目前國內外5000t/d以上規(guī)模的水泥廠逐漸成為業(yè)主建設的首選，水泥廠的建設規(guī)模越來越大，過去傳統(tǒng)的設計理念正在發(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總，根據這些項目的設計過程和投產后的情況以及新技術的發(fā)展趨勢，筆者將大型水泥廠的設計思路和主體方案應遵循的理念概括為“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，就是原料供應要可靠、市場銷售要可靠，過去將一個完整水泥生產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，即熟料線靠近礦山而粉磨站靠近市場的選址思路?，F(xiàn)在國內水泥銷售以汽車運輸為主，汽車運輸的距離畢竟有限，太遠則運輸成本上升且不能適應市場的波動。另外，在銷售市場附近建設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，降低由于原料供應而影響生產的風險。熟料線的選址還應該考慮交通的便利性和熟料運輸的成本，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)?！?，在資源日益緊張的今天，選擇一個儲量大、質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、易開采等要求已經不太好滿足，隨著水泥廠不斷大型化，技術越來越先進，對原料的適應性也越來越強，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勘探，設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，結果一、兩年后礦山無法開采，只好重新再作設計。現(xiàn)在有經驗的水泥集團對礦山的前期工作十分重視，特別是地質部分，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。現(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)經濟模式。

　　3 原料預均化設計

　　原料預均化的設計突出的是“簡單”二字，在大型水泥廠的設計中，原燃料特別是石灰石均設有預均化堆場，但由于石灰石在礦山的開采過程中已經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，礦山的生產自然包含了均化作用。因此石灰石預均化堆場用于儲存的作用就高于均化作用了，大型回轉窯對原料的適應性很強，對均化的敏感性不像小型回轉窯那么高。這樣石灰石預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，則石灰石的儲量設計3d就足夠了，一般礦山到廠區(qū)采用長膠帶輸送機或設有專用運礦道路，因此不存在運輸的風險。在大型水泥廠中，長形預均化堆場由于可擴建性，應該更具有優(yōu)勢，但軌道寬度要控制在40m以內，否則取料機大梁的剛度就面臨嚴重挑戰(zhàn)。堆料層數也沒有必要設計400層那么多，堆料機的速度可以放慢，堆場必須設有應急通道，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)，提高運轉率。

　　由于國內能源供應日益緊張，質量好的原煤價格很高，許多水泥廠采用劣質煤，而且貨源不能穩(wěn)定，進貨渠道不固定，所以必須設置原煤預均化堆場。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的風險和保證必要的均化效果，儲存期設計為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)，生料儲存期可設計為1～2d；如果生料磨采用一套系統(tǒng)，生料儲存期設計為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，出磨氣體不設置旋風筒，事實證明這樣設計是不成功的，收塵效果很差。無論采用電收塵器還是袋收塵器，出磨含塵氣體均應設置旋風筒進行預收塵，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廢料倉，但大型水泥廠每次物料排放量很大，因此在進調配庫前即設置除鐵器，進行“預除鐵”，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)的設計
　　燒成系統(tǒng)是水泥廠的核心，設計的原則應是“先進、節(jié)能、環(huán)?！?，燒成系統(tǒng)的技術十分成熟，可以說國內的技術與國外沒有什么差別。國內外各著名設計單位的分解爐爐型不一樣，但工作原理和技術參數十分接近，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已經達到國際先進水平，完全掌握了核心技術。不但如此，而且新一代燒成系統(tǒng)對原燃料的適應性更強，過去認為原煤的熱值應大于22990kJ才能滿足預分解窯的要求，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。最近投產的由天津院設計的天瑞石龍5000t/d項目，經過對塔架的優(yōu)化設計，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，又比專門設計一套垃圾處理系統(tǒng)經濟，處理能力很大。因此燒成系統(tǒng)的設計不但要考慮“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該是大型水泥廠設計的首選方案。無論預粉磨還是聯(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，應該是水泥粉磨的發(fā)展趨勢。筆者曾經負責安徽朱家橋水泥公司的設計，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)電技術已經十分成熟，這為水泥廠的節(jié)能設計提供了很好的技術支撐，過去燒成系統(tǒng)產生的廢氣經過增濕、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，在窯尾預熱器的廢氣管道上設置SP余熱鍋爐，SP爐產生的蒸汽與窯頭AQC余熱鍋爐前段產生的蒸汽合并后送入汽輪機作功發(fā)電。隨著能源供應的日益緊張，節(jié)能減排成為基本國策，國家對新的水泥生產線審批時，要求同步設計余熱發(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)
　　電氣自動化的設計主要考慮“可靠、先進”的原則，現(xiàn)在水泥項目的調試主要是調電氣設備和相應的參數，影響運轉率的因素有很多是電氣原因，所以電氣自動化的設計思路首先是“可靠”，特別是大型水泥廠，主機不能開開停停。自動化的設計指標是一個工廠技術水平的重要標志，只有自動化水平提高，才能減少操作工人，降低生產成本，才能完善設備的安全保護措施，并提高生產的穩(wěn)定性，因此自動化設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)越來越復雜，現(xiàn)場總線技術因此而產生，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網絡與計算機系統(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，采用該技術后，操作員掌握的信息量大大增加，更有利于對運行參數的判斷和調整，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，因此值得推廣。

　　大型水泥廠設計原則和需要考慮的因素很多，但筆者認為關鍵是“可靠、簡單、先進、節(jié)能、環(huán)保”這十個字，過去強調的“低投資”、“經濟合理”、“建設周期最短”、“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，已經顯得不是很重要了。