水泥原料预均化方式的比较与选择.docx

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水泥原料预均化方式的比较与选择

水泥原料预均化方式的比较与选择

1 引言

   水泥工业在生产工艺过程中要力求生料质量的均齐,以保证窑内热工制度的稳定,烧出优质高产的熟料。

水泥生料成分波动范围的大小,除了与配料计量设备有关外,更主要的是取决于各种原料成分的相对稳定。

然而,我国有相当一部分水泥厂的原料来源多而杂,成分波动大而又无变化规律。

况且,随着对充分利用矿产资源、尽可能地减少废石弃土以及保护环境的呼声越来越高,原料预均化的意义就更显重要了,即使在中、小水泥厂也提到议事日程上来。

本文试图通过分析不同的原料预均化方式的适用条件、均化效果、投资等因素,进行技术经济等多方面比较,希望对水泥厂采用原料预均化方案的选择有所帮助。

2 几种原料预均化设施的述评

2.1 多库搭配及多点下料

   多库搭配及多点下料是我国绝大多数水泥厂通常采用的方式,尽管结构简单、操作方便、运转维修管理费用低,但均化系数一般只有1.5左右。

为此,为了提高均化效果,人们将定点进料改为S形小车往返布料,形成人字形料堆,这种多库搭配改进型的预均化方式通常又称之为“仓式预均化法”。

卸料在条件允许的情况下可实现多点下料和各库按一定比例卸料相结合的方式,则均化效果更好,其均化系数可达2.0～2.5。

仓式预均化法早在70年代在浙江常山、湖南常德等水泥厂就用来均化石煤,并取得了良好的效果。

   应该指出的是,该种预均化方法虽然实现了平铺布料,但没有完全实现断面切取的取料方式,因此,均化效果受到一定的影响,故不适用于波动较大的物料的预均化,而且对于粘滞物料以及水分较大的物料也不宜采用。

对于原燃料波动不是太大的水泥厂,此种预均化方式还是适用的。

鲁南水泥厂2×2000t/d和新疆水泥厂2000t/d熟料水泥生产线石灰石预均化分别采用了5-Φ15m和3-Φ15m多点下料仓式预均化法。

就目前情况而言,该种形式的预均化方法比较适合原料成分波动不太大的老厂技术改造,可将已有的多个储存库库顶改为皮带布料小车,即可实现仓式预均化法。

其改造费用较其它方式要低得多,不失为一些老厂在技改中一种可供选择的原料预均化方案。

2.2 预均化堆场

  预均化堆场在预均化过程中,采用堆料机连续地把进料按一定的方式在堆场上多层堆铺,形成上下重叠的人字形料层的具有一定长宽比的料堆;而取料机则按垂直于料堆的纵向,实行对成分各异的料层的同时切取,完成“平铺直取”,实现各层物料的混合,从而达到均化目的。

   预均化堆场的布置方式有矩形和圆形两种。

矩形堆场一般都有两个料堆,一个堆料,一个取料,相互交替。

每个料堆的储量通常可供工厂使用5～7d。

两个料堆是平行还是呈直线布置,应根据工厂地形条件和总体布置的要求决定,水泥厂多采用直线型布置,以降低投资。

如冀东、宁国、柳州等水泥厂采用的就是矩形堆场,其中宁国、柳州水泥厂实现了石灰石、粘土的预配料。

   圆形预均化堆场的原料是由皮带机送到堆场中心,由可以围绕中心作360°回转的悬臂式皮带堆料机旋转堆料,形成截面为重叠的人字形料层的环型料堆。

取料则采用桥式刮板取料机,其桥架的一端固定在堆场中心的立柱上,另一端则支撑在料堆外围的圆形轨道上。

整个桥架以立柱为圆心,按垂直于料堆回转方向的截面进行端面取料,刮板将物料送到堆场底部中心卸料斗,由地沟皮带机运出。

双阳、云浮、琉璃河等水泥厂相继采用了圆形预均化堆场。

   可以看出,预均化堆场在我国大、中型水泥厂原料预均化方面发挥着重要的作用,我国700t/d熟料以上规模水泥生产线不少厂家采用的是预均化堆场进行原料预均化的。

但预均化堆场投资大、机械设备复杂,自动化水平要求高,不论从财力,还是技术方面,都不是一般中、小水泥厂所能承受得了的。

因此,预均化堆场的发展在一定的程度上受到上述因素的限制。

2.3 断面切取式原料预均化库

   断面切取式原料预均化库是在吸取多库搭配和预均化堆场长处的基础上设计出来的。

该库既实现了平铺布料,又实现了断面切取取料,因此,均化效果可以与预均化堆场相媲美。

   该库的主体为矩形中空六面体,库顶布置一条S形胶带输送机,用以布料,库底设有若干卸料斗和一条或两条胶带输送机,用以卸料。

四面为挡墙,为了保证连续生产,库内由隔墙沿纵向将库一分为二,一侧布料时,另一侧出料,交替进行装卸作业,其工艺流程如示意图所示。

断面切取式原料预均化库工艺流程示意图

   该库工作原理是,待均化的物料由S形胶带输送机往返平铺入均化库,形成多层人字形料堆,装满后,从一端开始依次启动库底卸料器,利用物料的自然滑移,实现横断面上的切取,从而达到均化的目的。

实质上,该库的料堆主体部分就是将预均化堆场料堆的两端和两边的侧边截去一部分而得的,故该种预均化库从断面上切取各层物料的情况看与预均化堆场没有太多的区别,但该库库底能够实现梯次卸料,从而在一定程度上减缓了物料离析对均化效果的影响。

这就从理论上说明了其均化效果与预均化堆场相接近,甚至在物料粒度均齐性差的情况下优于预均化堆场的原因。

   该库最先用在山东牟平水泥厂节能示范线上,从1987年使用以来,设备运行可靠,管理维护方便,其均化系数一直稳定在3.5左右。

目前,年产水泥60万t以下规模的水泥厂国内外已有几十家相继采用,从部分已投产的厂家反馈信息看,当石灰石CaO含量标准偏差为1.5%左右时,只要采用平铺布料,梯次卸料,出库CaO含量标准偏差基本能够降低到0.5%以下,均化系数均能达到3.0以上。

如江苏省南京市龙潭水泥厂1992年底竣工投产的48m×10m×20m的断面切取预均化库,储量为2×5000t,工厂实测数据为入库石灰石CaO含量标准偏差在1.0%～1.6%之间,出库CaO含量标准偏差已降低到0.3%～0.5%,均化系数达到3.57～3.84。

断面切取式原料预均化库对成分大幅度波动的原料同样具有较强的均化能力。

在牟平水泥厂曾进行了如下实验,在布料过程中,有意掺入煤渣加大进料CaO含量的波动周期和波动幅度,一共间隔平铺了四层煤渣,每层约9t,掺量为2%。

由于煤渣铺的相对比较集中,因而布料极不均匀,成分波动极大,但进出物料抽测结果表明,进料CaO含量标准偏差为6.2%,出料CaO含量标准偏差为0.75%,均化系数达到8.0以上。

另一方面也说明了应用该库能够进行预配料的可能性,拓宽了该库的应用范围。

   该库除了占地面积小、设备简单、操作维护方便之外,还有一个显著的特点就是易于防尘。

该库不像预均化堆场的堆料和取料都是敞开的,其均化过程则全部在库内进行。

布料时,待均化的物料由S形胶带输送机沿库顶仅为一个0.3～0.5m宽的狭长孔进入库内,而且孔侧设置了橡胶密封带,只要采用常规的除尘设备,库顶粉尘就能够得到较好的解决;库底和常规的原料库相类似,防尘问题也不难处理。

   需要指出的是,该库对水分大于5%及粘性大的原料不适用,如果石灰石和湿粘土要进行预配料,该库将无能为力。

此外,该库随着规模的增大,土建投资占的比重增大,限制着该库向大型化发展。

3 技术经济比较与分析

   从前面所述中,我们可以看出预均化堆场和断面切取式预均化库由于其具有较高的均化系数,因而广泛地受到了水泥行业的青睐。

但在不同规模以及不同要求的水泥厂究竟哪一种预均化方式更适合一些呢?

为此,我们在相同的建设条件下,将预均化堆场和预均化库在不同生产规模下的应用进行技术经济等方面的比较,其结果详见预均化堆场和预均化库比较表。

预均化堆场与预均化库的比较表

工厂规模（t/d）

700

1000

1500

预均化堆场

预均化库

预均化堆场

预均化库

预均化堆场

预均化库

规格（m）

140×40

48×10×20

180×40

48×12×22

240×45

72×14×24

储量（t）

2×5000

2×5000

2×7000

2×7000

2×10000

2×10000

占地面积（m2）

5672（5600）

492

7288（7200）

588

10914（10800）

1025

均化系数

3～5

3～5

3～5

3～5

3～5

3～5

堆料设备

侧式悬臂

卸料小车

侧式悬臂

卸料小车

侧式悬臂

卸料小车

取料设备

桥式刮板

电磁振动

桥式刮板

电磁振动

桥式刮板

电磁振动

设备重量（t）

～190

～40

～210

～50

～240

～80

装机容量（kw）

175

60

185

75

200

90

均化电耗（kwh/t）

1.1～1.3

0.2～0.4

0.9～1.2

0.2～0.3

0.8～1.1

0.2～0.3

粉尘治理

较难

较易

较难

较易

较难

较易

设备维护

复杂

简单

复杂

简单

复杂

简单

设备投资（万元）

365

50

395

65

440

110

土建投资1（万元）

312（66）

335

400（85）

443

600（127）

845

土建投资2（万元）

227（66）

247

296（85）

326

437（127）

622

总投资1（万元）

677（431）

385

796（480）

508

1040（567）

955

总投资2（万元）

592（431）

297

687（480）

391

877（567）

732

　注:

①投资1为桩基,投资2为非桩基;括号内数字为无顶盖式预均化堆场。

    ②土建投资以1995年北京市价格为基准,设备投资以1995年询价为基准。

   通过比较可以看出,预均化库的占地面积、均化电耗、设备投资等指标均优于预均化堆场,而且粉尘较易处理,操作维护方便。

但其土建投资随着规模的增大所占的比重增加明显,而预均化堆场的设备投资随着规模的增大所占的比重呈明显下降趋势,从总投资来看,随着规模的增大,预均化库比预均化堆场增长的快。

在700t/d的规模下,预均化库的投资要比预均化堆场小得多,即使无顶盖的预均化堆场的投资也比预均化库要大;而在1500t/d的规模下,两者投资相差的就不太大,而且无顶盖的预均化堆场的投资比预均化库要少得多。

由此看来,1500t/d以上规模的水泥厂预均化库在投资上与预均化堆场相比将不占有优势。

   以上讨论的仅限于均化单一物料,没有考虑预配料,1500t/d以下规模的水泥厂,预均化库比预均化堆场占有明显的优势。

如果考虑预配料,采用预均化堆场方案,湿粘土可以直接进入预均化堆场,无需烘干;而采用预均化库方案,除非干粘土,否则,必须烘干才能进入预均化库,显然,不仅增加了工艺环节,而且投资也有较大幅度的增长。

如1000t/d规模的水泥厂,烘干系统所需投资要350万元左右。

因此,如果加上烘干系统的投资,1000t/d以上规模的水泥厂,预均化库的投资比预均化堆场要高。

4 结论与建议

   水泥厂原料进行预均化,一方面,扩大了原料资源,能够利用矿石夹层,可以部分采用矿山的覆盖层或废石,从而达到减少剥离量,降低开采成本,延长矿山服务年限,提高资源的综合利用率的目的;另一方面,消除了原料长周期的波动,显著降低原料成分波动的振幅,缩小其标准偏差,满足了生料配料控制要求,为入窑生料质量的稳定性提供了有力的保证。

可以看出,原料预均化是水泥厂一个相当重要的工艺环节,但应综合考虑原料自然条件、工艺要求、设备运行、建筑结构、占地面积、粉尘治理等因素的影响,进行技术经济等方面的综合分析与比较,决定是否采用乃至采用哪种方式的原料预均化方案,其选择的基本原则如下:

（1）根据原料成分波动的情况来考虑是否需要采用原料预均化,一般来说,原料主要成分波动范围R<5%时,可以认为,原料均匀性良好,不需要采用预均化;当R=5%～10%时,表示原料有一定的波动,可以采用投资低、操作维护方便、均化效果尚可的多库搭配法进行原料预均化;当R>10%时,表示原料波动较大,在没有其它有效的方法可以减小波动的情况下,就应该采用均化效果较佳的原料预均化堆场或断面切取式原料预均化库进行原料预均化。

（2）从工厂规模来看,如果不考虑预配料,1500t/d以下规模的水泥厂可以将占地面积少、均化电耗低、易于除尘、操作管理方便的预均化库作为首选方案;如果考虑预配料,700～1500t/d规模的水泥厂预均化堆场和预均化库两种方案均可采用;不管是否采用预配料,700t/d以下规模的水泥厂原料预均化优选方案是采用断面切取式原料预均化库,而1500t/d以上规模的水泥厂原料预均化优选方案是采用预均化堆场。

  （3）原料预均化堆场是采用矩形预均化堆场还是采用圆形预均化堆场应根据具体情况而定,从目前发展趋势来看,圆形预均化堆场可望全面超过矩形预均化堆场,但如果需要考虑扩建因素,则只能采用矩形预均化堆场,不宜采用圆形预均化堆场。

   总之,就均化效果而言,预均化堆场和断面切取式预均化库不分上下。

而预均化堆场由于适应一定程度的粘性物料,在预配料上独具优势。

而断面切取式原料预均化库由于占地面积小,粉尘治理容易,特别适用于中、小型水泥厂的建设和技术改造。

但随着规模的扩大和地耐力的下降,断面切取式预均化库在土建费用上大幅度提高,而预均化堆场的优势则愈加明显。

采用何种形式的均化设施应进行全面的技术经济分析,从实际出发,确定方案。