一、系统配置思路
1.原料资源的概念和资源综合利用
众所周知，水泥工业是资源型工业。在我国计划经济体制时期，在规划区域布局的前提下，应该说是“工厂跟着矿山走”，而且由于水泥工业的总体规模较小，对于资源的品位要求也很高，当然，这里面也有生产技术成熟程度的影响问题。简单地说，在那个时期，足够规模（储量）的优质的原料资源是建设水泥工厂的最根本的条件。至于项目建设成本和销售成本则是不太重要的因素。
而随着我国社会主义市场经济体系的建立和完善，评价一个项目的最重要的因素，是在符合法规要求的前提下，以最低的成本（工厂成本＋销售成本）供给市场。而且，另一方面，由于水泥工业规模的迅速扩大，对原料资源的需求很大，因此，必须要因地制宜地评价和落实原料资源。
总的来说，应该考虑以下要素：
（1）遵循国家对土地、矿产资源利用和环境保护等各方面相关的政策法规；
（2）有成熟可靠、经济合理的原料资源综合利用（低品位原料利用）的技术；
（3）满足水泥产品的质量要求（实现产品方案的安全性）；
（4）充分利用经济可行的外行业尾矿、工业废渣等资源；
（5）通过原料资源（低品位原料）的综合利用，优化项目效益（降低投资成本和/或生产成本）；
（6）合理的可采资源储量和服务年限（在确定的项目寿命期内）。
除了附属于大型企业的专用尾矿（或废渣）水泥生产线外，在考虑尾矿（或废渣）利用的同时，有必要落实矿产资源的开采权，以确保项目的资源可靠性和安全性。
2.原料矿山开采
对于自备原料矿山的开采，自编制资源利用方案开始，应充分考虑以下原则：
（1）矿量及开采境界的圈定，应充分考虑到工厂的近期和远期规划，包括后续矿山资源以及工厂规模的扩大等因素。建议按一次规划分期实施考虑。
（2）资源综合利用方案要贯穿于项目的全过程，即，从设计、施工到生产。
（3）采掘运输方案要结合矿山特点（地质、地形、地貌；气候；规模等）经多方案比较选定。对于大型矿山，要充分研究采用大型采掘运输设备的可行性和合理性。
（4）要研究矿山工作班次的合理性。对于大型现代化矿山，在环保允许的情况下，要增加工作班次，最大程度地提高设备的利用率。
3.破碎机系统
原料破碎系统的选择要考虑以下要素：
（1）基于原料的特性（包括抗压强度、易碎性、金属磨蚀性和水分、塑性指数等）进行设备选择。一般来讲，对于硬质、磨蚀性大的石灰岩原料不适合用单段破碎系统，而应采用两段破碎；对于含较多石英岩（如，砾石等）的硅铝质原料，宜选用反击式破碎机。
（2）破碎系统的配置要与矿山的开拓运输方案相结合。如，对于掌子面很宽的大型矿山，当没有采用移动式破碎机时，为缩短山上汽车运输距离而设置一个以上的破碎站可能是更合理的选择（对于较复杂的矿山，还可以对不同品质的矿石进行搭配进厂）。
（3）破碎系统的规模要结合矿山至厂区的运输方式来考虑。当破碎站设在矿山时，其工作制度应与矿山的原石采装工作班次一致；当设在厂区时，则可以按三班或二班。
（4）当需要考虑外购部分矿石（或尾矿、废渣）时，应考虑与自采矿山的关系，以及矿石粒度、品质差异等因素，故此，一般情况下设置独立的破碎系统可能是必要的。
（5）在南方多雨潮湿地区，当黏土质原料的成分较为稳定的情况下，采用石灰质原料与黏土质原料的混合破碎，无论是对于黏土质原料的破碎，还是粘性物料的单独储存和均化，都是理想的选择方案。
4.原料储存和均化
原料储存和均化系统的选择应取决于以下条件：
（1）进厂原料质量的阶段均齐性与按生产要求足量、均匀进厂的可靠性。
对于原料中的主要成分和有害成分的波动和原料进厂量稳定性的评估，是决定储存和均化方式的最基本的要素。当外购民采民运的原料资源时，应考虑有足够的原料储存量，以确保供应的可靠性，并可有效控制成本；当为自备矿山，且正常情况下采掘运输系统不受外界因素影响时，原料储量宜选择低值。一般情况下，以3～7天为宜。
（2）环保要求和相关气候条件的影响
原料在厂内的运输和堆存过程中会产生扬尘，因此，环评报告对原料的堆存方式会有要求，如，室内或室外储存。另外，原料的特性和气候条件也是要考虑的因素。如，当在南方地区采用粘土作为硅铝质原料时，较长的室内储量是需要的（如，20天，甚至一个月）。
（3）当原料需要预均化时，应设置预均化堆场。但预均化堆场的储存期不宜太长，以免占用太多的场地和增加基建投资。一般情况下，建议石灰质原料为3～7天，硅铝质原料5～10天。
（4）对于多条生产线共用一个原料储存和均化系统时，要特别注意堆取料机的能力匹配和运转率的适宜性，并要避免因取料机的故障和计划维护而可能造成的多条生产线的停产。
5.原料调配系统
原料调配系统的设计要充分考虑原料资源的质量波动和可能的变化，并应结合将来可能的产品方案的调整。也就是说结合项目原料和产品特点的四组分的配料系统几乎是必要的。
原料调配系统要与原料储存和均化系统、原料粉磨系统进行有机的结合。举例来讲，假设两条6 000t/d生产线共用一个原料预均化堆场系统，而每条生产线配置有两套能力为220t/h的原料磨系统（一个原料调配站供两套原料磨系统），在这种情况下，调配站中每个料仓的容积和几何尺寸（特别是主要原料，如，石灰石）必须要根据不同的运行组合来考虑确定。
在采用联合储库储存硅铝质和铁质等辅助原料的情况下，利用储库库侧设置配料仓的方案应该是合理、可行的。
在石灰质原料预均化堆场取料机的可靠性得到保证的基础上，利用该取料机直接进行石灰石喂料的方案将使系统更加简捷和经济。
6.原料粉磨系统
原料粉磨系统的选型应至少基于以下条件：
（1）原料的工艺加工性能（包括基于球磨和辊磨而进行的易磨性和金属磨蚀性实验结果）（当考虑选用辊压机或筒辊磨系统时应进行针对性的实验）；
（2）配合原料在正常和极端情况下的水分含量；
（3）建设条件的适宜性（如，大型设备至建设场地的交通运输条件等）；
（4）综合技术经济评价（投资成本和生产运行成本的分析）。
可供选择的原料粉磨系统有：
A.辊式磨系统
B.球磨机系统（包括中卸磨系统和风扫磨系统）
C.辊压机系统（包括辊压机终粉磨系统，以及由辊压机和球磨机组成的预粉磨系统）
D.筒辊磨系统
从技术及装备的可靠性、合理的投资成本和通过降低电能等消耗而实现的生产运行成本的降低等方面来综合分析，在一般情况下，选用辊式磨系统是合适的。
各系统的原则性比较见表1。
7.生料储存与均化
生料质量的稳定是烧成系统热工制度稳定的前提之一。在合理的投资和运行成本的前提下选择均化系数高的生料库是必要的。
基于生料制备系统可靠性的保证，建议生料库的储量减少至1天以内（国际上知名公司的标准配置为4h）。至于库的个数，一般情况下应为一个。但当公司只有1条生产线而有生产不同品种熟料的需求下，设置两个库也是合适的，而且还可以在清库时不影响生产。
关于窑尾收尘器收集的窑灰，建议直接返回到生料入窑系统。只有当原料磨运行时，才能让窑灰返回到生料库。
生料进库和出库生料喂至预热器，采用提升机输送已成为节能降耗的一种成熟方案。
8.燃料资源的考虑
我国水泥工业主要是以燃煤作为熟料煅烧用燃料。近年来，随着各行业煤炭需求量的剧增，水泥工业用煤无论是品质、价格，还是足量供应的可靠性，都受到了压力，预计这样的局面在很长的时间内不会有根本性的改观。一般情况下，建议按低品位燃料（如，发热量在4 500kJ/kg，灰分含量接近40％）和无烟煤的燃用要求进行系统设计，并应考虑两种，甚至两种以上的燃煤搭配使用的可能性。
对于我国部分省市，如，云南、贵州和四川，以及东北地区高硫燃煤产地的项目，在满足环保要求的前提下应通过搭配或掺用的方式进行利用。当原料中含硫量一般的情况下，已有较成熟的技术和装备使用含硫量达3%～3.5％的燃煤。
9.原煤的储存和均化
鉴于上述的燃煤供应的不确定性和质量的波动性，适当增加原煤的储存量，并应考虑多种原煤分别堆存的条件。对于原煤的预均化问题，认为设置一座储量为7天左右的预均化堆场是有必要的。
10.煤粉制备系统
由于煤源和煤质的不确定性，有必要设置有足够适应性的煤磨系统。建议按较差的煤质（热值、挥发分、灰分和易磨性等）进行系统能力和煤粉细度的设定。
基于原煤含水量（一般应用基水分为10%～12％）和对煤粉水分控制指标（1％）的要求，可供选择的煤粉制备系统有：
(1)风扫球磨系统：该系统由风扫球磨、动态选粉机、（分离器、）系统风机和除尘器组成。其优点是对煤质适应性强、生产调节（特别是细度）灵活。
(2)辊式磨系统：该系统由辊式磨、（分离器、）系统风机和除尘器组成。其优点是系统相对简单，烘干能力强，单位产品电耗较低。
近年来，辊式煤磨已较普遍地运用于水泥工业（包括在5 000t/d级生产线上的使用），但对于国内生产的辊式磨在粉磨无烟煤而要求控制煤粉细度在3％以下的情况还没有足够的运转实绩。
11.煤粉输送系统
近年来建设投产的生产线基本上都把回转窑和分解炉的煤粉喂料系统设置在煤磨车间，再由气力输送系统（与喂煤粉系统一体化）将煤粉送至燃烧器。
实际情况，由于生产线规模的扩大（煤磨至燃烧器之间距离加大）、煤质的变差（发热量降低，灰份增加），而且喂煤装置承压（气力输送）能力的不足，加上工程设计的疏忽，造成料气比偏小（设计要求不低于4.5kg/kg，实际往往在3～3.5kg/kg），一次风量超过10％。其结果是燃烧器的煤风管磨损严重，熟料热耗增加。
故，建议对于5 000t/d级及以上规模的生产线要根据煤质情况、总图布置和喂煤输送装置的技术性能保证等实际进行综合分析，必要时可考虑在窑头和窑尾分别设置煤粉仓，通过该煤粉仓再向窑和分解炉喂煤粉。
12.熟料煅烧系统
国内各供应商（设计院）基于多年来对新型干法熟料煅烧系统技术装备的研发、实践和创新、优化，基本满足了国内市场的需求，并已开始进入国际市场。
以高效低阻，适应于燃料特性的预热预分解系统、常规结构的三支撑回转窑和一段以可控气流篦床为特征的第三代熟料篦式冷却机组成的烧成系统，无论是对于2 500t/d，还是5 000t/d级生产线，都属于典型的成熟配置。
近年来，烧成系统的技术进步主要体现在以下几个方面：
(1)进一步改进装备和系统的可靠性；(2)改善以运转率和单位熟料电耗和热耗为代表的技术性能；(3)特别是对于利用无烟煤和低挥发分、低热值和高灰分煤的利用。
13.熟料储存
熟料储存作为烧成系统和与水泥粉磨（或粉磨站及外卖）之间的缓冲环节，要考虑的就是合理的储量、储存方式和出库发运问题。对于全能工厂，熟料库的储量有10天就足够了。至于传统淡季的超量储存，在满足环保要求的前提下可通过简易的方式实现临时堆存。
对于熟料生产基地而言，要综合考虑粉磨站熟料库的储存能力，特别是熟料基地至粉磨站之间的运输方式与运输的稳定性。如，当长江沿岸熟料基地以水运方式发送熟料时，要以运输组织（船型、船队编组、正常发运频度）和长江航运条件的季节性变化，以及市场和生产安排等多因素来综合考虑。
熟料储存方式，取决于储存量和出库方式，但应以降低造价为原则。在南方湿热地区，应充分考虑熟料的散热问题（特别是对于全能工厂）。对于前些时间普遍关注的欠烧熟料库（黄料库）的设置问题，应该讲，是没有必要的了。除非是为了满足正常生产时部分熟料的汽车外运。至于熟料库的个数，在不考虑生产不同品种熟料的情况下可以不作为一个因素进行考虑。
14.水泥粉磨系统
可供选择的配置方案主要有：
A.传统配置：球磨机＋高效选粉机
B.预粉磨系统：预粉磨系统又有以下几种配置：
B1.辊压机＋球磨机＋高效选粉机
B2.辊式磨＋球磨机＋高效选粉机
B3.细碎机＋球磨机＋高效选粉机
C.半终粉磨系统：辊压机＋静态选粉机＋分离器＋球磨机＋高效选粉机
D. 终粉磨系统：
D1.辊式磨
D2.筒辊磨＋高效选粉机
D3.辊压机＋高效选粉机
上述系统配置方案的定性比较见表2。
总的来说，基于国产辊压机技术装备可靠性的保证，而且系统成熟可靠，基建投资和单位产品电耗均有优势，故建议优先选择辊压机半终粉磨系统（方案C）或预粉磨方案（方案B2）。
对于全能生产线水泥粉磨系统能力的确定，建议应充分考虑市场需求的特点（如，大的基建项目在短时间内要求提供超出平均产能许多的产品），以及实行峰谷电价地区加大水泥粉磨能力以降低用电成本的必要性。总的来说，设计水泥粉磨系统的年运转率在60％及以下是合适的。
随着单机系统规模的大型化，水泥粉磨系统的降温问题，应引起足够的重视。特别是南方地区全能工厂的粉磨系统，由于熟料温度偏高，经常导致水泥出磨温度超标，而不得不降低产量运转。这不仅影响了产量，而且使电耗和成本增加。
对于生产混合材掺量较大的水泥产品的项目（如，生产矿渣水泥、复合水泥等），有必要研究分别粉磨的必要性和合理性。采用分别粉磨方式，有利于充分发挥混合材的活性，增加掺加量，降低单位产品综合电耗。
15.水泥储存及出厂发运
水泥储存系统的配置应考虑在一段时间内同时生产的水泥品种数量和水泥的储存期。为业内普遍接受的是“加大水泥粉磨的能力，而降低水泥库的储量。”水泥库的总储量考虑为10～12天或更短。
水泥出厂方式和相应的设计能力，是在项目策划阶段需要认真对待。这要通过对市场定位和目标市场的调研和分析得出应对方案。它包括散装袋装比例，和各种经济可行的运输方式的组合。在这方面，近期投产的不少项目存在着一些问题，虽然及时进行改造，但还是影响了初期的市场运作，也造成了工厂总体布局的不合理性。
16.生产线过程控制及信息化管理
90年代以来投产的2 000t/d及以上规模的生产线均采用集散式计算机系统（DCS）进行生产线设备的程序控制和生产过程监控，近年投产的一些项目还将管理信息系统建立在DCS的基础上，形成了生产实际与管理的高度统一。
近期投产的华新阳新6 000t/d生产线和海螺集团10 000t/d生产线均采用了智能化MCC和现场总线网络技术，为管理上台阶奠定了良好的工程基础。
总体来说，国内生产线在生产过程的自动化方面还有很大的努力空间。具体来讲，以安全稳定运行、节能降耗和质量保证为主要目标的优化控制系统还没有进入实用阶段。
17.环境保护
新型干法水泥生产无论是其生产工艺，还是技术装备的可靠性，都能够达到环保标准和规范对污染物排放的控制要求。特别是近年来国家环保主管部门执法力度加大，在项目可行性研究和建设、试生产、考核验收等阶段进行全程监控，保证了投产项目环保目标的实现。
国家环保局已于2004年底发布了GB4915-2004 《水泥工业大气污染物排放标准》。该标准除了对颗粒物排放提出更严格的要求外，对有害气体（氮氧化物、二氧化硫和氟化物）的排放制定了限值。
从综合分析的结果来看，目前新型干法水泥生产对落实环保标准要求的重点，主要有：
(1)噪声治理：目前通行的露天化设计对噪声达标有一定的难度。对于二类环境质量要求的地区建设一条2 500t/d级生产线，降噪工程需要投入600～1 000万元。
(2)氮氧化物的限排：从技术装备的层面来看，还没有达到推广应用的程度，要在工业化试验的基础上尽快完善使其成为实用技术。
(3)避免粉尘的事故排放：应该讲，要避免事故排放，只有采用布袋除尘器（或袋电组合式除尘方案）。对于现有生产线而言，要达到低于50mg/m3的排放限值，以及避免事故排放（要求同步率达99％），有很大的技改工作量。
二、技术装备的总体评价与关键设备的进口
1.本地化技术装备的总体评价
随着近年水泥工业的结构调整和新型干法的大发展，新型干法水泥生产技术及装备得到了创新、完善和优化，而且，全社会通用技术和装备（如，通用机电产品，工业控制设备，等等）的技术进步和本地化生产和供应，适应了新型干法水泥生产技术进步的需要。
对于2 500t/d级生产线来说，技术装备的本地化率已接近100％（原料化学成分分析仪需引进）；5 000t/d级生产线，除了辊式原料磨的关键件（含主传动减速机）和煤粉喂料装置等外，也基本上实现了本地化供应。
2．关键设备或部件的进口
通常情况下考虑的5 000t/d级生产线引进内容见表3。
三、总体能耗状况及节能措施
新型干法生产工艺的显著优势之一就是降低了能源消耗。但由于我们的整体技术和装备水平与国际先进水平相比还有一定的差距（除了安全和可靠性外，主要就体现在节能降耗上），再加上生产运行和管理水平的差距，以使与国际先进水平相比，单位产品的能耗差距较大。以5 000t/d级生产线为例，熟料的实际热耗相差约30kCal/kg;熟料电耗相差5～8kWh/t（原料粉磨均以辊式磨考虑）。以引进德国主要技术装备建设的江西省一家台资企业5 000t/d生产线为例，其水泥综合电耗（以PⅡ 42.5计）在85 kWh/t左右。
综合分析，对于国产化技术装备的新型干法生产线进一步降低能源消耗的着力点主要有：
(1)优化烧成系统（优化窑尾预热预分解系统的结构和技术性能，改善热交换效率；优化熟料冷却机的工艺性能和操作控制，提高热回收效率）；
(2)采用节能的粉磨工艺系统和技术装备；
(3)对于工艺过程中的风机、输送机等机械设备，以及减速机、电机等传动设备，要充分重视其运行效率和节能效果。
四、投资成本
项目的投资成本取决于建设基础条件、系统配置和相应的价格水平，当然还有项目建设管理等因素。就近年来的实际操作来看，2 500t/d和5 000t/d级生产线，不包括原料矿山建设投资和项目土地购置及外部供电和交通等基础设施的费用，以水泥年产量计，单位产品投资为160～200元/t。
五、结语
我国的新型干法水泥工业已经历了规模迅猛增长的发展期。虽然结构调整的任务还相当艰巨，但社会的和谐发展将对行业的整体运行质量提出更高的要求。我们必须以科技创新和技术进步为手段，坚持可持续发展观，把新型干法的整体水平提高到一个新台阶。
【作者:宋寿顺 】
