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。水泥生料成分波動范圍的大小,除了與配料計量設(shè)備有關(guān)外,更主要的是取決于各種原料成分的相對穩(wěn)定。然而,我國有相當一部分水泥廠的原料來源多而雜,成分波動大而又無變化規(guī)律。況且,隨著對充分利用礦產(chǎn)資源、盡可能地減少廢石棄土以及保護環(huán)境的呼聲越來越高,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。本文試圖通過分析不同的原料預(yù)均化方式的適用條件、均化效果、投資等因素,進行技術(shù)經(jīng)濟等多方面比較,希望對水泥廠采用原料預(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
　　2.1  多庫搭配及多點下料
　　多庫搭配及多點下料是我國絕大多數(shù)水泥廠通常采用的方式,盡管結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運轉(zhuǎn)維修管理費用低,但均化系數(shù)一般只有1.5左右。為此,為了提高均化效果,人們將定點進料改為S形小車往返布料,形成人字形料堆,這種多庫搭配改進型的預(yù)均化方式通常又稱之為“倉式預(yù)均化法”。卸料在條件允許的情況下可實現(xiàn)多點下料和各庫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2.0～2.5。倉式預(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)均化方法雖然實現(xiàn)了平鋪布料,但沒有完全實現(xiàn)斷面切取的取料方式,因此,均化效果受到一定的影響,故不適用于波動較大的物料的預(yù)均化,而且對于粘滯物料以及水分較大的物料也不宜采用。對于原燃料波動不是太大的水泥廠,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多點下料倉式預(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不太大的老廠技術(shù)改造,可將已有的多個儲存庫庫頂改為皮帶布料小車,即可實現(xiàn)倉式預(yù)均化法。其改造費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
　　預(yù)均化堆場在預(yù)均化過程中,采用堆料機連續(xù)地把進料按一定的方式在堆場上多層堆鋪,形成上下重疊的人字形料層的具有一定長寬比的料堆;而取料機則按垂直于料堆的縱向,實行對成分各異的料層的同時切取,完成“平鋪直取”,實現(xiàn)各層物料的混合,從而達到均化目的。
　　預(yù)均化堆場的布置方式有矩形和圓形兩種。矩形堆場一般都有兩個料堆,一個堆料,一個取料,相互交替。每個料堆的儲量通?？晒┕S使用5～7d。兩個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、柳州等水泥廠采用的就是矩形堆場,其中寧國、柳州水泥廠實現(xiàn)了石灰石、粘土的預(yù)配料。
　　圓形預(yù)均化堆場的原料是由皮帶機送到堆場中心,由可以圍繞中心作360°回轉(zhuǎn)的懸臂式皮帶堆料機旋轉(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,其橋架的一端固定在堆場中心的立柱上,另一端則支撐在料堆外圍的圓形軌道上。整個橋架以立柱為圓心,按垂直于料堆回轉(zhuǎn)方向的截面進行端面取料,刮板將物料送到堆場底部中心卸料斗,由地溝皮帶機運出。雙陽、云浮、琉璃河等水泥廠相繼采用了圓形預(yù)均化堆場。
　　可以看出,預(yù)均化堆場在我國大、中型水泥廠原料預(yù)均化方面發(fā)揮著重要的作用,我國700t/d熟料以上規(guī)模水泥生產(chǎn)線不少廠家采用的是預(yù)均化堆場進行原料預(yù)均化的。但預(yù)均化堆場投資大、機械設(shè)備復(fù)雜,自動化水平要求高,不論從財力,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
　　斷面切取式原料預(yù)均化庫是在吸取多庫搭配和預(yù)均化堆場長處的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的。該庫既實現(xiàn)了平鋪布料,又實現(xiàn)了斷面切取取料,因此,均化效果可以與預(yù)均化堆場相媲美。
　　該庫的主體為矩形中空六面體,庫頂布置一條S形膠帶輸送機,用以布料,庫底設(shè)有若干卸料斗和一條或兩條膠帶輸送機,用以卸料。四面為擋墻,為了保證連續(xù)生產(chǎn),庫內(nèi)由隔墻沿縱向?qū)煲环譃槎?一側(cè)布料時,另一側(cè)出料,交替進行裝卸作業(yè),其工藝流程如示意圖所示。

　　該庫工作原理是,待均化的物料由S形膠帶輸送機往返平鋪入均化庫,形成多層人字形料堆,裝滿后,從一端開始依次啟動庫底卸料器,利用物料的自然滑移,實現(xiàn)橫斷面上的切取,從而達到均化的目的。實質(zhì)上,該庫的料堆主體部分就是將預(yù)均化堆場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)均化庫從斷面上切取各層物料的情況看與預(yù)均化堆場沒有太多的區(qū)別,但該庫庫底能夠?qū)崿F(xiàn)梯次卸料,從而在一定程度上減緩了物料離析對均化效果的影響。這就從理論上說明了其均化效果與預(yù)均化堆場相接近,甚至在物料粒度均齊性差的情況下優(yōu)于預(yù)均化堆場的原因。
　　該庫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,設(shè)備運行可靠,管理維護方便,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t以下規(guī)模的水泥廠國內(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,當石灰石CaO含量標準偏差為1.5%左右時,只要采用平鋪布料,梯次卸料,出庫CaO含量標準偏差基本能夠降低到0.5%以下,均化系數(shù)均能達到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,儲量為2×5000t,工廠實測數(shù)據(jù)為入庫石灰石CaO含量標準偏差在1.0%～1.6%之間,出庫CaO含量標準偏差已降低到0.3%～0.5%,均化系數(shù)達到3.57～3.84。斷面切取式原料預(yù)均化庫對成分大幅度波動的原料同樣具有較強的均化能力。在牟平水泥廠曾進行了如下實驗,在布料過程中,有意摻入煤渣加大進料CaO含量的波動周期和波動幅度,一共間隔平鋪了四層煤渣,每層約9t,摻量為2%。由于煤渣鋪的相對比較集中,因而布料極不均勻,成分波動極大,但進出物料抽測結(jié)果表明,進料CaO含量標準偏差為6.2%,出料CaO含量標準偏差為0.75%,均化系數(shù)達到8.0以上。另一方面也說明了應(yīng)用該庫能夠進行預(yù)配料的可能性,拓寬了該庫的應(yīng)用范圍。
　　該庫除了占地面積小、設(shè)備簡單、操作維護方便之外,還有一個顯著的特點就是易于防塵。該庫不像預(yù)均化堆場的堆料和取料都是敞開的,其均化過程則全部在庫內(nèi)進行。布料時,待均化的物料由S形膠帶輸送機沿庫頂僅為一個0.3～0.5m寬的狹長孔進入庫內(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,庫頂粉塵就能夠得到較好的解決;庫底和常規(guī)的原料庫相類似,防塵問題也不難處理。
　　需要指出的是,該庫對水分大于5%及粘性大的原料不適用,如果石灰石和濕粘土要進行預(yù)配料,該庫將無能為力。此外,該庫隨著規(guī)模的增大,土建投資占的比重增大,限制著該庫向大型化發(fā)展。
　　3.技術(shù)經(jīng)濟比較與分析
　　從前面所述中,我們可以看出預(yù)均化堆場和斷面切取式預(yù)均化庫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)均化庫的占地面積、均化電耗、設(shè)備投資等指標均優(yōu)于預(yù)均化堆場,而且粉塵較易處理,操作維護方便。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,從總投資來看,隨著規(guī)模的增大,預(yù)均化庫比預(yù)均化堆場增長的快。在700t/d的規(guī)模下,預(yù)均化庫的投資要比預(yù)均化堆場小得多,即使無頂蓋的預(yù)均化堆場的投資也比預(yù)均化庫要大;而在1500t/d的規(guī)模下,兩者投資相差的就不太大,而且無頂蓋的預(yù)均化堆場的投資比預(yù)均化庫要少得多。由此看來,1500t/d以上規(guī)模的水泥廠預(yù)均化庫在投資上與預(yù)均化堆場相比將不占有優(yōu)勢。
　　以上討論的僅限于均化單一物料,沒有考慮預(yù)配料,1500t/d以下規(guī)模的水泥廠,預(yù)均化庫比預(yù)均化堆場占有明顯的優(yōu)勢。如果考慮預(yù)配料,采用預(yù)均化堆場方案,濕粘土可以直接進入預(yù)均化堆場,無需烘干;而采用預(yù)均化庫方案,除非干粘土,否則,必須烘干才能進入預(yù)均化庫,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。
　　4  結(jié)論與建議
　　水泥廠原料進行預(yù)均化,一方面,擴大了原料資源,能夠利用礦石夾層,可以部分采用礦山的覆蓋層或廢石,從而達到減少剝離量,降低開采成本,延長礦山服務(wù)年限,提高資源的綜合利用率的目的;另一方面,消除了原料長周期的波動,顯著降低原料成分波動的振幅,縮小其標準偏差,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)均化是水泥廠一個相當重要的工藝環(huán)節(jié),但應(yīng)綜合考慮原料自然條件、工藝要求、設(shè)備運行、建筑結(jié)構(gòu)、占地面積、粉塵治理等因素的影響,進行技術(shù)經(jīng)濟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)原料成分波動的情況來考慮是否需要采用原料預(yù)均化,一般來說,原料主要成分波動范圍R<5%時,可以認為,原料均勻性良好,不需要采用預(yù)均化;當R=5%～10%時,表示原料有一定的波動,可以采用投資低、操作維護方便、均化效果尚可的多庫搭配法進行原料預(yù)均化;當R>10%時,表示原料波動較大,在沒有其它有效的方法可以減小波動的情況下,就應(yīng)該采用均化效果較佳的原料預(yù)均化堆場或斷面切取式原料預(yù)均化庫進行原料預(yù)均化。
　　(2)原料預(yù)均化堆場是采用矩形預(yù)均化堆場還是采用圓形預(yù)均化堆場應(yīng)根據(jù)具體情況而定,從目前發(fā)展趨勢來看,圓形預(yù)均化堆場可望全面超過矩形預(yù)均化堆場,但如果需要考慮擴建因素,則只能采用矩形預(yù)均化堆場,不宜采用圓形預(yù)均化堆場。
　　總之,就均化效果而言,預(yù)均化堆場和斷面切取式預(yù)均化庫不分上下。而預(yù)均化堆場由于適應(yīng)一定程度的粘性物料,在預(yù)配料上獨具優(yōu)勢。而斷面切取式原料預(yù)均化庫由于占地面積小,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)模的擴大和地耐力的下降,斷面切取式預(yù)均化庫在土建費用上大幅度提高,而預(yù)均化堆場的優(yōu)勢則愈加明顯。采用何種形式的均化設(shè)施應(yīng)進行全面的技術(shù)經(jīng)濟分析,從實際出發(fā),確定方案。