第一節　水泥的種類及其生產工藝

一、水泥的種類及執行的產品標準

水泥是一種無機水硬性膠凝材料。水泥與水混合形成塑性漿體后，能在空氣中水化硬化，并保持一定的強度和體積穩定性。為滿足不同工程建設的特殊要求和需要，近百年來，水泥行業研究開發出具有不同特性的水泥品種，并制定了相關產品性能標準。

1.水泥的種類

一般來說，水泥按用途及性能分為通用水泥和特種水泥。

通用水泥指一般土木建筑工程通常采用的水泥。主要是指以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏或（和）混合材料制成的水硬性膠凝材料，通常以水泥的硅酸鹽礦物名稱冠以混合材料名稱或其他適當名詞命名的。通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。

特種水泥指具有特殊性能或用途的水泥。通常以水泥的主要礦物名稱、特性或用途命名，并可冠以水泥中主要混合材的名稱或不同型號命名。例如鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、G級油井水泥、快硬硅酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥等。

此外，水泥也可以按其主要水硬性物質名稱進行分類，可劃分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥和氟鋁酸鹽水泥等。

硅酸鹽水泥：主要水硬性礦物為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣；

鋁酸鹽水泥：主要水硬性礦物為鋁酸鈣；

硫鋁酸鹽水泥：主要水硬性礦物為無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣；

鐵鋁酸鹽水泥：主要水硬性礦物為無水硫鋁酸鈣、鐵鋁酸鈣和硅酸二鈣；

氟鋁酸鹽水泥：主要水硬性礦物為氟鋁酸鈣和硅酸二鈣。

在水泥產品命名過程中，按照需要會標明一些主要技術特性，包括快硬性（快硬和特快硬）、水化熱（中熱和低熱）、抗硫酸鹽性（中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕）、膨脹性（膨脹和自應力）、耐高溫性等。

2.水泥執行的產品標準

截至2014年10月，國內現行有效的各類水泥產品標準共計26個，不包括原料標準、測試方法標準等在內。其中鋁酸鹽水泥、油井水泥、道路硅酸鹽水泥等強制性國家標準正在修訂過程中，修訂后有可能不再作為強制性標準，而是轉為推薦性國家標準。這些標準從產品定義、組分、化學指標、物理指標、強度、出廠檢驗、型式檢驗、包裝、運輸儲存等多方面做出相應規定，確保產品合格，滿足不同工程質量的要求，見表4.1。

二、水泥的生產工藝

從1824年第一個水泥專利標志著水泥的誕生算起，水泥至今已有100多年的歷史。水泥生產工藝一般包括原材料的開采運輸、原材料（能源）的儲存和制備、熟料煅燒、水泥粉磨和儲存、包裝和發送等階段。

水泥企業的主要設備是“兩磨一窯”，“兩磨”指生料磨和水泥磨，“一窯”指水泥窯，包括回轉窯和立窯等工業爐窯，其中回轉窯是發展方向。從能源消耗與環境保護的角度來說，窯系統是水泥企業最主要的廢氣污染源，排放大量的粉塵、NO_x、CO₂和少量SO₂、CO、VOC（揮發性有機物）等，同時窯系統也是煤炭消耗最大的工序。粉磨過程則是水泥生產中電耗最大的過程，同時伴隨粉塵、噪聲排放。目前較為先進的水泥生產工藝是新型干法生產線，其典型工藝流程見圖4.1。

1.原料

通用水泥生產中所用原材料主要分為石灰質原料、黏土質原料和輔助原料三類。

（1）石灰質原料　石灰質原料是水泥熟料中氧化鈣的主要來源，是水泥生產中使用最多的一種原料，在生料中約占原料總量的80％，一般生產1t水泥熟料約需1.3～1.5t石灰質原料。石灰質原料指石灰石、石灰質泥灰巖、白堊、貝殼以及工業廢渣中的赤泥等以CaCO₃為主要成分的原料。我國生產水泥的石灰質原料主要采用石灰石，泥灰巖次之，再次之為大理石。

石灰巖在我國的分布非常廣泛，資源豐富，它依成因可分為生物石灰巖、化學石灰巖和碎屑石灰巖三種。石灰巖中常有其他混合物，并含有白云石、黏土、石英或燧石及硫酸鈣等雜質。石灰石中的白云石是熟料中MgO的主要來源。石灰石分解產生的二氧化碳是水泥工藝過程二氧化碳氣體排放居高不下的直接原因。生產配料中，石灰質原料對CaO、MgO、R₂O、SO₃、Cl^-、燧石或石英的含量有所要求。

（2）黏土質原料　黏土質原料一般由硅酸鹽礦物在地球表面風化形成，主要化學成分是SiO₂，其次為Al₂O₃，還有少量Fe₂O₃以及Mg、Na、K、Ca等，主要是供給熟料所需要的各種成分。一般生產1t熟料約用0.2～0.4t黏土質原料。由于地域廣大，我國水泥行業采用的黏土質原料種類較多，主要以黏土、黃土為主，其次為頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等。衡量黏土的質量主要取決于黏土的化學成分、含砂量、堿含量及黏土的可塑性、熱穩定性、需水量等工藝性能。這些性能隨黏土中所含的主導礦物不同、黏粒多寡及雜質不同而異。根據主導礦物不同，黏土可分成高嶺石類、蒙脫石類與水云母類等。南方的紅壤與黃壤屬于高嶺石類，華北與西北的黃土屬于水云母類。黏土中常常有石英砂、方解石、黃鐵礦、氧化鐵、碳酸鹽、硫酸鹽及有機物等雜質，化學成分差別很大，因此呈現出黃色、褐色或紅色等不同的顏色。生產配料中，黏土質原料對硅酸率、鋁氧率、MgO（％）、R₂O（％）、SO₃（％）有規定。

（3）輔助原料　水泥生產配料中還有一些輔助原料，它們用量較少，但對保證正常生產、提高質量、改善操作條件等起著良好的作用。有些輔助原料還可以起到節能減排、保護環境的作用。常用的輔助原料有鐵質校正原料、鋁質校正原料、硅質校正原料、綜合利用的廢料等。

鐵質校正原料如鐵礦石或硫鐵礦渣，可以用來補充生料中Fe₂O₃的含量。鐵礦石常用的有赤鐵礦、菱鐵礦。它們的化學成分分別為Fe₂O₃和FeCO₃。硫鐵礦渣是硫鐵礦經過煅燒脫硫以后的渣子，是硫酸廠的廢渣。另外，銅礦渣、鉛礦渣也含有較高的氧化鐵，都可作為水泥工業中的鐵質校正原料。

硅質校正原料通常可采用的有硅藻土、硅藻石、蛋白石，含SiO₂高的黏土、硅質渣、砂巖等。

鋁質校正原料有含Al₂O₃比較多的爐渣、煤矸石、鐵礬石、鋁礬土等，其質量要求Al₂O₃>30％。

綜合利用的廢料包括部分水泥企業采用粉煤灰雙摻工藝，在生料配料過程中摻加少量的粉煤灰，也有部分水泥企業利用水泥窯進行污泥、生活垃圾惰性物質的協同處置等。

2.燃料

水泥工業是消耗大量燃料的工業，燃料按其物理狀態不同可分為固體（煤）、液體和氣體三種。目前世界水泥工業中，回轉窯工廠燃料常采用煙煤、無煙煤、重油或渣油，很少采用煤氣，在中國目前使用的只有煙煤和無煙煤。立窯工廠則采用無煙煤或焦炭屑。對于煤來講，通常以其熱值的高低分為優質煤、普通煤和低質煤三種。

（1）煤　水泥工業通常采用元素分析和工業分析來確定燃煤的應用。元素分析提供煤的主要元素含量，如碳、氫、氮、硫等。這種分析方法對于精確地進行燃燒計算來說是必要的。工業分析包括對水分、揮發分、固定碳、灰分的測定。在四項總量以外，還需測定硫分，作為單獨的百分數提出。由此也可工業分析計算煤的熱值（發熱量以每千克煤能發出的以千焦計的熱量表示）。由于煤的灰分是水泥熟料的組分，對煤的灰分需作全分析，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等均應通過化學分析得出。回轉窯對燃煤的熱值、揮發分、灰分、水分、煤粉細度有一定的要求。

為了減輕燃煤發熱量與灰分的波動對熟料煅燒過程的影響，現代化水泥廠均有可靠的工藝措施對燃煤進行預均化。并以較大的儲存量作為生產工藝中的緩沖環節。煤預均化庫頂，設置若干水噴頭，當煤的水分低時，以提高煤庫濕度，減小揚塵。必要時，可大量噴水降溫，以防止出現超溫自燃。庫頂設置了若干排氣天窗，以防止可燃氣體的富集，從而避免可能產生的煙云爆燃和作業人員的CO中毒。

原煤不能直接用于煅燒熟料，一般用煤磨將含有一定水分的原煤烘干，粉磨成細度為88μm篩余10％左右、水分小于1％的煤粉。這樣，煤就能在一定空間內充分燃燒，形成較高的熱力強度，以利于煅燒的進行。煤的粉磨需要十分小心，避免以下三種情況，以防止煤粉的爆炸：①氣體混合物中的可燃物濃度達到爆炸的極限；②氣體混合物中的氧含量達到足以發生爆炸的程度；③混合物中引入了具有一定能級的啟爆熱源。

（2）液體和氣體燃料　采用液體或氣體燃料時，由于沒有灰分，燃料用量的變化不影響熟料的成分，熟料成分將比較均勻和穩定，有利于熟料質量的提高，加之熟料顆粒的表面沒有如同燃煤灰分形成的較為致密的殼，不但有利于熟料的冷卻，而且使熟料的易磨性有所改善，有利于水泥粉磨時電耗的降低。氣體和液體燃料流量的計量與控制相對而言也比較簡單。

從降低成本考慮，液體燃料多為價格較低的重油、渣油。重油的熱值為41316kJ/kg（9870kcal/kg）左右。煅燒水泥熟料所用重油的雜質含量一般要求為：硫分<3％，水分<2％，機械雜質<3％。為了降低其燃料黏度，以利于輸送和燃燒時的霧化，根據燃料的不同，一般需要預熱到80～120℃。

氣體燃料通常為天然氣和人造煤氣兩種，由于氣體燃料的體積較大，帶入的非助燃氣體較多，且影響高溫的二次風的充分利用，而且氣體燃料的火焰黑度較低，在窯頭燃燒時輻射傳熱效率較低，因而影響窯頭熟料的燒成。因此水泥工業主要采用熱值較高的天然氣作為回轉窯燃料，天然氣的熱值為33440～37620kJ/m³。氣體燃料供氣系統簡單，操作控制靈便。

3.破碎

水泥生產所需原料的進廠粒度多數超出了粉磨設備允許的進料粒度，需要預先破碎。此外，物料的粒度過大也不利于烘干、運輸與儲存等工藝環節。破碎是用機械擠壓或沖擊的方法減小物料粒度的過程。生產水泥所消耗的電能約有3/4用于物料的破碎和粉磨。因此合理地選擇破碎和粉磨設備就具有重要意義。由于從增加同樣的表面能而言，破碎過程要比粉磨過程經濟而方便得多，因此在物料進入粉磨設備之前，應盡可能將物料破碎至粒徑較小的小塊。一般要求石灰石進入粉磨設備之前破碎至小于25mm。這樣就可以減輕粉磨設備的負荷，提高磨機的產量。物料破碎至細小的顆粒后，可減少在運輸和儲存過程中不同粒度物料的離析現象，從而避免由此引起的原料成分的波動。縮小物料粒度對磨前的配料環節也有著重要的意義，因此破碎過程的產品粒度的要求應合理。追求過小的破碎粒度，不但降低了破碎效率，也將使破碎系統更為復雜。

破碎設備的類型主要有顎式破碎機、錘式破碎機、環錘式破碎機、黏土沖擊式破碎機和反擊式破碎機。

（1）顎式破碎機　顎式破碎機在水泥工廠中被廣泛采用，主要用來破碎石灰石、鐵礦石、石膏和大塊熟料等。顎式破碎機的優點是：構造簡單、制造維護容易，機體堅固，能破碎高強度的礦石，進料口大，能裝大料塊，適用范圍廣，對耐磨和韌性強的物料有較好的適應性。其缺點是：破碎比較小，粗碎式顎式破碎機出料粒度往往不能滿足入磨要求；片狀巖石由于容易發生漏料，不宜用顎式破碎機進行破碎；其動顎運動時呈往復運動，空行程不起破碎作用，工作效率較低；當破碎濕的和可塑性的物料時，出料口容易堵塞。

（2）錘式破碎機　水泥工業中廣泛地采用錘式破碎機，用來破碎石灰石、泥灰巖、熟料和煤塊等。錘式破碎機可分為單轉子和雙轉子兩種類型。錘式破碎機的優點是：生產能力大，破碎比高，最大可達70；構造簡單，機體小，產品粒度較小，零件易檢修、拆換。缺點是：錘頭、篦條、襯板磨損快；工作時產生粉塵大；不適合硬度較高、潮濕及黏性物料的破碎，當破碎水分大或黏性物料時，產量會大大下降，易堵塞出料口，同時易損件的磨損大大加速。

（3）環錘式破碎機　環錘式破碎機用于各種脆性物料，物料的抗壓強度不超過100MPa，表面水分不大于15％。除用于煤的破碎外，也可用于焦炭和頁巖等物料的破碎。環錘式破碎機是利用高速旋轉的轉子帶動環錘對物料進行沖擊破碎，使被沖擊后的物料又在環錘、破碎板和篩板之間受到壓縮、剪切、碾磨作用，進而達到所需粒度的高效率破碎機械。

（4）黏土沖擊式破碎機　黏土質原料是水泥生產中的主要原料，約占水泥原料的10％～20％。由于黏土含水分高，又有較強的塑性，很容易黏結，故黏土破碎需要專用設備。

（5）反擊式破碎機　反擊式破碎機在水泥工業中被廣泛采用。它適用于破碎石灰石等脆性物料，是一種高效率的破碎設備。反擊式破碎機具有結構簡單，生產效率高，破碎比大，單位能耗低，產品粒度較細，磨損較少等優點。缺點是不設下篦條的反擊式破碎機產品中有少量大塊；用于單段破碎時，必須嚴格控制最大進料粒度。

4.生料粉磨

應用于水泥行業的生料粉磨設備種類很多，從總的形式看，可分為球磨和立式磨兩種。

（1）球磨機　通常“管磨”和“球磨”統稱球磨機。管磨的長徑比為（3～6）:1，而球磨的長徑比小于3:1。球磨機構造簡單，易磨損的零件容易檢查和更換；工作效率低，筒體的有效容積利用率在50％以下，單位產量的能量消耗大，工作時噪聲大，體型笨重，磨機轉速低，減速機要求有較大的扭矩。

通常球磨機用于生料粉磨有兩種工藝：開路粉磨和閉路粉磨。開路粉磨系統的優點是流程簡單，設備少，投資省，操作簡便。其缺點是物料必須全部達到產品細度后才能出磨。因此，當要求產品細度較細時，已被磨細的物料將會產生過粉磨現象，細粉會在磨內形成緩沖墊層，有時甚至產生細粉包球糊磨現象，降低粉磨效率，增加粉磨電耗。閉路粉磨系統的優點是：出磨物料經過分級設備能及時選出產品，從而可以減輕過粉磨現象，提高粉磨效率。同時，閉路系統的產品粒度較為均勻，且可以用調節分級設備的方法來改變產品細度。粗料量與產品量之比稱為閉路系統的循環負荷率。一般產品細度越細，選粉機的效率將呈現下降趨勢，返回磨內粗粉的量也將增加，循環負荷率將提高。

目前大部分水泥窯外分解生產線生料粉磨系統采用烘干和粉磨過程在磨內同時進行的方式。烘干大大降低了磨內物料的水分，避免了結團和包球現象的發生，從而提高了粉磨的效率。典型的球磨烘干粉磨系統有風掃磨系統、中卸提升磨循環系統、尾卸提升循環磨系統等。

（2）立式磨　立式磨亦稱輥式磨，隨著工藝技術水平的發展，立式磨在現代化水泥廠的生料磨和煤磨中得到越來越廣泛的應用。立式磨比球磨具有許多優點：①粉磨效率高。立式磨是利用厚床原理粉磨，能量消耗較少，整個粉磨系統的電耗比球磨系統低10％～15％。②烘干能力強。可以充分利用出預熱器的低溫廢氣。由于熱風從環縫中進入，風速高達60～80m/s，故烘干效率高。如采用熱風爐的熱源，可烘干含15％～20％水分的原料。而一般帶烘干倉的球磨系統最大烘干水分為8％（通常不超過5％）。③入磨粒度大，物料入磨粒度可在50～150mm，最大入磨粒度通常可按磨輥直徑的5％計算，從而可放寬對破碎設備的要求。④生料的化學成分和細度控制更為有效，由于物料在輥式磨內停留時間僅2～3min，大大低于球磨機的10～20min。因此，對于檢測滯后于控制的生料化學成分控制，將由于時間滯后的縮短而大大提高控制精度。同時，立式磨能使合格的細粉及時分選出來，避免了過粉磨現象，產品粒度均勻，有利于水泥熟料的燒成。⑤占地面積小，占用空間小，噪聲低。立式磨及其傳動系統比球磨機、其傳動系統需要的空間和基礎都小，這種磨連同它的旋風筒、空氣加熱器和管道系統所需總的建筑空間小于球磨機、選粉機、提升機和其他附屬設備所需的總建筑空間。立式磨的運轉較球磨機噪聲低得多。但立式磨對磨蝕性差的物料適應能力差，硬度較高的物料易造成研磨部件的快速磨損，而研磨部件的制造費用和維修費用均較高。

5.燒成

水泥熟料的煅燒是水泥生產的重要環節，包括孰料在高溫窯里的燒制及出窯后的冷卻兩部分。水泥生產過程中，煅燒工序之前的原料預均化、生料制備和均化以及煤粉制備等都是為熟料燒成過程實現優質、高產、低消耗提供條件的。而熟料的產量、質量直接影響水泥的產量、質量以及水泥生產成本。煅燒熟料的方法很多，就現代化水泥廠熟料煅燒技術來說，不外乎懸浮預熱器窯和在此基礎上發展起來的窯外分解窯。

（1）懸浮預熱器窯　懸浮預熱器窯由一臺回轉窯和一組懸浮預熱器構成，生料粉在預熱器內呈懸浮狀態與出回轉窯的熱煙氣進行熱交換，被加熱至800℃左右，完成預熱、黏土脫水分解和部分碳酸鹽分解之后，再落入回轉窯進行煅燒。采用懸浮換熱的方法預熱生料，具有許多突出的優點。1950年這種窯發明后不久，便得到迅速推廣，并為后來窯外分解技術的產生打下了基礎，是水泥煅燒技術的一項突破性的進展。盡管目前世界范圍內，大型化水泥廠是窯外分解技術一統天下，但在國外部分生產線和國內特種水泥生產線中懸浮預熱器窯依然占據了主導地位，特別是1000t/d以下的熟料生產線懸浮預熱器窯居多。懸浮預熱器有旋風預熱器和立筒預熱器兩種。在預熱器中，由于生料與氣體接觸面積大，熱交換好，所以系統的熱效率遠比立窯等其他窯型高。

（2）窯外分解窯　窯外分解窯是一種能顯著提高水泥回轉窯產量的煅燒工藝設備。其主要特點是把大量吸熱的碳酸鈣分解反應從窯內傳熱速率較低的區域移到懸浮預熱器與窯之間的特殊煅燒爐（分解爐）中進行。生料顆粒分散在煅燒爐中，處于懸浮或沸騰狀態，以最小的溫度差，在燃料燃燒的同時，進行高速傳熱過程，使生料迅速發生分解反應。入窯生料的碳酸鈣表觀分解率，可從原來的懸浮預熱器的40％～50％提高到85％～95％，從而大大減輕了回轉窯的熱負荷，使回轉窯的生產能力成倍增加。窯外分解窯是國內主流窯型，占總產能的90％以上。

（3）熟料冷卻機　水泥工業中的熟料冷卻機目前有三種形式，即單筒、多筒和篦式冷卻機。

篦式冷卻機是一種驟冷式冷卻機。熟料在冷卻機的篦板上鋪成層狀，并用鼓風機將冷風通過篦板鼓入料層，熟料在較短的時間內與冷空氣進行充分熱交換，使不同礦物在一定溫度下形成的晶相迅速穩定下來，以確保水泥的質量。同時還能從冷卻機的確定部位抽取熱風，利用廢熱回收達到節約能源的目的。國內新型窯外分解窯多配備的是篦式冷卻機。

單筒冷卻機的優點是設備簡單，易于制造，操作維護方便，不需要另行增加收塵設施。由于單筒冷卻機的冷卻風量受到限制，筒內氣固兩相的熱交換的效率相對較低，所以出冷卻機的熟料溫度偏高，為200～250℃。冷卻機出口氣體速度3.8～4.3m/s，二次空氣溫度可達750℃，冷卻機的單位容積產量為0.25～0.4m³/（t·d）。國內特種水泥企業多采用單筒冷卻機，滿足生產能力不大，維護可靠、方便，操作成本低廉。

6.水泥粉磨

出窯熟料經冷卻機冷卻后，經過儲存后送到粉磨車間粉磨。熟料儲存的目的是降低熟料溫度，以保證磨機的正常工作，改善熟料質量，提高易磨性和作為緩沖環節，有利于窯磨生產的平衡和控制調配入磨熟料的質量。

熟料儲存目前常用的有圓形儲庫或圓形帳篷庫。圓形儲庫是由鋼筋混凝土澆筑而成，密閉性較好，有利于收塵，但水泥熟料散熱較慢。帳篷庫的結構在高度上與圓形庫相比降低很多，大約只有圓形庫的1/3，與圓形儲庫相比，相同儲量的帳篷庫占地面積較大，熟料暴露面積大，易于散熱，但不宜采用庫底配料的方式，需要增加一輪轉運。

根據水泥品質不同，水泥生產時常常摻加一定量的粉煤灰、磨細高爐礦渣等各種混合材料，一方面降低成本，另一方面滿足各種特殊的性能要求。水泥粉磨系統多采用球磨機，許多企業在原有基礎條件下逐步進行改造，加裝輥軋機，采用聯合粉磨系統提高磨機效率，從而降低水泥粉磨電耗。

7.水泥的儲存與包裝

（1）儲存　出磨水泥進入水泥儲庫儲存，有利于水泥質量的控制。大中型水泥廠水泥熟料質量穩定，用快速測定法幾小時即可獲得強度檢驗結果，但一般要看到3d強度檢驗結果，確認28d抗壓強度有富余2.5MPa以上的把握方可出庫。水泥在存放過程中吸收空氣中的水分，使水泥所含的游離氧化鈣消解，同時也使儲存水泥的溫度有所下降，以利水泥的輸送與包裝。

現代化的水泥工廠所采用的水泥庫主要是圓柱形混凝土庫，但出料方式、庫底結構已經一改傳統的錐斗結構的出料方式。取而代之的是設有充氣裝置的約15°的斜底庫，以提高儲庫的卸空率。

（2）包裝和散裝　為了便于運輸和使用，出廠水泥根據市場需求采用袋裝和散裝兩種形式。袋裝通常采用紙袋、編織袋或編織物和包裝紙結合的復合袋，每袋水泥凈重50kg。散裝水泥則采用專用的散裝車將出庫水泥直接送至水泥使用點。

包裝機主要分兩種類型，即回轉式包裝機和固定式包裝機。回轉式包裝機向包裝袋灌注水泥基本有兩種形式，一種采用壓縮空氣使水泥流態化，氣力助卸；另一種是依靠葉輪強迫灌裝式。通過灌裝嘴灌入水泥袋內。這種包裝機可用自動插袋機和碼包機實現包裝作業的全部自動化。由于回轉式包裝機的單機效率較高，工人勞動強度較輕，工作點比較集中，收塵負荷較小。因而對于50t/h以上的產量需求時，原則上應選用回轉包裝機。固定式包裝機有螺旋式包裝機、單嘴葉輪自卸式包裝機和多嘴葉輪式包裝機。它具有重量輕、體積小、便于安裝維護等優點。水泥由進料裝置中的給料器喂入包裝機的四個室，卸料室中有高速轉動的“十”字形葉軸。水泥受回轉葉片的作用，從卸料室沿切線方向的鴨嘴形出料口噴出并灌入水泥袋內。在重量達到50kg時，包裝機上的專設機構將中斷灌裝作業，將水泥包卸至膠帶輸送機上運走。

靠近城市周邊的水泥企業散裝率較高，多設置專用的水泥散裝庫或在水泥庫庫側設置水泥散裝機。散裝機可滿足火車或汽車的散裝裝車要求。散裝機不工作時，內外套筒收縮，借錐閥和鋼索把散裝頭懸吊起。當裝卸水泥時，內外套可以節節下降，直到下部的錐形斗插入罐口中為止。錐形斗插入罐口后就被罐口托住，兩者密切接觸實現密封。而內套繼續下降直到卡頭與鋼索座接觸為止。此時，水泥就能暢通無阻地卸入罐中。當散裝車料面達到一定高度時，料位計發出信號中斷卸料，并使散裝頭升起。裝卸期間的廢氣通過內外套之間的環形管道吸到收塵器中，凈化后排空。

三、水泥工業環境影響分析

1.能源消耗

國內水泥生產過程中均使用煤作為主要燃料，用于原料的烘干與脫水、碳酸鹽原料分解和熟料的煅燒。生產能耗中的電耗主要用于原料的破碎、均化和粉磨，熟料的煅燒與冷卻，水泥的粉磨、包裝和輸送。

根據國家統計局歷年數據可以看到，水泥行業的能源消耗占到了全國工業總能耗的7.5％左右，占整個建材行業能源消耗的73％左右，確實是能源消耗的大戶。2013年全國水泥能源消耗折標煤2億噸左右，一般來說煤炭占水泥生產所消耗能源的90％左右，電力消耗折合標煤所占比例10％左右，其他燃料占1％～2％。總體來說，在水泥產量持續攀升的情況下，總能耗有所增加，單位產品能耗有所下降，占全國工業總能耗比例也呈現出下降的趨勢。總能耗能夠不隨產量快速提升而提升，部分年度還能明顯下降的主要原因是水泥行業生產技術水平一直在不斷發展提高，國家淘汰落后產能和結構調整的宏觀調控政策起到了重要作用，單位熟料和單位水泥的生產綜合能耗從2000年以來一直呈下降趨勢。但是具體到企業，其能源消耗水平與技術裝備水平均存在很大差異。

2.資源消耗

水泥生產中消耗量最大的是石灰石，一般生產1t熟料約需1.3～1.5t石灰質原料。2013年全國水泥熟料產量約為13.6×10⁸t，以每噸熟料耗用1.3t石灰石計算，全年消耗石灰石資源17.7億噸。石灰石是水泥工業的重要資源，盡管我國石灰巖儲量豐富，但是也存在分布不均衡的問題，渤海灣、江蘇沿海、浙閩粵瓊東南、內蒙古中部、吉林東部、贛西、陜北等地資源短缺，石灰巖作為不可再生資源，加之我國水泥和鋼鐵工業對石灰石資源的大量需求，因此應珍惜和綜合利用。

黏土質原料是水泥生產消耗的第二大主要原料。一般生產1t熟料約用0.3～0.4t黏土質原料，以0.3t計算，2013年消耗黏土質原料4×10⁸t。由于地域廣大，我國水泥行業采用黏土質原料種類較多，主要以黏土、黃土為主，其次為頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等。

3.顆粒物

水泥工業對環境影響最為直觀的是煙塵、粉塵等顆粒物的污染，從原料進廠至水泥產出整個生產過程的多個環節都有顆粒物的排放。

近20年來，國家標準在不斷加嚴，水泥生產中的顆粒物排放總量逐年降低。收塵技術不斷革新，收塵設備的收塵效率有了很大提高，水泥窯用布袋收塵和電收塵效率可以達到99.99％以上，在入口顆粒物濃度達到幾十克甚至上百克的條件下，能夠滿足排放濃度30mg/m³的要求。2012年國家統計局數據顯示全國廢氣中煙（粉）塵排放總量1234.3×10⁴t，工業廢氣中煙（粉）塵排放量1029.3×10⁴t，占總量的83.4％。同年國家統計局水泥行業數據為規模以上企業水泥熟料產量12.79×10⁸t、水泥產量22.1×10⁸t，以現行的污染物排放系數進行行業估算，水泥排放的煙（粉）塵約占全國排放總量的4％～6％（不含無組織排放），所占比例較以往數據大幅下降。

但是，隨著社會進步、標準加嚴，仍然有少部分企業有組織排放顆粒物排放濃度存在超標現象。此外，由于工藝原料多為顆粒或粉狀物料，原材料露天堆放、長距離大范圍轉運等，造成部分工廠無組織排放帶來的污染比較嚴重。一般來說，工藝布局合理、收塵設備配備到位、物料儲存及運輸密閉的企業，通過嚴格管理和控制，正常生產情況下，顆粒物排放完全能夠保持在一個較為先進的水平。

4.NO_x

水泥窯煅燒過程中溫度能達到1500℃以上，煅燒過程中煤炭消耗量也較大，由此過程產生的NO_x是水泥企業排放的主要污染物之一。2012年國家統計局數據顯示全國廢氣中氮氧化物排放總量2337.8萬噸，其中，工業廢氣中氮氧化物排放量1658.1×10⁴t，占總量的70.9％；水泥行業排放的氮氧化物約占全國排放總量的9％～10％，在工業領域所占比例相對較高。水泥生產線NO_x排放點一般集中在窯尾煙氣排放口，產生點主要在窯尾煙室和窯筒體內，如圖4.2所示。

水泥工藝過程中燃料燃燒形成的NO_x中NO約占90％，NO排入大氣后可緩慢氧化成NO₂。NO_x酸雨對樹木和農作物的危害比SO₂還要大，即使濃度不高的情況下對人體健康也十分有害。并且，NO₂在陽光照射下分解為NO和O原子，O原子形成的臭氧會再和大氣中碳氫化合物形成毒性很強的光化學煙霧，環境危害極大。因此，從環境保護的角度講，水泥企業應該嚴格控制NO_x的排放。

5.SO₂

水泥生產中，由于原料及燃料中含硫，煅燒熟料時產生的SO₂，大部分與原料中的CaO作用生成CaSO₄留存在熟料中，很少部分隨廢氣排出。

目前，國內現有新型干法水泥生產線，基本不需要對SO₂采取治理措施。但也有極少部分新型干法水泥生產線，由于原料中低溫易分解的硫化物成分量較大，造成SO₂排放濃度較高。SO₂排放量與原料、燃料的硫含量有關，也與熟料煅燒工藝密切相關。在窯外分解及預熱器窯中，窯尾高溫廢氣在預熱器中與水泥生料粉充分接觸，使生料預熱并充分分解，廢氣中的SO₂被生料吸附，有效地降低排放濃度，同時由于窯尾廢氣常被用于生料磨烘干，為出窯廢氣提供了再次與生料充分接觸的機會，更加降低煙氣中SO₂的含量。

立窯生產過程中，由于窯面保持一定的濕料層，同樣可以對出窯廢氣中SO₂的排放起到抑制作用，穩定的暗火或淺暗火煅燒制度也可以有效地控制立窯SO₂的排放。與新型干法窯不同，控制立窯SO₂的排放需要嚴格控制原料、燃料中硫化物含量，以及更加嚴格的操作制度與管理水平。

水泥新型干法工藝自身特點能對SO₂起到有效控制的作用。現階段，國內現有產能超過90％以上采用的是新型干法工藝，因此，相比于其他特征污染物，水泥行業SO₂的排放問題并不嚴重。

6.CO₂

水泥工業是我國較大的碳排放源，因水泥熟料煅燒造成的CO₂直接排放達到每年11億噸左右，接近全國CO₂總排放的20％。水泥生產過程中的排放來源主要包括：煅燒工藝過程導致的CO₂直接排放、燃料燃燒導致CO₂直接排放、電力消耗引起的CO₂間接排放以及原材料及產品運輸的CO₂排放。其中煤炭燃燒和熟料煅燒過程中碳酸鹽分解是兩大主要二氧化碳排放源，工藝過程中碳酸鹽分解也是我國最大的非能源二氧化碳排放源。

煅燒過程的二氧化碳排放主要取決于原料類型及水泥品種。生產中所用石灰質原料，如石灰石、石灰質泥灰巖、白堊，在熟料煅燒過程中受熱分解，生成CaO并釋放出CO₂。石灰質原料是水泥生產中使用最多的一種原料，是熟料中CaO的主要來源，它在生料中約占80％，一般生產1t熟料約需1.3～1.5t石灰質原料。以熟料中CaO含量約為65％，MgO含量約為1.5％估算，石灰石為主要原料生產1t硅酸鹽水泥熟料，碳酸鹽分解造成CO₂工藝排放量約為0.52t。

目前我國水泥生產用燃料以煤為主，極少量柴油用于回轉窯啟動時的點火。如果以燃燒1t標煤排放2.72tCO₂，每噸熟料標煤耗0.11t計算，生產1t熟料燃料燃燒排放CO₂約為0.29t。水泥生產過程電力消耗造成的CO₂排放強度取決于企業自身電力消耗水平和電網的CO₂排放因子。如果以水泥熟料綜合電耗65kW·h/t，電網CO₂排放因子0.9kg/（kW·h）計算，生產1t水泥熟料電力消耗排放CO₂0.06t。原材料及成品運輸產生的CO₂排放取決于運輸的距離和采用的運輸工具。由于各企業情況不同，差距較大，同時相對前三項CO₂排放量較小，在此不作具體測試與計算。每噸水泥熟料CO₂排放總量為0.87t。其中，工藝CO₂排放占60％，燃料燃燒CO₂排放占33％，電力消耗CO₂排放7％。

7.噪聲

水泥行業的噪聲也是一個較嚴重的污染源，主要噪聲源包括水泥磨、生料磨、煤磨、破碎機、空壓機、各類風機等，噪聲影響遍布廠區范圍內。

8.廢棄物與廢水

水泥工業由于工藝及產品特點，固體廢物產生量及排放量均比較小，不但產生和排放固體廢物量少，同時還大量消納煤炭、冶金、電力等行業的矸石、礦渣、粉煤灰等常規廢渣、廢料作為功能性調節材料，緩解這些行業對環境的污染。另一方面，水泥工業還能將一些可燃性危險廢物作為替代燃料在水泥回轉窯內加以降解，既消除了可能產生的環境危害，又節約了能源。

水泥工業生產主要水消耗用于余熱發電和設備冷卻，與固體廢物一樣，水泥工業廢水排放量也比較少。水泥工業和化工、石油、造紙等行業不同，廢水中基本不含硫化物、氰化物、鋁、砷、汞、鎘、石油類等污染物。常規水泥生產企業通過建立污水處理站能夠完全實現零排放。

從以上八個方面分析水泥工業對環境的主要影響，可以看出一方面是燃料、電力、石灰石等資源、能源負荷；另一方面是二氧化碳、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放等污染源負荷。同時，水泥工業還有充分利用工業廢渣、廢料作為功能調節材料，以及利用或降解工業、生活垃圾及可燃性危險廢物的特點。