水泥行业电能质量分析报告
一、行业分析
1.水泥是什么
水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。早期石灰与火山灰的混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似，用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。
2.水泥发展史
1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。
1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。因为它是采用天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。
1813年，法国的土木技师毕加发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。
1824年，英国建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁（Joseph Aspdin）发明了水泥并取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。
1907年，法国比埃利用铝矿石的铁矾土代替粘土，混合石灰岩烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做“矾土水泥”。
1871年，日本开始建造水泥厂。
1877年，英国的克兰普顿发明了回转炉，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。
1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨。
1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。
20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种，20##年水泥年产量约20亿吨。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。
20##年，中国水泥产量达到21.84 亿吨，产量占全球50%以上。
3.中国大型水泥生产商
1. 安徽海螺集团有限责任公司 2. 山东山水水泥集团有限公司 3. 浙江三狮集团有限公司 4. 湖北华新水泥股份有限公司 5. 河北唐山冀东水泥股份有限公司 6. 中国联合水泥有限责任公司 7. 吉林亚泰（集团）股份有限公司 8. 中国材料工业科工集团公司（含天山水泥股份公司） 9. 北京金隅集团有限责任公司（含河北太行集团） 10. 河南天瑞集团公司 11. 红狮控股集团有限公司 12. 甘肃祁连山水泥集团股份有限公司 13. 内蒙古乌兰水泥集团有限公司 14. 内蒙古蒙西高新材料股份有限公司 15. 河北鹿泉东方鼎新水泥有限公司 16. 山西太原狮头水泥股份有限公司 17. 辽宁工源水泥（集团）有限责任公司 18. 黑龙江佳木斯鸿基集团有限公司 19. 江苏盘固水泥集团有限公司 20. 江苏金峰水泥集团有限公司 21. 浙江虎山集团有限公司 22. 浙江水泥有限公司 23. 安徽铜陵上峰水泥股份有限公司 24. 福建水泥股份有限公司 25. 江西万年青水泥股份有限公司 26. 江西亚东水泥有限公司 27. 江西兰丰水泥集团 28. 山东金鲁城有限公司 29. 山东沂州水泥集团总公司 30. 河南孟电集团水泥公司 31. 湖北京兰水泥集团 32. 湖南兆山新星集团 33. 广东塔牌集团有限公司
34. 广东广州越秀水泥集团有限公司 35. 广西华润水泥控股有限公司 36. 广西鱼峰水泥股份有限公司 37. 国投海南水泥有限责任公司 38. 拉法基瑞安（北京）技术服务有限公司重庆分公司 39. 重庆科华（建材）集团有限公司 40. 四川都江堰拉法基水泥有限公司 41. 四川金顶（集团）股份有限公司 42. 云南瑞安建材投资有限公司 43. 陕西秦岭水泥（集团）股份有限公司 44. 陕西声威建材（集团）有限公司 45. 宁夏建材集团有限责任公司 46. 新疆青松建材化工（集团）股份有限公司 47. 上海建筑材料集团水泥有限公司（含上海联合水泥公司） 48. 浙江红火实业集团有限公司 49. 山东烟台东源水泥有限公司 50. 江苏恒来建材股份有限公司 51. 福建龙麟集团有限公司 52. 山东泰山水泥集团有限公司 53. 吉林辽源金刚水泥（集团）有限公司 54. 云南昆钢嘉华水泥建材有限公司 55. 浙江尖峰集团股份有限公司 56. 河南省同力水泥集团 57. 江苏嘉新京阳水泥有限公司 58. 湖南韶峰水泥集团 59. 葛洲坝股份有限公司水泥厂 60. 大连水泥集团有限公司
4..水泥的制造工艺
一、硅酸盐水泥熟料
1．熟料定义
硅酸盐水泥熟料按中国标准的定义为：“以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物”。按欧洲试行标准的定义为：“波特兰水泥熟料是一种水硬性材料，以重量计至少2／3是由硅酸钙(C3S和C2S)组成，其余为氧化铝(Al203)，氧化铁(FC2O3)和其它氧化物。CaO／SiO。重量比应不小于2．0。氧化镁(MgO)以重量计不应超过5％。
波特兰水泥熟料是由精确配定的混合原料(生料粉，料泥或生料浆)经至少煅烧至烧结而制成的，混合原料含有CaO，SiO2，Al2O3和少量其它物质。生料粉，料泥或生料浆必须细磨，充分混合，因而是均匀的”。
由以上的定义中可以看出欧洲标准规定的比较明确，对熟料的矿物组成(如硅酸盐矿物)和化学组成(如CaO／SiO重量比)都给予数量上的限定，对生料的制备质量也提出了细磨和混合均匀的要求。这些对新品种开发和提高水泥及混凝土质量是很重要的。
2．熟料矿物组成
硅酸盐水泥熟料主要由4种结晶矿物组成，即阿利特，贝利特，铝酸盐和铁铝酸盐，它们紧密地交织在一起，另外还有少量游离石灰，方镁石，玻璃体和孔隙。
阿利特(Alite) 主要由硅酸三钙组成，分子式为3CaO·SiO2，简写C3S。因为熟料中不存在纯的C3S，其中都固溶有MgO，Al2O3，Fe2O3，TiO2以及V12O，Na2O等金属氧化物，所以在准确叫法称为阿利特矿物，简称A矿，C3S水化速度快，早期强度和后期强度都高，是硅酸盐水泥熟料尤其高活性熟料的主要矿物，含量一般在40％~80％，我国最高在67％左右，国外可达85％。
贝利特(Belite) 主要由硅酸二钙组成，分子式为2CaO·SiO2，简写为C2S。因为熟料中不可能有纯的C2S，其中多固溶有Al2O3，Fe2O3，MgO，V12O，Na2O，TiO2，P2O5等杂质，所以称为贝利特矿物，简称B矿。C2S水化速度慢、早期强度低，长期强度能达到与C3S相同的水平。
C2S有4种晶型，在2130℃下烧至熔融为a型，1420°C为a′型，温度降至675℃转变为β型，降到300~400℃转变为ν型。强度以a型最高，以后随温度降低和晶型转变而降低，到v型几乎没有强度，体积膨胀10％，造成熟料粉化。在水泥熟料中主要是β型C2S，一般通过其他离子侵入和快速冷却能使β型C2S稳定不再转变为V型C2S。C2S含量一般在0％~30％之间，我国高的在35％左右。
铝酸盐 纯的铝酸盐相为铝酸三钙，即3CaO·Al2O，简写为C3A，在熟料中C3A也含有Al2O，Na2O等氧化物。C3A水化速度极快，为抑制其水化速度调节凝结时间要加入一定量的硫酸盐(如石膏)，C3A本身强度不高，但因其水化快和水化热高，能与阿利特和贝利特一起提高一些水泥早期强度。CaA含量一般6％~13％，我国偏低一些，4％~11％，国外一般偏高，个别情况高达15％。
铁铝酸盐 又称铁酸盐相，它没有固定的化学组成，是晶体混合系列中的一环，理论上可达到C2A和C2F，所以常常称为铁铝酸四钙，简写为C4AF，然而C2A并不存在。这一晶体混合系列为C2A…C6A2F…C4AF…C6AF…C2F，视氧化铁和氧化铝含量的不同，混合晶体可偏向铁多的一面或铝多的一面，在水泥熟料中系数情况下是相当于C4AF的组成，也可写成C2(AF)。铁铝酸盐相中也固溶一些其他离子，它对水泥颜色起很大的决定作用，纯的C4AF为褐色，含MgO后为深灰绿色。C4AF的反应活性很低，对水泥性能作用不大。C4AF含量一般为4％~15％，中国偏高一些，高的在18％左右，低的约8％。
游离石灰 水泥熟料中未与酸性氧化物化合的氧化钙，常写成fCaO，一般含量都在2％以下。游离石灰是不希望存在的，它的出现有以下几个原因：生料制备不好，有过粗的颗粒或混合不均匀；煅烧温度不够，未能同其他氧化物化合；冷却速度过慢，部分C3S分解成C2S和fCaO；配料不当氧化钙含量过高。游离石灰过高会使砂浆和混凝土发生膨胀，造成安定性不良。
游离氧化镁或方镁石 在氧化镁含量高的熟料中可能含有游离的氧化镁，一般只写成MgO，MgO有2％~2．5％能固溶到熟料的其它相中，水泥标准中规定MgO含量不得超过5％，所以熟料中最高能有2．5％~3．0％的MgO。固溶在其它相中的方镁石量取决于熟料的化学成分和生产工艺，这部分没有什么危害。游离的方镁石如含量过高会产生膨胀，又常在一年以后发生，造成混凝土损坏。方镁石如结晶细小和分散均匀，膨胀作用也小，粗大的结晶和呈窝状存在危害较大，游离石灰也是这样。
除此之外熟料中在个别情况下也还可能存在极少量的硫酸碱和玻璃体。
3．熟料化学组成及率值
为了能够煅烧出所需矿物组成的熟料，首先要配制出具有一定化学成分的生料，生料去掉烧失量后的化学成分即熟料化学成分一般范围列于表7。
表7熟料化学成分范围（重量>）
在调配原料时要通过各种氧化物的比例关系进行控制，这些比例关系又称率值，常用的率值有以下几种：
(1)石灰饱和系数KH
在熟料中石灰完全饱和是指全部SiO2都形成C3S，全部Fe2O3，都形成C4AF，剩余的Al2O3，都形成C3A，石灰饱和系数是指熟料中实际的CaO含量与理论上达到完全饱和时的CaO含量之比。在中国使用前苏联的金德公式计算，用生成C4AF和C3A和CaSO4后剩余的CaO量与SiO2全部生成C3S，所需要的CaO量之比
KH=
如fCaO过高上式中还应考虑扣除iCaO，尤其在我国的立窑生产中要计算扣除fCaO后的KH′值
KH′=
目前我国熟料的KH值在0．82—0．96之间。
在国外石灰饱和系数的计算为：
也还有用石灰标准系数KST(德国)和石灰饱和率CSF(英国)两种表示法，即
KST=
LSF=
(2)硅酸率SM
硅酸率是SiO2与A12O3和Fe2O3之和的比值，它表示熟料在烧结时(在烧成带内)固相与流相的比例。因为SiO2在烧结温度下绝大部分都在固相阿利特和贝利特相中，而氧化铝和氧化铁则存在液相中。目前，我国水泥熟料的硅酸率在1．6~2．8之间，国外在1．9~3．2之间。
SM=
(3)铝氧率IM
铝氧率也称铁率是氧化铝与氧化铁的比，在烧结温度下这两种氧化物几乎全部进入液相。IM主要表示液相的特性，若提高氧化铁含量，IM值减小，液相粘度下降，若IM值<0．638，熟料中不生成C3A，这种水泥具有较高的抗硫酸盐性能。我国水泥熟料的IM值目前在0．90—2．00之间(特种水泥除外)。国外在1．5~2．5之间。
(4)水硬系数HM
水硬系数是氧化钙与酸性氧化物SiO2，A12O3，和Fe2O3之比。HM高水泥强度特别是早期强度高，水化热高，抗化学侵蚀性下降，HM一般在1．7~2．3之间，低于1．7水泥强度太低，高于2．4大部分安定性不好，一般以2．0左右为好。水硬系数目前只有少数国家如日本等仍在使用，多数国家主要使用硅酸率和铝氧率，水硬系数仅作为补充或不用。
HM=
二、硅酸盐水泥的主要原料
生产硅酸盐水泥首先要煅烧出硅酸盐水泥熟料，然后再用熟料磨制成水泥，所以硅酸盐水泥的原料应分为煅烧熟料所需的原料和磨制水泥所需的原料。
1．生产熟料用的原料
最理想的原料是具有水泥熟料要求化学成分的天然岩石，并有足够的储量，均匀的特性和便利的开采条件。这种情况很少见，美国相对多一些，欧洲也有个别水泥厂现在仍用一种原料生产水泥熟料。大多数情况是用石灰石质原料和粘土质原料进行混合，必要时加入少量硅质或铁质校正原料，调整混合生料的化学成分。水泥生料中碳酸钙CaCO3的含量在72—80％之间，按CaCO3含量多少，可将原料排列如下：
纯石灰石 CaCO3含量>95％
泥灰岩质石灰石 CaCO3含量85％~95％
石灰质泥灰岩 CaCO3含量?0％~85％
泥灰岩 CaCO3含量30％~70％
粘土质泥灰岩 CaCO3含量15％~30％
泥灰岩质粘土 CaCO3含量5％~ 15％
粘土 CaCO3含量<5％
纯石灰石，泥灰岩质石灰石和石灰质泥灰岩用以引入Ca—CaCO3，粘土、泥灰岩质粘土和粘土质泥灰岩用以引入SiO2，Al2O3和Fe2O3。配料时最好选用与熟料化学成分相接近的原料，如石灰质泥灰岩，因为它已混入一些粘土质组分，结晶细小，分布均匀，易烧性好。最不利的是用纯的石灰石和纯的粘土混合配料，易烧性不好。为了调整生料化学成分，有的还加入少量砂岩，硫铁矿渣、铁矿等作为校正原料。除天然原料外还可以使用工业废渣，如高炉矿渣、煤矸石、粉煤灰、金属尾矿等作为粘土质原料，今后的发展趋势也是尽可能利用泥灰岩类天然原料和工业废渣作主要原料，高质量的石灰石作为校正原料来生产水泥熟料。
生产熟料所用的燃料，从今天的技术水平来看不受什么限制，气体、液体、固体燃料，可燃性废料都可以使用，仅立窑上受工艺条件限制只能烧固体燃料，并以无烟煤、焦炭之类含挥发分低的燃料为好，回转窑则烟煤，无烟煤以及各种可燃性废料都可以使用。
2．生产水泥的原料
硅酸盐水泥自然是由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏共同磨细而成，有些品种允许加入一定量的混合材。然而今天在欧洲水泥试行标准中则将我国所称的混合材也作为水泥的组分，在水泥含量≥6％的为主要组分，≤5％的为次要组分或填充料，即水泥的组成应为主要组分，次要组分，石膏和外加剂。因为这些组分材料不论是熟料、石膏，还是矿渣、粉煤灰甚至窑灰都对水泥性能的发挥起一定作用，都是为获得优质混凝土所不可缺少的材料，所以在标准中对这些材料的质量也都提出了相应的要求，这里只就几种主要材料作些介绍。
(1)硅酸盐水泥熟料
熟料定义前已有介绍，这里不再重复，中国标准强调了要用适当成分的生料和烧至部分熔融，以及要以硅酸钙为主要成分。欧洲试行标准除此之外还要求硅酸钙(C3S+C2S)含量应≥2／3，CaO／SiO2重量比≥2．0，并对生料制备也提出一些原则要求，这些对保证混凝土质量很有益处，尤其目前对提高我国水泥实物质量很有参考价值。其他对如铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的熟料也都有相应质量要求。
(2)混合材
在我国将水泥中除熟料和石膏以外的组分都称为混合材，它是为改善水泥性能，调节水泥标号的矿物质材料。常用的混合材有粒化高炉矿渣，粉煤灰，火山灰质混合材，石灰石，粒化电炉磷渣，冶金工业的各种熔渣。火山灰质混合材分为两大类，1类是天然的，如火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土和硅藻石。另1类是人工的，如煤矸石、烧页岩、烧粘土、煤渣、硅质渣。对这些材料都有一定的质量要求和掺加量限定，今后的发展趋势是加大工业废渣的掺加量，减少熟料使用量，为保护环境多做贡献，但是，也有一个前提，即不能过份影响水泥及混凝土质量，不能产生二次污染，也不能太大地影响生产过程，每使用一种新的废渣都必须做水泥性能及混凝土性能和耐久性试验，有关环保及安全方面的检测，取得有关部门的许可方可正式使用。
(3)石膏
石膏又称缓凝剂，是调节水泥凝结时间用的，常用的为天然石膏矿，主要成分为二水硫酸钙CaSO4·2H2O，或者天然硬石膏，主要成分为无水硫酸钙CaSO4。另外也有半水石膏CaSO4·１／2H2Ｏ，它们的混合物，或工业副产石膏，如陶瓷工业的石膏模，烟气脱硫石膏等。石膏的用量约为5％左右，一般控制水泥中的SO，量不超过3．5％。
(4)外加剂
水泥中允许加入不超过水泥重量1％的外加剂，主要是助磨剂。这些外加剂不应损害对钢筋的保护性能，以及水泥和混凝土的其他有关性能，所以水泥中的外加剂应慎重使用，以加在混凝土中为好，以免与混凝土的外加剂相抵触。
(5)超细掺加料
自90年代以来兴起的超细粉掺加料能显著提高水泥混凝土的强度和改善其他有关施工性能和物理性能。水泥中常用的是硅灰，它的细度是水泥细度的50～100倍。近来又发展使用磨细矿渣以及磨细熟料，磨细程度一种是超细磨，比面积磨到9000或10000cm2／g以上到20000cm2／g，平均粒径13~6μm。另一种是在9000cm2／g以下，有的在5000cm2／g左右，或4000—5000cm2／g之间，后一种当然算不上超细磨了，现在的研究得出，加入这些微细粉能明显提高水泥及混凝土强度，尤其是早期强度，并能改善水泥砂浆的可加工性，提高混凝土的密实性、抗渗性、抗蚀性、耐久性，这种微细粉可以加到水泥中也可以在施工时加到混凝土中，我国目前比较重视的是用磨细矿渣掺到水泥中，改善水泥性能。
三、水泥生产工艺
1．熟料形成过程
硅酸盐水泥熟料是由石灰石组分和粘土组分经高温煅烧相互化合而成的，其主要反应过程如下
20—150°C一烘干原料带入的附着水分，湿法生产在这一段消耗了大量热量。
150—600°C一高岭土脱去吸附的水分和结晶水。
600—900°C一高岭土分解，同时形成一些初级矿物，如CA，C2F，C2S和C12A7。
850—1100℃一CaCO3分解率最大，形成的游离石灰量也最大，这期间因CaCO3分解为吸热反应，需要热量最多。C3A和C4AF也在这时开始形成。
1100—1200℃一C3A和C4AF主要在这一温度区内形成，C2S量达到最大值。
1260—1310℃一形成熟料液相
1250—1450℃—C2S吸收fCaO形成C3S，最终烧成熟料，所以一般都要达到1450℃以上，并停留一定时间才能烧出合格熟料。
2．水泥生产方法
水泥的生产工艺简单讲便是两磨一烧，即原料要经过采掘、破碎、磨细和混匀制成生料，生料经1450~C的高温烧成熟料，熟料再经破碎，与石膏或其他混合材一起磨细成为水泥。由于生料制备有干湿之别，所以将生产方法分为湿法，半干法或半湿法，干法3种。
(1)湿法生产的特点 将生料制成含水32％一36％的料浆，在回转窑内将生料浆烘干并烧成熟料。湿法制备料浆，粉磨能耗较低，约低30％，料浆容易混匀，生料成分稳定，有利于烧出高质量的熟料。但球磨机易磨件的钢材消耗大，回转窑的熟料单位热耗比干法窑高2093~2931KT／kg(500—700kcal／kg)，熟料出窑温度较低，不宜烧高硅酸率和高铝氧率的熟料。
(2)半干法生产的特点 将干生料粉加10％~15％水制成料球入窑煅烧称半干法，带炉篦子加热机的回转窑又称立波尔窑和立窑都是用半干法生产。国外还有一种将湿法制备的料浆用机械方法压滤脱水，制成含水19％左右的泥段再入立波尔窑煅烧，称为半湿法生产。半干法入窑物料的含水率降低了，窑的熟料单位热耗也可比湿法降低837~1675kJ／kg(200~400kcal／kg)。由于用炉篦子加热机代替部分回转窑烘干料球，效率较高，回转窑可以缩短，如按窑的单位容积产量计算可以提高2—3倍。但半干法要求生料应有一定的塑性，以便成球，使它的应用受到一定限制，加热机机械故障多，在我国一般煅烧温度较低，不宜烧高质量的熟料。
(3)立窑生产的特点 立窑属半干法生产，它是水泥工业应用最早的煅烧窑，从19世纪中期开始由石灰立窑演变而来，到1910年发展成为机械化立窑。立窑生产规模小，设备简单，投资相对较低，对水泥市场需求比较小的、交通不方便、工业技术水平相对较低的地区最为适用。用立窑生产水泥热耗与电耗都比较低，我国是世界上立窑最多的国家，立窑生产技术水平较高。但是，立窑由于其自身的工艺特点，熟料煅烧不均匀、不宜烧高硅酸率和高饱和比的熟料，窑的生产能力太小，日产熟料量很难超过300吨，从目前的技术水平来看也难以实现高水平的现代化。
(4)干法生产的特点 干法是将生料粉直接送入窑内煅烧，入窑生料的含水率一般仅1％～2％，省去了烘干生料所需的大量热量。以前的干法生产使用的是中空回转窑，窑内传热效率较低，尤其在耗热量大的分解带内，热能得不到充分利用，以致干法中空窑的热效率并没有多少改善。干法制备的生料粉不易混合均匀，影响熟料质量，因此40—50年代湿法生产曾占主导地位。50年代出现了生料粉空气搅拌技术和悬浮预热技术，?0年代初诞生了预分解技术，原料预均化及生料质量控制技术。现在干法生产完全可以制备出质量均匀的生料，新型的预分解窑已将生料粉的预热和碳酸盐分解都移到窑外在悬浮状态下进行，热效率高，减轻了回转窑的负荷，不仅热耗低使回转窑的热效率由湿法窑的30％左右提高到60％以上，又使窑的生产能力得以扩大，目前的标准窑型为3000t／d，最大的10000t／d。我国现在有700t／d、1000t／d、2000t／d、4000t／d的几种规格，逐步向大型方向发展。预分解窑生料预烧得好，窑内温度较高，熟料冷却速度快，可以烧高硅酸率、高饱和比以及高铝氧率的熟料，熟料强度高，因此现在将悬浮预热和预分解窑统称为新型干法窑，或新型干法生产线，新型干法生产是今后的发展方向。新型干法窑规模大，投资相对较高，对技术水平和工业配套能力要求也比较高，如条件不具备则难以正常发展。
3．水泥生产工艺流程
水泥生产的基本流程，以干法生产为例包括以下几个主要工序：
原料开采一破碎一烘干一配料一粉磨一生料贮存一均化一煅烧一熟料冷却及破碎一配料(加石膏和混合材)一粉磨一水泥贮存一装运。
湿法生产的区别在煅烧以前的生料制备过程上，主要工序为：
半干法生产的区别仅在出生料磨以后和入窑煅烧之前的一段，即：
粉磨一生料贮存均化一加水成球一煅烧。
新型干法生产则在各贮存环节上都加强了均化，具体为：
原料开采一破碎一预均化一配料一粉磨并烘干一生料粉贮存均化一煅烧一熟料冷却破碎一熟料贮存均化一配料一粉磨一水泥贮存均化一装运(或混配搅拌一装运)
此外，用煤做燃料时也要经过贮存均化，破碎(或烘干)，粉磨制成煤粉再人窑。混合材则视品种而定，如粒化高炉矿渣要经过烘干，煤矸石要预先破碎，石膏也需预先破碎。混合材和石膏通常都与熟料一起粉磨，近年来对粒化高炉矿渣趋向于单独粉磨，因为矿渣比熟料难磨，如与熟料一起粉磨难以磨细，不能充分发挥矿渣的作用。
二、水泥的用电设备及流程图
1．水泥窑系统
水泥窑是水泥厂的主要设备，由生料烧成熟料的整个过程都在窑内完成，最简单的回转窑是干法中空窑，如图1所示。生料粉由窑尾加入，煤粉用一次风由窑头喷入并在窑内燃烧，这里的火焰温度达1800—2000℃。生料在窑内不断向窑头流动，湿度也逐渐升高，经过烘干、脱水、预热、分解，到1300°C左右时出现液相，在火焰下面升高到1450°C烧成熟料，然后冷却到1300~1100℃离开回转窑落入单筒冷却机，冷却到100—150℃左右卸到熟料输送机运至熟料破碎机，破碎后入库贮存。
图1 干法中空回转窑
1—次风鼓风机 2—煤粉下料管 3—喷煤管 4—窑头罩 5—回转窑
6—生料粉下料管 7—烟室 8—熟料下料溜槽 9—单筒冷却机
10—熟料运输机
回转窑是由钢板卷制的圆筒，内砌耐火砖，由装车简体上的轮带和下面的托轮支承，用装在窑身上的大齿圈传动。回转窑通常以3．5％的斜度安放，转数一般在1转／分钟以内、新式干法窑可达3转／分钟以上。单筒冷却机与窑相似，不同的是筒内装有扬料板用以加速熟料冷却。窑头高温区简体温度过高，以前曾用水冷却，现已改为用风冷却。
上述干法中空窑是基本窑型，其他各种窑型主要是改变后部的烘干、预热和分解部分的结构与型式，及变换熟料冷却机。如湿法窑因料浆含水量高不易烘干，所以将窑加长，窑内挂上链条帮助烘干料浆，又装上热交换器提高烘干后物料的预热速度。冷却机常使用多筒冷却机，它是装在窑简体外面的小型冷却筒，一般由9~11个组成，筒内装扬料板，随窑筒体一起转动，将熟料冷却，如图2所示为我国常用的老式湿法窑和多筒冷却机。
半干法回转窑是用篦式加热机代替部分回转窑，生料球在炉篦子上被烘干、预热和部分分解，因篦式加热机的热效率比转筒高，所以窑的生产能力也比较大(见图3)。
新型干法窑是在短的回转窑后面加上悬浮式预热器，最早出现的为由4个旋风筒组成的旋风式预热器，如图4所示，物料仅用几秒钟的时间便能通4级旋风筒，温度升高到800—900°C，完成烘干、预热和有20％一30％的碳酸盐分解。以后又出现了立筒预热器，如图5所示，原理基本相同，都是让生料粉在悬浮状态下被预热。立筒预热器断面较大，不易堵塞尤其对小型窑比较有利，但效率较低，新建窑已很少采用。预分解窑是在旋风式预热器系统中用，入窑生料的分解率可达到85％~95％，回转窑的能力有了成倍的提高，煅烧熟料的单位热耗可降到2930KT／kg(700kcal／kg)，如图6所示。分解炉的型式很多，有40~50种，其基本原理都是使煤粉在悬浮的生料粉雾中或在沸腾的生料粉层中燃烧，燃烧放出的热量能立即被正在分解的生料粉吸收，传热效率极高，生料在分解炉中能基本完成碳酸盐分解反应，随气体进入下一级旋风筒并被从气体中分离出来进入回转窑。在分解炉中要燃烧50％左右的煤粉，所以从冷却机中抽出部分经过预热的空气送人分解炉，这一送风管称三次风管。大型预分解窑采用双系列6级预热器系统，并利用出预热器的废气来烘干生料，窑系统与生料磨系统联合生产，能更充分地利用热能，占地也小(如图7)。国外还有一些现代化的水泥厂，生料磨真正地与回转窑联索成一个系统，取消了生料粉贮存和均化库，出磨生料直接喂入预热器，当然这要求生料磨的可靠性和生料质量控制水平要达到相当高的程度，否则是行不通的。
图2湿法长窑生产流程图
1—回转窑 2—多筒式冷却机 3—喷煤管 4—传动齿轮 5—热交换器
6—链条 7—托轮 8水冷却 9—鼓风机 10—煤磨 11—选粉机
12—旋风收尘器 13—煤磨排风机 14—从窑头吸热空气送入煤磨的管子
15—收尘器 16—烟囱
图3二次通过的炉篦式加热机
1—成球盘 2—料球加料斗 3—烘干室 4—热风二次入口 5—加热室
6—炉篦子 7—回转窑 8—热风一次出口 9—废气出口
图4洪堡型旋风预热器
1—回转窑 2竖烟道 3—排风机 4—旋风筒 5—入窑下料管
现代回转窑十分重视熟料冷却效率，对各种型式的冷却机都做了相应的改进，如图8所示，单筒冷却机加大了直径和长度，设备结构简单，但占地较大，新式多筒冷却机也都加长到20m左右，窑筒体也被迫又向前延长并增加一道轮带，虽然省去了传动机构，但结构也较复杂，冷却效率相对较低，又不能抽三次风供分解炉用，新建窑已不再采用。篦冷机占地相对最小，效率高，虽结构复杂，动力消耗高，仍是目前所用的主要冷却设备。新式篦冷机篦板结构，送风方式都做了改进，又将篦冷机分为两级，中间加装辊式破碎机，三次风由窑头抽出，以提高三次风温度，有利于分解炉内的燃料燃烧，如图9所示。
图5几种不同型式的立筒预热器
1旋风筒 2—立筒 3—回转窑
立窑是不动的竖筒，生料与煤混合粉磨制成料球，由立窑上部加入窑内。料球尺寸一般7一15mm。含水14％左右，我国采用的预加水成球设备可将料球降到3—5mm，含水10％一12％，提高了窑的热效率。含某粉的料球在窑内被烘干，煤粉燃烧将生料烧成熟料。烧好的熟料由底部经卸料篦子卸出。冷风由窑下鼓入，在上升的过程中将熟料冷却，本身也得到预热，到高温带供料球中的煤粉燃烧用，废气由窑顶排出。立窑的直径以前1．7—2．5m，现在扩大到2．5~3．2m，高8—1lm，立窑的日产量已达250~300t／d。
图6带窑分解炉和预热器窑流程图
1—旋风筒 2—立筒 3—回转窑
4．水泥粉磨站
若把水泥生产工艺过程作为一个完整的工艺系统来看，最终产品是水泥，熟料是半成品，所以可以将这个系统分开，从原料采掘到制成熟料是一段，由熟料制成水泥和装运发货是第二段。一般情况下这两段应放在一起，这样少占用土地，方便管理，用人工也少，可以完全集中控制。然而在有些特殊情况又以分开更为有利，例如：
(1)大量运输水泥以水运最便宜，但是，原料基地，尤其石灰石矿山往往远离水运码头，这时可在原料基地建熟料生产线，即包括原料开采，破碎、烘干、粉磨、煅烧和熟料贮存。煅烧好的熟料再用火车运至水运码头附近，在这里建水泥粉磨站磨制水泥，在码头建水泥贮存和装船系统，水泥可以利用各种船舶水运出厂。例如1997年在山东投产的大宇水泥厂，在泅水石灰石矿山基地建了一条7200t／d的预分解窑熟料生产线，这也是目前中国最大的熟料生产线，又在240公里以外的日照港建了水泥粉磨站和水泥贮存仓及码头装船系统，水泥用远洋货船运往美国。因为运送熟料要比运送水泥简单、便宜，整体经济效益是好的。
(2)原料基地不一定在水泥市场附近，这时也可将水泥粉磨站建在水泥市场区，用高效率的大型水泥窑集中生产熟料，在水泥市场分散粉磨。如宁国水泥厂就在浙江宁波建有水泥粉磨站，还有一些水泥厂在上海建粉磨站。
(3)水泥工业的现代改造趋向是用大型预分解窑取代小型窑，即熟料生产的集中化，被淘汰的小型窑生产线还有一些粉磨设备可以利用，为提高社会整体效益，可利用这些小厂的粉磨设备作水泥粉磨站加工大型窑的水泥熟料。80年代欧洲水泥工业的现代化改造采用过这种办法，我国今后在逐步淘汰立窑的过程中也将采用这种办法。
水泥粉磨站有它有利的一面，即熟料比水泥更便于长途运输，能充分利用现有的小型粉磨设备。也有它不利的一面，如需设两套或更多的质量检验控制系统，管理人员多，太小的磨机磨制的水泥质量有时不如大型磨机的好，分开建粉磨站相对占地较多。今后的水泥厂也要用现代化的新技术和高技术进行改造，整个水泥生产过程要进行智能控制，生产是全封闭的，对厂内厂外都没有污染，若熟料煅烧与水泥粉磨建在一起更方便这种现代化改造。一些较落后的小型水泥磨系统也很难改造，不值得现代化改造，所以利用到一定时候还是以淘汰为好。
图8现代的单筒冷却机
多筒冷却机和篦冷机
图9现代的新式篦冷机
1—熟料输送机 2—第二级冷却篦床 3—辊式破碎机 4—余风抽风管道
5—三次风除尘筒 6—三次风管 7—窑头罩 8—回转窑
9—第1级冷却篦床铺 10—漏料输送机
水泥粉磨站要像水泥厂一样设立化验室，做熟料全分析，对水泥也要做细度、颗粒级配、化学分析，特别是SO3含量、烧失量、碱含量测定，做全套物理性能检验，保证出厂水泥符合标准要求。若熟料来自几家水泥厂还要保证水泥质量的稳定性，不要受更换熟料的影响，不同厂家的熟料对混凝土外加剂会有不同的相容性，对此应特别注意。熟料运输虽比水泥运输简单，但从目前国内一些厂的经验得出，熟料不能淋雨，否则会降低水泥强度。高温熟料经过长途运输也不一定会得到冷却，尤其回转窑熟料，粒度较小，堆积密度较大，经过240多公里的铁路运输温度几乎没有下降。熟料装车和卸车过程扬尘较大，比较难以解决。在发展水泥粉磨站时对这些问题都应考虑到，应有利于在现有的基础进一步提高水泥质量。
5．粉磨系统
球磨机是水泥工业最早使用的粉磨设备，现在仍占主导地位，虽然它的效率很低，如按单颗粒的粉碎功耗计算只有6％～9％，但球磨机维护简单，可靠性高，尤其用于水泥熟料粉磨，产品颗粒形状和级配合适，水泥性能好，目前还难以找到可以完全取代的设备(图11、12)。
图10机立窑系统
1—罗茨鼓风机 2—机立窑 3—料球输送机 4—成球盘 5—生料仓
6—烟囱 7—收尘设备 8—卸料篦子 9—料封卸料管 10—传动机组
图11双仓水泥磨，细磨仓采用分级衬板
1—磨头喷水管（一般不用） 2—加料置 3—粗磨仓 4—细磨仓
5—出料罩 6—磨尾喷水管（在大型磨机上有时采用）
图12带烘干仓的中卸式生料粉磨系统
1—热风炉 2—磨头仓 3—收尘器 4—粗粉分离器
5—选粉机 6—细磨粉磨仓 7—粗磨仓 8—烘干仓
立磨又称辊盘磨(图13)，它的效率比球磨机高，一般为7％~15，入料粒度大，烘干能力大，多用于生料的粉磨兼烘干作业。若物料中夹有过硬的组分，如燧石，则不易磨碎，辊和盘磨损加大，不宜选用。现在有用立磨做球磨机的预粉磨，效果较好，还有用立磨单 独粉磨矿渣，也试验用立磨粉磨熟料，在一定的情况下也获得了性 能良好的水泥，普遍应用还不成熟。
辊压机是80年代中期出现的新设备，用两个相对转动的压辊对中间的料层施加压力，又称物料层粉碎，见图14。辊压机效率高，可达70％以上，能大幅度降低粉磨能耗，目前主要用做球磨机的预粉磨或联合粉磨。根据辊压机和球磨机的组合方式分以下5种流程：
(1)预粉磨一辊压机只承担预粉磨工作
(2)混合粉磨一球磨机的选粉机有部分粗粉回辊压机
(3)联合粉磨一辊压机的选粉机粗粉回辊压机细粉进球磨机
(4)部分终粉磨一辊压机出料经选粉后细粉人成品库，粗粉进球磨机
(5)终粉磨一粉磨过程完全由辊压机和造粉机承担
终粉磨用在粉磨生料和矿渣方面取得了较好的效果，用在水泥方面也有些试生产线，还不完全成熟，对有些熟料效果还可以，对大部分熟料粉磨出的水泥性能不如球磨机水泥性能好。
粉磨系统中还有一个重要设备即选粉机，我国水泥工业用得最多的是离心式和选风式选粉机，这些属第一代和第二代选粉机，近几年又引进和开发了第三代选粉机，分离精度和分离效率又有很大提高。第三代选粉机一般都加大了分离压，采用笼形选粉轮，能更好地将细粉选出，细粉在专设的分离设备中从气体分离出来.
四、水泥行业的电能质量问题
1.供电电压偏差
电压偏差产生原因及危害：
在系统运行中的任何时刻，各车间无功电源供给的无功功率与系统需求的无功功率应该相等，但水泥厂电力系统中的负荷随时可能发生的变化，电力系统运行中的故障等因素都将引起全厂功率的不平衡，系统无功功率不平衡意味着将有大量的无功功率流经供电线路和变压器，由于线路和变压器中存在阻抗，由此造成线路和变压器首末端电压出现差值。供配电线路输送距离过长，输送容量过大，导致截面过小等因素都会加大线路的电压损失，从而产生电压偏差。
水泥厂所有用电设备的输出功率、工作效率和使用寿命都不同程度地受电压的影响。电压偏差过大将显著影响水泥厂照明设备的发光效率和使用寿命，甚至可能直接烧毁灯泡。水泥厂大量使用的异步电动机，其最大电磁转矩与端电压的平方成正比。当电动机端电压较额定电压下降10%时，其转矩仅为额定转矩的81%，较额定转矩减少19%。如果电压降低过多，电动机可能停止运行或无法启动。
改善电压偏差的措施：
改变线路参数，减少电压损失。减小线路的电阻或电抗均可降低线路的电压损失，从而提高线路受端电压，达到调压的目的。所以在水泥生产线动力平面布置图的设计中对每台用电设备都应尽可能设计出最佳的电缆敷设路径，尽可能减小电缆长度，对于离配电柜距离很远的用电设备，应选用比正常载流条件下规格稍大的电缆。
改变变压器的变比。根据水泥厂车间的具体情况选择合适的分接头，使变压器的输出电压在±5%额定电压的范围内变化，从而得到合适的变压器输出电压。
配置充足的无功功率电源。对于水泥磨，辊压机等功率超过1000kW以上的高压电机应给每台电机分别配置静止进相机。对于车间低压柜列应根据计算配置合理的无功功率电容补偿装置。（容性无功可以抬升系统电压）
2.三相电压不平衡
三相不平衡产生的原因及危害：
水泥厂供电系统三相不平衡可以分为两类，一类是事故性不平衡，另一类是正常性不平衡。事故性不平衡即由各种故障引起，比如单相接地短路或两相相间短路等。正常性不平衡是在正常运行方式下，电力线路或用电环节的不平衡导致的电力系统三相不平衡。对于水泥厂远距离输电线路而言，线路电抗远远大于线路电阻，当三相导线呈正三角形排列时，各相所交链的磁链相等，电抗即相等；而当三相导线呈水平或垂直排列时，两边导线所交链的磁链大于中间导线的磁链，三相电抗故而不相等，所以三相电抗相等与否直接决定了供电线路是否平衡。用电环节的不平衡主要是三相负荷不对称引起的供电系统三相不平衡。
当供配电系统处于三相电压不平衡状态时，电压、电流中均会包含大量负序分量，负序电流会产生附加功率损耗，因此会加大线路的总损耗，降低了电力系统的经济运行。对于三相异步电动机而言，负序电压会产生制动转矩，使异步电动机的最大转矩和输出功率下降，还可能引起电动机振动。而对于变压器来说，变压器处于不平衡负载下运行时，变压器容量得不到充分利用，而且会缩短变压器的绝缘寿命。三相不平衡系统中的负序分量过大还可能会导致继电保护装置的误动作。
改善三相不平衡的措施：
将不对称负荷合理分布于三相中，使各相负荷尽可能平衡。对于多个大容量单相负荷，应充分计算其有功功率和无功功率，使得分布于三相的负荷尽可能相差不大。
对于单相负荷容量极大时，考虑将不对称负荷采用单独的变压器供电。
对于长距离大容量馈电，例如总降离厂区某台变压器很远时，尽量采用三芯电缆，避免采用单芯电缆由于电抗分布不均匀而造成的电力线路的三相不平衡。
避免事故性三相不平衡可能造成的损失，加装消弧装置。
3.供电中断与供电可靠性
供电中断产生的原因及供电中断的危害：
引起水泥厂供电中断的原因是多方面的，主要分为以下几个类，一类是由于老鼠，蛇等小动物窜入配电柜，造成一次原件相间短路的事故性供电中断；另一类是某些运行人员对有关的操作规章制度不熟悉，或主管大意，从而引起事故造成停电故障；还有一类就是雷击、闪电等导致设备保护动作，引起系统事故。
水泥生产线的运行具有连续性，因为停电故障而造成的生产线跳停会给水泥企业带来水泥产量下降，水泥质量降低的严重后果，尤其是水泥销售旺季的时候，水泥供不应求，其所造成的损失更是无法估量，而且水泥企业的信誉和形象也会受到不好的影响。所以保证全厂供电的可靠性和持续性有着非常重要的意义。
提高供电可靠性的措施：
在各配电室装设防盗门，对门槛做加高处理，防止小动物窜入。因为猫，老鼠等窜入配电柜而造成的短路故障已经屡见不鲜，部分生产线甚至不止发生过一次类似事件，造成水泥企业巨大的经济损失。
加强运行人员的岗前培训和业务技能的培训，坚决做到持证上岗，同时还应强化安全生产教育，不断提高运行人员的技术水平和迅速处理事故的能力。
制定周密的事故应急措施。及时关注天气变化，提前做好电气设备的检修维护工作，把事故导致的损失减少到最小。
综上所述，系统电压偏差大小、电压三相不平衡程度以及供电可靠性的好坏对电气设备的安全运行与使用寿命都有着重要的影响，同时也直接关系到水泥厂电力系统自身的安全稳定和经济运行。保证全厂各点电压偏差在允许的范围之内，保证电压三相平衡以及提高系统的供电可靠性是水泥厂电气运行维护的基本任务。
4.谐波问题，在节能降耗的大背景下， 大功率可控整流装置、变频调速装置，非线性负荷以其高效率的驱动性能、良好的控制特性、平滑的调速性、对配电系统及设备冲击小且能节约大量电能等诸多优点而在大型水泥生产线中广泛应用。但是，这些非线性负载做为谐波源，由其带来的谐波污染也越来越受到关注。
水泥厂的谐波源
电网谐波主要来自于三个方面：一是发电电源质量不高产生谐波；二是输配电系统中产生的谐波； 三是用电设备产生的谐波。对于水泥厂供电网络来说发电电源产生的谐波有限。供配电系统中主要是电力变压器产生的谐波，它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁芯的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3 次谐波电流可达额定电流的0．5％。用电设备的谐波（用户谐波源）主要来自整流装置、交流变频装置等。对于新型干法水泥生产线来说，风机类耗电量约占全厂用电的30％ ，60％～70％电能都消耗在调解管道风量和压力的阀门开度上，而交流变频装置则常用于风机、水泵等设备的调节中，用以提高效率节能降耗。由于变频装置一般均采用相位控制，故谐波成分很复杂，除整数次谐波外，还含有分数次谐波，且这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波影响也越来越大。
谐波的危害
谐波对于配电系统的影响，表现在对线路上所配置的保护及测量设备的失真、不稳定及误动作。所以谐波超标，会严重威胁配电系统的安全稳定运行；谐波还会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力；谐波导致的噪声，会使变电所的噪声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。对于电力电容器，谐波会导致端电压升高，损耗加大，电容器发热，加速老化，从而缩短使用寿命；谐波还会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式耦合进通讯系统，影响它们的正常运行。对异步电动机的危害，主要体现在增加附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热，加速绝缘介质老化，产生机械震动和噪音等。负序谐波产生的负序旋转磁场，会产生制动力矩，影响电动机的有功出力。对断路器而言，无论其构成元件为电磁的、还是热磁的、亦或电子的，都可能受谐波的影响而产生误动。
水泥厂谐波的抑制措施
进行谐波治理，提高电力品质是第一位的，其次是节能。谐波治理是个综合治理过程， 要从源头抓起，加强设备谐波装置的配置和运行管理以防止谐波的产生。高压大功率变频装置高压大容量风机根据电机功率分为6kV 及3．3kV 两种，采用了西门子－罗宾康高压变频器。该装置通过采用多重化的脉宽调制技术，此种方式是由多个低压功率单元叠加而达到高压输出。每个功率单元由输入隔离变压器的二次隔离线圈分别供电，其额定输出电压为690V， 因每相5个功率单元， 故相电压为3450V，所对应的线电压为6000V，由于实现了输入多重化，由此可大大消除各单元产生的谐波（其中6kV 变频器为30脉冲整流，3．3kV 变频器为18 脉冲整流），被称为完美无谐波高压变频器，可以消除谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音及共模电压等问题，从而在根本上解决了谐波问题，
低压变频装置
低压电网中，对于谐波较大环境可以用调整功率因数来解决。一般非线性负荷相对于变压器额定容量的百分比超过15％，即属于谐波较大环境， 而印度SON 项目中窑头车间低压总装机负荷的60％为变频电机，其谐波污染仅靠调整功率因数是不能解决问题的。因此，解决的根本办法是把产生谐波的负载的供电线路和对谐波敏感负载的供电线路分开。所以，我们在设计中对于变频电机采用单独的供电电源。在本项目中低压变频电机( 小于200kW) 有415V 和690V 两个电压等级， 根据不同的电压等级分别设置两台变压器，这样可以使由非线性负载产生的畸变电压不会传导到线性负载上去。对于720kW，690V 的窑主传动电机, 其变频装置采用了12 脉冲整流， 并加装滤波装置，主要用来抑制变频器产生
的5、7、11 次谐波。其输入变压器则采用D，y11d0 型，两个副边绕组相差30电角度， 以实现12 脉冲工作方式，减少主回路谐波。在6kV 配电网中， 主要存在的是三次谐波污染，可以在通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备选型， 在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染因素，将谐波限制在标准允许的范围内。抑制谐波干扰，是个综合治理过程，除了采用变频电缆外还可采取相应的隔离、补偿及滤波等方法。如使用无源或有源滤波器；适当增加变压器的容量，减小回路阻抗；使用无谐波污染的绿色变频器等措施。进行谐波治理更重要的是要提高认识，积极进行谐波治理。这样，不仅能够改善整个网络的电力品质，同时也能延长用户设备使用寿命