水泥原料預(yù)均化方式的比較與選擇

　　1.引言 　　

　　水泥工業(yè)在生產(chǎn)工藝過(guò)程中要力求生料質(zhì)量的均齊,以保證窯內(nèi)熱工制度的穩(wěn)定,燒出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料。水泥生料成分波動(dòng)范圍的大小,除了與配料計(jì)量設(shè)備有關(guān)外,更主要的是取決于各種原料成分的相對(duì)穩(wěn)定。然而,我國(guó)有相當(dāng)一部分水泥廠的原料來(lái)源多而雜,成分波動(dòng)大而又無(wú)變化規(guī)律。況且,隨著對(duì)充分利用礦產(chǎn)資源、盡可能地減少?gòu)U石棄土以及保護(hù)環(huán)境的呼聲越來(lái)越高,原料預(yù)均化的意義就更顯重要了,即使在中、小水泥廠也提到議事日程上來(lái)。本文試圖通過(guò)分析不同的原料預(yù)均化方式的適用條件、均化效果、投資等因素,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)等多方面比較,希望對(duì)水泥廠采用原料預(yù)均化方案的選擇有所幫助。

　　2.幾種原料預(yù)均化設(shè)施的述評(píng)
　　2.1  多庫(kù)搭配及多點(diǎn)下料
　　多庫(kù)搭配及多點(diǎn)下料是我國(guó)絕大多數(shù)水泥廠通常采用的方式,盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)轉(zhuǎn)維修管理費(fèi)用低,但均化系數(shù)一般只有1.5左右。為此,為了提高均化效果,人們將定點(diǎn)進(jìn)料改為S形小車(chē)往返布料,形成人字形料堆,這種多庫(kù)搭配改進(jìn)型的預(yù)均化方式通常又稱(chēng)之為“倉(cāng)式預(yù)均化法”。卸料在條件允許的情況下可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)下料和各庫(kù)按一定比例卸料相結(jié)合的方式,則均化效果更好,其均化系數(shù)可達(dá)2.0～2.5。倉(cāng)式預(yù)均化法早在70年代在浙江常山、湖南常德等水泥廠就用來(lái)均化石煤,并取得了良好的效果。
　　應(yīng)該指出的是,該種預(yù)均化方法雖然實(shí)現(xiàn)了平鋪布料,但沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)斷面切取的取料方式,因此,均化效果受到一定的影響,故不適用于波動(dòng)較大的物料的預(yù)均化,而且對(duì)于粘滯物料以及水分較大的物料也不宜采用。對(duì)于原燃料波動(dòng)不是太大的水泥廠,此種預(yù)均化方式還是適用的。魯南水泥廠2×2000t/d和新疆水泥廠2000t/d熟料水泥生產(chǎn)線石灰石預(yù)均化分別采用了5-Φ15m和3-Φ15m多點(diǎn)下料倉(cāng)式預(yù)均化法。就目前情況而言,該種形式的預(yù)均化方法比較適合原料成分波動(dòng)不太大的老廠技術(shù)改造,可將已有的多個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)庫(kù)頂改為皮帶布料小車(chē),即可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)式預(yù)均化法。其改造費(fèi)用較其它方式要低得多,不失為一些老廠在技改中一種可供選擇的原料預(yù)均化方案。
　　2.2  預(yù)均化堆場(chǎng)
　　預(yù)均化堆場(chǎng)在預(yù)均化過(guò)程中,采用堆料機(jī)連續(xù)地把進(jìn)料按一定的方式在堆場(chǎng)上多層堆鋪,形成上下重疊的人字形料層的具有一定長(zhǎng)寬比的料堆;而取料機(jī)則按垂直于料堆的縱向,實(shí)行對(duì)成分各異的料層的同時(shí)切取,完成“平鋪直取”,實(shí)現(xiàn)各層物料的混合,從而達(dá)到均化目的。
　　預(yù)均化堆場(chǎng)的布置方式有矩形和圓形兩種。矩形堆場(chǎng)一般都有兩個(gè)料堆,一個(gè)堆料,一個(gè)取料,相互交替。每個(gè)料堆的儲(chǔ)量通?？晒┕S使用5～7d。兩個(gè)料堆是平行還是呈直線布置,應(yīng)根據(jù)工廠地形條件和總體布置的要求決定,水泥廠多采用直線型布置,以降低投資。如冀東、寧國(guó)、柳州等水泥廠采用的就是矩形堆場(chǎng),其中寧國(guó)、柳州水泥廠實(shí)現(xiàn)了石灰石、粘土的預(yù)配料。
　　圓形預(yù)均化堆場(chǎng)的原料是由皮帶機(jī)送到堆場(chǎng)中心,由可以圍繞中心作360°回轉(zhuǎn)的懸臂式皮帶堆料機(jī)旋轉(zhuǎn)堆料,形成截面為重疊的人字形料層的環(huán)型料堆。取料則采用橋式刮板取料機(jī),其橋架的一端固定在堆場(chǎng)中心的立柱上,另一端則支撐在料堆外圍的圓形軌道上。整個(gè)橋架以立柱為圓心,按垂直于料堆回轉(zhuǎn)方向的截面進(jìn)行端面取料,刮板將物料送到堆場(chǎng)底部中心卸料斗,由地溝皮帶機(jī)運(yùn)出。雙陽(yáng)、云浮、琉璃河等水泥廠相繼采用了圓形預(yù)均化堆場(chǎng)。
　　可以看出,預(yù)均化堆場(chǎng)在我國(guó)大、中型水泥廠原料預(yù)均化方面發(fā)揮著重要的作用,我國(guó)700t/d熟料以上規(guī)模水泥生產(chǎn)線不少?gòu)S家采用的是預(yù)均化堆場(chǎng)進(jìn)行原料預(yù)均化的。但預(yù)均化堆場(chǎng)投資大、機(jī)械設(shè)備復(fù)雜,自動(dòng)化水平要求高,不論從財(cái)力,還是技術(shù)方面,都不是一般中、小水泥廠所能承受得了的。
　　2.3  斷面切取式原料預(yù)均化庫(kù)
　　斷面切取式原料預(yù)均化庫(kù)是在吸取多庫(kù)搭配和預(yù)均化堆場(chǎng)長(zhǎng)處的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的。該庫(kù)既實(shí)現(xiàn)了平鋪布料,又實(shí)現(xiàn)了斷面切取取料,因此,均化效果可以與預(yù)均化堆場(chǎng)相媲美。
　　該庫(kù)的主體為矩形中空六面體,庫(kù)頂布置一條S形膠帶輸送機(jī),用以布料,庫(kù)底設(shè)有若干卸料斗和一條或兩條膠帶輸送機(jī),用以卸料。四面為擋墻,為了保證連續(xù)生產(chǎn),庫(kù)內(nèi)由隔墻沿縱向?qū)?kù)一分為二,一側(cè)布料時(shí),另一側(cè)出料,交替進(jìn)行裝卸作業(yè),其工藝流程如示意圖所示。

　　該庫(kù)工作原理是,待均化的物料由S形膠帶輸送機(jī)往返平鋪入均化庫(kù),形成多層人字形料堆,裝滿后,從一端開(kāi)始依次啟動(dòng)庫(kù)底卸料器,利用物料的自然滑移,實(shí)現(xiàn)橫斷面上的切取,從而達(dá)到均化的目的。實(shí)質(zhì)上,該庫(kù)的料堆主體部分就是將預(yù)均化堆場(chǎng)料堆的兩端和兩邊的側(cè)邊截去一部分而得的,故該種預(yù)均化庫(kù)從斷面上切取各層物料的情況看與預(yù)均化堆場(chǎng)沒(méi)有太多的區(qū)別,但該庫(kù)庫(kù)底能夠?qū)崿F(xiàn)梯次卸料,從而在一定程度上減緩了物料離析對(duì)均化效果的影響。這就從理論上說(shuō)明了其均化效果與預(yù)均化堆場(chǎng)相接近,甚至在物料粒度均齊性差的情況下優(yōu)于預(yù)均化堆場(chǎng)的原因。
　　該庫(kù)最先用在山東牟平水泥廠節(jié)能示范線上,從1987年使用以來(lái),設(shè)備運(yùn)行可靠,管理維護(hù)方便,其均化系數(shù)一直穩(wěn)定在3.5左右。目前,年產(chǎn)水泥60萬(wàn)t以下規(guī)模的水泥廠國(guó)內(nèi)外已有幾十家相繼采用,從部分已投產(chǎn)的廠家反饋信息看,當(dāng)石灰石CaO含量標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%左右時(shí),只要采用平鋪布料,梯次卸料,出庫(kù)CaO含量標(biāo)準(zhǔn)偏差基本能夠降低到0.5%以下,均化系數(shù)均能達(dá)到3.0以上。如江蘇省南京市龍?zhí)端鄰S1992年底竣工投產(chǎn)的48m×10m×20m的斷面切取預(yù)均化庫(kù),儲(chǔ)量為2×5000t,工廠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為入庫(kù)石灰石CaO含量標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.0%～1.6%之間,出庫(kù)CaO含量標(biāo)準(zhǔn)偏差已降低到0.3%～0.5%,均化系數(shù)達(dá)到3.57～3.84。斷面切取式原料預(yù)均化庫(kù)對(duì)成分大幅度波動(dòng)的原料同樣具有較強(qiáng)的均化能力。在牟平水泥廠曾進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn),在布料過(guò)程中,有意摻入煤渣加大進(jìn)料CaO含量的波動(dòng)周期和波動(dòng)幅度,一共間隔平鋪了四層煤渣,每層約9t,摻量為2%。由于煤渣鋪的相對(duì)比較集中,因而布料極不均勻,成分波動(dòng)極大,但進(jìn)出物料抽測(cè)結(jié)果表明,進(jìn)料CaO含量標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.2%,出料CaO含量標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.75%,均化系數(shù)達(dá)到8.0以上。另一方面也說(shuō)明了應(yīng)用該庫(kù)能夠進(jìn)行預(yù)配料的可能性,拓寬了該庫(kù)的應(yīng)用范圍。
　　該庫(kù)除了占地面積小、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便之外,還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是易于防塵。該庫(kù)不像預(yù)均化堆場(chǎng)的堆料和取料都是敞開(kāi)的,其均化過(guò)程則全部在庫(kù)內(nèi)進(jìn)行。布料時(shí),待均化的物料由S形膠帶輸送機(jī)沿庫(kù)頂僅為一個(gè)0.3～0.5m寬的狹長(zhǎng)孔進(jìn)入庫(kù)內(nèi),而且孔側(cè)設(shè)置了橡膠密封帶,只要采用常規(guī)的除塵設(shè)備,庫(kù)頂粉塵就能夠得到較好的解決;庫(kù)底和常規(guī)的原料庫(kù)相類(lèi)似,防塵問(wèn)題也不難處理。
　　需要指出的是,該庫(kù)對(duì)水分大于5%及粘性大的原料不適用,如果石灰石和濕粘土要進(jìn)行預(yù)配料,該庫(kù)將無(wú)能為力。此外,該庫(kù)隨著規(guī)模的增大,土建投資占的比重增大,限制著該庫(kù)向大型化發(fā)展。
　　3.技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與分析
　　從前面所述中,我們可以看出預(yù)均化堆場(chǎng)和斷面切取式預(yù)均化庫(kù)由于其具有較高的均化系數(shù),因而廣泛地受到了水泥行業(yè)的青睞。。
　　預(yù)均化庫(kù)的占地面積、均化電耗、設(shè)備投資等指標(biāo)均優(yōu)于預(yù)均化堆場(chǎng),而且粉塵較易處理,操作維護(hù)方便。但其土建投資隨著規(guī)模的增大所占的比重增加明顯,而預(yù)均化堆場(chǎng)的設(shè)備投資隨著規(guī)模的增大所占的比重呈明顯下降趨勢(shì),從總投資來(lái)看,隨著規(guī)模的增大,預(yù)均化庫(kù)比預(yù)均化堆場(chǎng)增長(zhǎng)的快。在700t/d的規(guī)模下,預(yù)均化庫(kù)的投資要比預(yù)均化堆場(chǎng)小得多,即使無(wú)頂蓋的預(yù)均化堆場(chǎng)的投資也比預(yù)均化庫(kù)要大;而在1500t/d的規(guī)模下,兩者投資相差的就不太大,而且無(wú)頂蓋的預(yù)均化堆場(chǎng)的投資比預(yù)均化庫(kù)要少得多。由此看來(lái),1500t/d以上規(guī)模的水泥廠預(yù)均化庫(kù)在投資上與預(yù)均化堆場(chǎng)相比將不占有優(yōu)勢(shì)。
　　以上討論的僅限于均化單一物料,沒(méi)有考慮預(yù)配料,1500t/d以下規(guī)模的水泥廠,預(yù)均化庫(kù)比預(yù)均化堆場(chǎng)占有明顯的優(yōu)勢(shì)。如果考慮預(yù)配料,采用預(yù)均化堆場(chǎng)方案,濕粘土可以直接進(jìn)入預(yù)均化堆場(chǎng),無(wú)需烘干;而采用預(yù)均化庫(kù)方案,除非干粘土,否則,必須烘干才能進(jìn)入預(yù)均化庫(kù),顯然,不僅增加了工藝環(huán)節(jié),而且投資也有較大幅度的增長(zhǎng)。
　　4  結(jié)論與建議
　　水泥廠原料進(jìn)行預(yù)均化,一方面,擴(kuò)大了原料資源,能夠利用礦石夾層,可以部分采用礦山的覆蓋層或廢石,從而達(dá)到減少剝離量,降低開(kāi)采成本,延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限,提高資源的綜合利用率的目的;另一方面,消除了原料長(zhǎng)周期的波動(dòng),顯著降低原料成分波動(dòng)的振幅,縮小其標(biāo)準(zhǔn)偏差,滿足了生料配料控制要求,為入窯生料質(zhì)量的穩(wěn)定性提供了有力的保證?？梢钥闯?原料預(yù)均化是水泥廠一個(gè)相當(dāng)重要的工藝環(huán)節(jié),但應(yīng)綜合考慮原料自然條件、工藝要求、設(shè)備運(yùn)行、建筑結(jié)構(gòu)、占地面積、粉塵治理等因素的影響,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面的綜合分析與比較,決定是否采用乃至采用哪種方式的原料預(yù)均化方案,其選擇的基本原則如下:
　　(1)根據(jù)原料成分波動(dòng)的情況來(lái)考慮是否需要采用原料預(yù)均化,一般來(lái)說(shuō),原料主要成分波動(dòng)范圍R<5%時(shí),可以認(rèn)為,原料均勻性良好,不需要采用預(yù)均化;當(dāng)R=5%～10%時(shí),表示原料有一定的波動(dòng),可以采用投資低、操作維護(hù)方便、均化效果尚可的多庫(kù)搭配法進(jìn)行原料預(yù)均化;當(dāng)R>10%時(shí),表示原料波動(dòng)較大,在沒(méi)有其它有效的方法可以減小波動(dòng)的情況下,就應(yīng)該采用均化效果較佳的原料預(yù)均化堆場(chǎng)或斷面切取式原料預(yù)均化庫(kù)進(jìn)行原料預(yù)均化。
　　(2)原料預(yù)均化堆場(chǎng)是采用矩形預(yù)均化堆場(chǎng)還是采用圓形預(yù)均化堆場(chǎng)應(yīng)根據(jù)具體情況而定,從目前發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,圓形預(yù)均化堆場(chǎng)可望全面超過(guò)矩形預(yù)均化堆場(chǎng),但如果需要考慮擴(kuò)建因素,則只能采用矩形預(yù)均化堆場(chǎng),不宜采用圓形預(yù)均化堆場(chǎng)。
　　總之,就均化效果而言,預(yù)均化堆場(chǎng)和斷面切取式預(yù)均化庫(kù)不分上下。而預(yù)均化堆場(chǎng)由于適應(yīng)一定程度的粘性物料,在預(yù)配料上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。而斷面切取式原料預(yù)均化庫(kù)由于占地面積小,粉塵治理容易,特別適用于中、小型水泥廠的建設(shè)和技術(shù)改造。但隨著規(guī)模的擴(kuò)大和地耐力的下降,斷面切取式預(yù)均化庫(kù)在土建費(fèi)用上大幅度提高,而預(yù)均化堆場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)則愈加明顯。采用何種形式的均化設(shè)施應(yīng)進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,從實(shí)際出發(fā),確定方案。