中一个突出问题是在发展过程中仍然在产生大量的工业废弃物，且工业废弃物量还在日益增多，造成严重的环境污染，给社会、经济和环境带来了巨大的负担。
据统计2011年，全国工业固体废物的产生量17.6亿吨，比上年增加了15.92%。
因此，处理好、综合利用好固体废弃物已经刻不容缓，这也是实现可持续发展的必然的要求。
1.4研究目的及意义
新型干法水泥生产工艺是国际上目前公认最先进的水泥生产方法，代表国际水泥工业发展最新水平，同时也代表了我国水泥发展的方向。
本研究对工业废弃物在水泥生产中应用实践进行分析，着重对粉煤灰、转炉渣等工业废弃物以及石灰石、砂岩等为原料在生产时的粉磨细度与熟料中游离氧化钙的含量，煤粉为燃料在生产时的粉磨细度与熟料中三氧化硫的含量的关系，以及率值与熟料中游离氧化钙，游离氧化钙与熟料三天、二十八天强度，熟料中三氧化硫与游离氧化钙等等之间的关系进行了分析研究。
2研究内容
2.1配料方案的确定
2.1.1生产方法的比较
目前水泥窑主要有两种，一种是窑筒体卧放（稍带斜度），且能作回转运动的窑称为回转窑（也称之旋窑）；另一种窑筒体是竖立放置而不转动的称之为立窑。
水泥回转窑类型及特点：
水泥工业在发展过程中回转窑出现不同的不同类型和生产方法，按照生料制备的方法可分为湿法生产和干法生产；按照与生产方法相适应的回转窑可分为湿法回转窑和干法回转窑两种。
根据窑尾热交换装置不同，也可分为几种不同类型的窑。
回转窑的分类大致如下：
1、干法回转窑类型：
干法生产中将生料制成生料干粉，水分一般不大于1%，中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。
干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差，因此原料混合不好，成分不均匀。
2、湿法回转窑类型：
湿法窑用于湿法生产的水泥窑，湿法生产要将生料制成料浆，含水量为32%～40%。
湿法回转窑与干法回转窑相比优缺点正好相反，由于制备成的泥浆具有流动性，所以各种原料之间混合均匀，生料成分稳定，因而使烧成的熟料质量高，这是湿法生产中突出的优点，但是它比干法增多了蒸发水分所需的热量[3]。
3、水泥立窑的特点和类型
我国目前使用的立窑有两种：
机械立窑和普通立窑。
机械立窑是机械卸料和加料；普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；由于机械立窑是连续操作的，它的质量和产量及劳动生产率都要比普通立窑高。
2.1.2熟料热耗的确定
在水泥厂中对熟料热耗影响的因素有很多，我国的系统热耗比较高的主要原因有：
设备故障比较频繁，结皮堵塞现象严重，因此导致窑运转率的不高。
而国外水泥厂家通过采用多通道喷煤管和新型篦式冷却机，以及高效低阻的多级预热器系统等先进工艺，从而降低了水泥生产的熟料的热耗。
根据《新型干法水泥厂工艺设计手册》，见表2-1
表2-1国内部分预分解窑的规格和特性
厂名
设计能力
（t/d）
设计热耗
（kJ/kg熟料）
回转窑规格（m）
分解炉型式
分解炉规格（m）
辽宁富山
5000
3120
TSD
辽宁昌庆
5000
3160
TDF
表2-2窑型与熟料烧成热耗
窑型
熟料烧成热耗
窑型
熟料烧成热耗
kJ/kg熟料
Kg熟料
kJ/kg熟料
Kg熟料
湿法长窑
5000～5900
1200～1400
旋风预热器窑
3300～3600
180～850
干法长窑
4600～5000
1100～1200
预分解窑
3100～3300
740～780
以上两个表可以看出，熟料煅烧全过程与所消耗的烧成过程试剂热量有关，除涉及到回转窑（包括分解窑）和燃料、原料性质外，还与熟料余热回收装置（各类冷却机）和废气回收装置（各类余热烘干、余热锅炉和预热器等）等有关。
结合《水泥厂设计规范》的相关要求后，综合考虑确定热耗为3350kJ/kg熟料。
2.1.3熟料率值的确定
熟料矿物成分的优化设计在水泥生产的工艺过程中，不仅直接决定了水泥熟料的矿物组成，进而决定了熟料和水泥产品的品质。
同时对于水泥生产全过程，特别是作为熟料煅烧装备水泥窑的能源消耗、生产效率、安全稳定运转、耐火材料寿命、环境保护条件以及经济效益和生产成本等各种经济技术指标，都有着重大影响。
熟料矿物的成分设计，即熟料配料方案或熟料化学成分设计，都必须考虑到许多复杂的因素，例如：
燃料条件、原料、配料设备、粉磨条件及物料均化条件、控制条件、熟料煅烧以及冷却条件和对水泥产品的品质的要求等等。
最优的配料方案设计，可以获得品质优良的熟料，取得安全稳定生产、高效、优质、低耗的满意效果。
否则必然事倍功半，难以获得良好的经济效益，引起生产紊乱。
因此，无论是国内还是国外的水泥生产企业对配料方案的优化设计都是非常重视的。
国内、国外预分解窑矿物组成以及熟料率值的范围列于表2-3。
长期以来，我国水泥企业在生产实践的过程中，对配料方案的设计积累了相当丰富的经验。
率值与窑型的范围及矿物的组成范围列于表2-4中。
针对中国过去大中型水泥企业大多为老式干法、湿法和半干法生产的特点，采用“高饱和比、高铁、低硅酸率”（一般为0.88±0.92,n为2.0±0.1，P为1.2±0.1）的配料方案，并在生产
过程中取得了比较好的效果，熟料的标号一般可达580～650号。
上世纪70年代，预分解窑之崛起及与之相配套的各种新技术、新工艺和新装备的相继问世，使水泥熟料技术控制条件及煅烧条件发生了重大的变化。
为了适应这种新的情况，国外水泥企业对预分解窑的配料方案也进行了不断的摸索研究，并优选出“高硅酸率、高铝氧率、中饱和比”（一般KH为0.87±0.02，n为2.5±0.1,P为1.6±0.1）的配料方案。
70年代中期以来，中国的预分解窑已经有了较大的发展，国家确定预分解窑生产过程中的一个重要科研内容。
表2-3国内外预分解窑熟料率值、矿物组成范围
生产统计
率值范围
矿物组成
国内
国外
率值
国内
设计规范
新型干法水泥技术
C3S/%
54～61
65
KH
0.87～0.91
0.86～0.90
0.88～0.91
C2S/%
17～23
13
SM
2.50～2.70
2.40～2.80
2.40～2.70
C3A/%
7～9
8
IM
1.40～1.80
1.40～1.90
1.40～1.80
C4AF/%
9～11
10
我国硅酸盐工业一般采用“两高一中”的配料方案
注：
习惯提法，中饱和比（KH=0.90±0.02）、高饱和比（KH=0.94±0.02），中硅酸率值（SM=2.0～2.3）、高硅酸率（SM=2.4～2.8）、低硅酸率值（SM=1.6～1.9），低铝氧率（IM=1.0～1.3）、高铝氧率（IM=1.4～1.6）。
表2-4窑型与率值的范围、矿物组成范围
窑型
KH
SM
IM
C3S/%
C2S/%
C3A/%
C4AF/%
湿法窑
0.88～0.92
1.9～2.5
1.0～1.8
51～59
16～24
5～11
11～17
干法窑
0.86～0
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