水泥原料預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,除了與配料計量設備有關外,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均化方式的適用條件、均化效果、投資等因素,進行技術經(jīng)濟等多方面比較,希望對水泥廠采用原料預均化方案的選擇有所幫助。

　　2.幾種原料預均化設施的述評
　　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均化方式通常又稱之為“倉式預均化法”。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。
　　應該指出的是,該種預均化方法雖然實現(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)線石灰石預均化分別采用了5-Φ15m和3-Φ15m多點下料倉式預均化法。就目前情況而言,該種形式的預均化方法比較適合原料成分波動不太大的老廠技術改造,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均化方案。
　　2.2  預均化堆場
　　預均化堆場在預均化過程中,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、粘土的預配料。
　　圓形預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均化堆場。
　　可以看出,預均化堆場在我國大、中型水泥廠原料預均化方面發(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均化堆場進行原料預均化的。但預均化堆場投資大、機械設備復雜,自動化水平要求高,不論從財力,還是技術方面,都不是一般中、小水泥廠所能承受得了的。
　　2.3  斷面切取式原料預均化庫
　　斷面切取式原料預均化庫是在吸取多庫搭配和預均化堆場長處的基礎上設計出來的。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,故該種預均化庫從斷面上切取各層物料的情況看與預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用該庫能夠進行預配料的可能性,拓寬了該庫的應用范圍。
　　該庫除了占地面積小、設備簡單、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)設置了橡膠密封帶,只要采用常規(guī)的除塵設備,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.技術經(jīng)濟比較與分析
　　從前面所述中,我們可以看出預均化堆場和斷面切取式預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。。
　　預均化庫的占地面積、均化電耗、設備投資等指標均優(yōu)于預均化堆場,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,而預均化堆場的設備投資隨著規(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,預均化庫比預均化堆場增長的快。在700t/d的規(guī)模下,預均化庫的投資要比預均化堆場小得多,即使無頂蓋的預均化堆場的投資也比預均化庫要大;而在1500t/d的規(guī)模下,兩者投資相差的就不太大,而且無頂蓋的預均化堆場的投資比預均化庫要少得多。由此看來,1500t/d以上規(guī)模的水泥廠預均化庫在投資上與預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,沒有考慮預配料,1500t/d以下規(guī)模的水泥廠,預均化庫比預均化堆場占有明顯的優(yōu)勢。如果考慮預配料,采用預均化堆場方案,濕粘土可以直接進入預均化堆場,無需烘干;而采用預均化庫方案,除非干粘土,否則,必須烘干才能進入預均化庫,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?原料預均化是水泥廠一個相當重要的工藝環(huán)節(jié),但應綜合考慮原料自然條件、工藝要求、設備運行、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,就應該采用均化效果較佳的原料預均化堆場或斷面切取式原料預均化庫進行原料預均化。
　　(2)原料預均化堆場是采用矩形預均化堆場還是采用圓形預均化堆場應根據(jù)具體情況而定,從目前發(fā)展趨勢來看,圓形預均化堆場可望全面超過矩形預均化堆場,但如果需要考慮擴建因素,則只能采用矩形預均化堆場,不宜采用圓形預均化堆場。
　　總之,就均化效果而言,預均化堆場和斷面切取式預均化庫不分上下。而預均化堆場由于適應一定程度的粘性物料,在預配料上獨具優(yōu)勢。而斷面切取式原料預均化庫由于占地面積小,粉塵治理容易,特別適用于中、小型水泥廠的建設和技術改造。但隨著規(guī)模的擴大和地耐力的下降,斷面切取式預均化庫在土建費用上大幅度提高,而預均化堆場的優(yōu)勢則愈加明顯。采用何種形式的均化設施應進行全面的技術經(jīng)濟分析,從實際出發(fā),確定方案。