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。