低品位原燃料泛指低品位、低價值的原燃料，如低鈣石灰石、低熱值煤、煤矸石、煤渣以及某些巖礦和工業廢渣。經過多年調查、研究和實踐，從水泥工業的發展動向出發，探索如何依靠科技進步、綜合利用資源，提高水泥原料的利用水平以適應社會需要；提出以低品位原燃料代土、作混合材為核心的水泥原料戰略轉移，把水泥工業的發展和改善環境結合起來、實現可持續發展。

常用的低品位原料有：低鈣石灰石，巖礦等天然巖石；工業廢渣如采礦和選礦尾礦：煤矸石、鉛鋅尾礦、銅尾礦 ；粉煤灰、沸騰爐渣、鍋爐爐渣等。

應用低品位石灰石。低品位石灰石泛指CaO低于45%以至只有30%～20%的高硅石灰石、泥灰巖、泥質灰巖等。

◆煤矸石

煤矸石代土燒水泥的研究始于1976年初石煤燒水泥初試完成之后。當時的目的很簡單：節煤代土用廢渣。20多年來燒制成功普通水泥、快硬水泥、道路水泥、大壩水泥等品種。應用的矸石有低鋁、中鋁、高鋁成分，有燒沸騰爐（流化床鍋爐）的中煤（沸騰煤）飛灰、溢流渣、爐底渣等不同種類的生矸和灰渣。利用鋁高的特點，還能生產早強摻合料、早強砌塊粘結劑。  煤矸石組成十分復雜，作為水泥原料目前多用洗選廠的洗矸。一是成分相對穩定，二是粒狀易于均化。利用煤矸石之所以沒有大面積推廣，主要原因是成分波動。

◆尾礦（圍巖的一種，屬變質巖）

尾礦是有色金屬選礦廠排出的廢渣，其本質就是巖礦，年排量約5億噸。由于細而濕，需要筑壩攔蓄，費錢占地、污染環境。十多年來從鉛鋅銅礦尾礦開始試驗，目前已推廣應用至鉬、錫、鐵礦等尾礦。大多數都取得優質高產而且是大幅度(>20%)降低能耗的令人難以置信的技術經濟效益。研究其機理，是其中的許多巖礦組分改變了水泥熟料的煅燒和成礦過程，成為提高等級或多摻混合材降低成本的有效措施，獲得比過去推廣應用低熱值煤（石煤、煤矸石）燒水泥更好的效果。尾礦的應用成為重新認識熟料燒成機理、煅燒潛力和控制燒成過程的機會。各地尾礦成分不同，提高強度、降低煤耗的幅度也不一樣。需要因地制宜選擇應用。

以節能環保、實用高效為導向，以便實現清潔生產和高效率節約化生產為目標，走可持續發展的道路，是21世紀水泥工業發展的趨勢。在水泥生產材料使用的研究方向主要是減少水泥生產材料在生產中化合后產生的有害氣體(CO₂、SO₂等)的排放，要求在原料的采用上，增加對低品位原燃料、工業廢棄資源的使用范圍和程度。

據有關資料統計，我國水泥廠每生產1噸水泥需要粉磨30種以上各種物料，而粉磨電耗約占水泥生產總電耗的65%～70%，粉磨成本占生產總成本的35%左右，粉磨系統維修量占全廠設備維修量的60％。因此，粉磨對水泥生產企業的效益影響極大。粉磨工序能耗主要體現在生料制備、煤粉制備和水泥粉磨的環節，其電量消耗占水泥生產綜合電耗的72%（生料粉磨電耗約占水泥綜合電耗的24%，水泥粉磨電耗約占水泥綜合電耗的38%）。因此，選擇節能粉磨設備和工藝流程顯得很重要。

2.1 生料輥壓機粉磨工藝技術及設備

輥壓機水泥生料終粉磨系統廣泛應用于水泥生料生產。其采用先進的輥壓粉磨技術，改變了傳統的粉磨系統和粉磨原理，電耗大幅度降低，并配備了航空液壓系統、自動控制系統和V型選粉機，確保了輥壓機運行更加可靠，運轉成本更低。系統綜合利用輥壓機輥面耐磨技術、輥壓機恒縫控制及自動糾偏的液壓及自控技術、V型選粉機靜態分選技術、XR動態選粉機分選技術等多項自主創新技術，解決了輥壓機運行過程中產生振動等技術難題，整個工藝系統投資少、占地面積小，結構簡潔，操作簡單，維護便利。

輥壓機水泥生料終粉磨系統性能指標：應用輥壓機生料終粉磨系統生產出的生料成品：生料成品：R0.08mm≤14%，R0.2mm≤2.5%；成品顆粒形狀：呈針狀、片狀，更易燒結；車間電耗：約11kWh/t。

與國內外同類技術比較 國內常用的生料粉磨設備為管磨機和立磨機，但是管磨機系統車間電耗約為22kWh/t，立磨系統車間電耗也約為18kWh/t。隨著節能降耗觀念的深入，輥壓機運用于水泥廠生料粉磨系統的趨勢已經初現端倪。

輥壓機水泥生料終粉磨系統采用“輥壓機+V型選粉機+熱風管道+動態精細選粉機”的工藝路線，從根本上降低生料粉磨電耗，也降低了投資成本。實現節能降耗、減少投資，維修保養方便。采用輥壓機恒縫控制方法及自動糾偏系統，結合輥壓機輥面耐磨技術，提高了輥壓機壽命，減少停機時間，提高運轉率，維護簡便減少了維修保養成本。采用“V型選粉機+XR選粉機+旋風收塵器+循環風機”選粉系統，既解決了生料的烘干問題、提高了選粉效率，又能保證生料的細度要求。

輥壓機生料終粉磨系統主要特點是：系統充分利用了輥壓機的料床粉碎壓力高和擠壓后物料全部機械外循環的方式輸送，減少了分級系統風機的裝機功率，系統電耗較低。

可見，在輥壓機生料終粉磨系統選用得當的情況下，其原理決定了比生料立式磨更節能。但是，選擇輥壓機用于生料粉磨系統時，需要注意以下問題。

(1)輥壓機的工作壓力高，被擠壓物料易成餅，給烘干增加難度。此外，水泥原料中的水分受季節影響較大，礦山開采不同階段中韌性雜質含量的波動等也會對輥壓機的有效運行產生較大影響。

(2)輥壓機的拉入角比立式磨小得多，且料層的穩定性也不如立式磨。因此，輥壓機的最大入料粒度也比立式磨小得多。

(3)生料粉磨系統直接影響水泥窯的運轉率。立式磨可以在30個小時左右將磨盤、磨輥的磨損件更換完畢，而輥壓機則要比這一時間長很多。因此，在選擇輥壓機用于生料粉磨系統時，必須備有完整的軸系作備件，并周密安排檢修計劃和季節，以保證隨窯運轉率。

(4)輥壓機的工作壓力高于立式磨，而料層厚度卻小于立式磨。因此，對金屬異物的敏感性遠高于立式磨，必須嚴格控制大塊金屬材料，尤其是高合金鋼的非磁性材料。

2.2 水泥粉磨工藝技術及設備

1、不同粉磨技術及設備能耗比較

◆球磨機系統

影響球磨機粉磨效率的因素較多，包括研磨體級配、磨機通風、熟料溫度和粉磨工藝等。應優先采用配高效選粉機的圈流球磨工藝，圈流磨利于產品細度和溫度的調節和控制，粉磨效率比開流磨高10%～20%，成品越細優勢越明顯。

◆輥壓機預粉磨系統

輥壓機與球磨機組成的各種預粉磨系統（包括循環預粉磨、聯合粉磨、半終粉磨等）已經成為水泥粉磨的主要方案，這是由于輥壓機的粉磨效率約為球磨機的2倍左右，可以大幅度節電。輥壓機系統節電水平取決于輥壓機消耗功率的大小，輥壓機每消耗1kWh/t，主機電耗（輥壓機+球磨機）可降低0.8 kWh/t～1kWh/t。輥壓機的功率消耗與投影壓力成線性關系，循環預粉磨輥壓機投影壓力為5500kN/m2～6500kN/m2，聯合粉磨投影壓力略低，控制在5000kN/m2～6000kN/m2。

輥磨終粉磨系統：粉磨水泥時輥磨的粉磨效率是球磨機的1.6～1.8倍，系統節電30%以上。熟料溫度、入料粒度、磨損程度等對產量和電耗均有較大影響。關鍵是終粉磨水泥性能，要通過調節粉磨壓力、擋料圈高度、風速風量，控制出口溫度，采用高性能選粉裝置等措施優化水泥顆粒級配，保證產品性能。對于生料磨如分別更替離心式或旋風式選粉機，可增產10%左右或5%左右，降耗1kWh/t左右。用于生料磨的好處主要是分離清晰，成品中過粗顆粒少，有利于燒成，可適當放寬細度。但生料細度較水泥粗，粗選粉并不是高效籠式選粉機的長處。因此其增產節能指標要低于水泥磨。

◆預破碎

“多破少磨”從粉碎機理上來說是合理的。一方面破碎的單耗遠比球磨的單耗低，因此后者的無用功大，粉碎效率低。另一方面入磨粒度降低以后，球磨機中的鋼球可大大變小，小鋼球將減少對物料粉碎所造成的能量過剩的浪費。一般來說，大球的比能耗高，小球的比能耗低。

從以上粉磨系統的不同特點可以看出，各系統均有不同程度的優勢和不足，企業選擇粉磨系統時，特別是對現有磨機進行改造時，應根據自身的設備、原料、管理水平、資金狀況等條件，按可選擇方案的性價比選擇適合自己企業的方案。

2、水泥粉磨技術的改進措施

2.1正確選擇粉磨研磨體及其級配

物料在粉磨過程中，一方面需要沖擊作用，另一方面需要研磨作用。不同規格的研磨體配合使用，還可以減少相互之間的空隙率，使其與物料的接觸機會多，有利于提高能量利用率；在研磨體裝載量一定的情況下，小鋼球比大鋼球的總表面積大；要將大塊物料擊碎，就必須鋼球具有較大的能量，因此，鋼球（段）的尺寸應該較大；需要將物料磨得細一些，就應選擇小些的鋼球（段）。因此在粉磨作業時，要正確選擇研磨體且必須進行合理的級配。

粉磨研磨體級配基本原則：

（1）入磨物料的平均粒徑大，硬度高，或要求產品粗時，鋼球的平均徑應大些，反之應小些。磨機直徑小，鋼球平均球徑也應小，一般生料磨比水泥磨的鋼球平均球徑大些；

（2）開路磨機，前一倉用鋼球，后一倉用鋼段；

（3）研磨體大小必須按一定比例配合使用，鋼球的規格通常用3～5級，鋼段一般用2～3級，若相鄰兩倉用鋼球時，則前一倉的最小規格應作為后一倉的最大規格（交叉一級）；

（4）各級鋼球的比例可按“兩頭小、中間大”的原則配合，用兩種鋼段時，各占一半即可。用三種鋼段時，可根據具體情況適當配合；

（5）在滿足物料細度要求前提下，平均球徑應小些，借以增加接觸面積和單位時間的沖擊次數，提高粉磨效率。

2.2 加強預粉碎技術的應用與采取的配套措施

以降低入磨物料粒度為主要手段，使球磨機節能高產的技術稱之為預粉碎技術。它把球磨機第一倉的粉碎工作，部分或全部由其他能量利用率高于球磨機的粉碎設備來完成，讓入磨物料粒度降低到5mm以下或更小，可使磨機臺時產量提高30%以上、單產電耗降低15%～20%，產品顆粒組成更加合理。

  配套措施：

（1）選用振動篩或回轉篩，對粉碎后的入磨物料采用檢查篩分閉路流程，合格物料入磨，粒度過大的物料重新預粉碎；

（2）入磨粒度縮小后，第一倉研磨體平均球徑也要縮小；第一倉長度要縮短，隔倉板前移；

（3）磨內風速要提高，磨機通風量加大；

（4）閉路粉磨系統輔助設備的生產能力要加大，系統循環負荷率要降低，選粉效率要提高。

2.3嚴格控制入磨物料的水分

為了保證磨機正常操作、配料的準確和提高磨機的產、質量。當物料含水量大時，容易產生糊磨現象，磨內細粉粘附在研磨體和襯板上，使粉磨效率降低，嚴重時會使隔倉板篦孔堵塞造成磨機通風不良，物料難以通過，產量急劇下降，質量也引起較大的波動。根據生產實踐經驗，各種物料的水分可控制在下列范圍內：石灰石<1%，粘土<2%，鐵粉<8%，混合材<2%，石膏<8%，熟料<0.5%，煤<4%，綜合水分控制在1.5%以內。

2.4 加強磨機通風是提高磨機生產能力的主要途徑

其優點有以下：

（1）減少球磨機內的過粉磨現象。使磨內微細粉，及時地被氣流帶走，消除了細粉結團、糊球、糊襯板現象以及對研磨體的緩沖作用；

（2）磨內的水蒸汽能及時的排除，使隔倉板篦縫不易堵塞，減少飽磨、糊磨現象；

（3）能降低磨內溫度，防止石膏脫水、出磨水泥假凝，有利于磨機正常運轉和保證水泥質量；

（4）有利于車間環保和清潔生產。

三、結束語

除了上述介紹的低品位原燃料開發及利用、利用先進的粉磨工藝技術和節能粉磨設備以外，在新型干法水泥生產制造技術方面，還有孰料冷卻技術、兩支承短窯技術、預熱器節能技術、余熱發電等技術值得研究。

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