原料的预均化和堆场选择

水泥 2013-07-09

　特别是大型生产线，保证均衡稳定生产，对于提高产品质量及生产效率，降低能耗，长期安全运转起着重要作用。中国是一个产煤大国，水泥工业几乎全部以煤为燃料，煤质差别大、波动亦大。在原燃、料质量波动情况下，如果不采取预均化措施，是很难满足稳定生产要求的。

　　一.原料预均化的意义主要表现在以下几个方面：
　　（1）有利于稳定水泥窑入窑生料成分稳定
　　特别是大型生产线，保证均衡稳定生产，对于提高产品质量及生产效率，降低能耗，长期安全运转起着重要作用。中国是一个产煤大国，水泥工业几乎全部以煤为燃料，煤质差别大、波动亦大。在原燃、料质量波动情况下，如果不采取预均化措施，是很难满足稳定生产要求的。
　　（2）有利于扩大资源的利用范围
　　中国水泥工业所用的石灰石资源品质较好，而欧洲许多国家石灰石品位不高。采用预均化技术可以利用过去难以利用的矿石，夸大资源利用范围。
　　（3）有利于利用矿山夹层废石，扩大矿山使用年限
　　矿山开采中，常遇到废石夹层，过去均剥离摈弃，既增加开采成本，又占用土地。采用预均化技术可将夹层废石搭配到品位极高的矿石之中，既有效的利用了资源，又降低了成本和延长矿山的服役年限。
　　（4）满足矿山储存及均化双重要求，节约建设投资

　　二.原料预均化堆场的选用条件水泥工业生产中，判断是否需要建设预均化堆场，可根据原料成分波动及生产要求条件确定。
　　（1）根据生产工艺要求
　　例如：大型预分解窑生产线，对生料的波动限制较严，一般要求生料CaCO3标准偏差不大于?0.2%，因此即使在有高均化效果的生料均化库的条件下，出磨的生料CaCO3%的标准偏差要求≤?2%.因此，当进料石灰石CaCO3%的标准偏差大于?3%，而其他原料如粘土、煤炭等成分亦有较大波动时，就应该考虑采用石灰石预均化堆场。
　　（2）按原料进料的成分波动范围确定
　　当成分波动范围R<5%是，可以认为原料的均匀性良好，不需要采用预均化；当R=5%~10%是，表示原料有一定的波动，应结合其他原料的波动情况，包括煤炭的质量、设备条件和其他工艺上的种种因素综合考虑，最后根据生料在入窑前要求达到规定的均齐度而确定；当R>10%时，表示原料波动较大，则必须建设预均化堆场。
　　（3）结合原料矿山的具体情况统一考虑
　　如：矿山覆盖层厚薄，喀斯特发育情况，裂隙土和夹层的多少，低品位矿石的数量和位置等因素。
　　三.煤炭预均化堆场的选用条件
　　水泥企业遇到煤炭质量波动时，亦应考虑建设预均化堆场。尤其是市场供应煤炭矿点难以稳定、煤炭灰分波动在5%时，建设预均化堆场既有必要。
　　1.圆形预均化堆场
　　圆形预均化堆场是使用较多的堆场，其特点如下：|
　　（1）原料由皮带机送到堆场中心，由可以围绕中心作360回转的悬臂皮带机进行堆料。
　　（2）取料由桥式刮板取料机完成。桥架的一端联接在堆场中心立柱上，另一端则架设在料堆外围的圆形轨道上。可作360旋转。取出的原料经刮板机送到堆场底部的中心卸料口，由地沟内的出料皮带机送走。
　　2.矩形和圆形预均化堆场的比较
　　（1）占地面积：同样有效的存储面积，矩形场地占地面积大，而圆形堆场约克减少 30%~40%。（2）需用投资：圆形堆场设备购置费较低，比矩形堆场可节约25%，总投资可减少 30%~40%。（3）均化效果：矩形堆场的均化比较均匀，而且可以用各种堆料方法，圆形堆场一般都用人字形或圆锥体和人字形料堆结合方法。由于料堆呈圆环形，内外圈相差很大，物料分布不如矩形对称而均匀。但20世纪80年代PHB公司创新的圆形堆场Peha-Chevcon工作系统消灭了过去圆形堆场料堆分为三段的过渡带，所以均化效果大为提高。
　　（4）设备操作和维护使用：矩形堆场的堆、取料机要分别对两个料堆作业，在两个料堆作平行布置时，要设立专门的转换台车，使设备由这个料堆转向另一个料堆。如果操作不慎，或者自动控制失灵，堆料机和取料机还有相撞的危险。圆形堆场的堆、取料机永远不用移动场地，总是一前一后，保持一定间隔，连续围绕中心运转。所以操作方便，有利于自动控制，没有相撞的危险。设备维护费用亦较低。但是，由于圆形堆场的出料经中心卸料斗转运，在均化黏性物料时，要防止发生堵塞。
　　（5）企业改建扩建：矩形堆场可以根据需要和场地条件予以扩建，而圆形堆场无法再原有基础上扩大，只能另建新堆场。
　　四. 预均化堆场的堆料方式
　　在进料保持衡定的条件下，均化效果取决于堆料和取料方式。为求得较高的均化效果。理论上要求对料时料层平行重叠，厚薄一致。在实际作业时，由于设备的实际可行性和经济上的原因，只能采用近似均匀一致的铺料方法。根据设备的条件和均化的要求，堆料方式有人字形堆料法、波浪形法、水平层法、横向倾斜层法、纵向倾斜层法、以及人字形与纵向倾斜层相结合的连续堆料法等。
　　人字形堆料法
　　（1）采用带卸料小车的皮带机堆料，堆料机沿着纵长方向在料堆两端之间王府运转即可完成堆料过程。
　　（2）堆料时，除第一层为三角形堆料外，以上各层均在三角形料堆上，按人字形料堆。
　　（3）使用设备简单，均化效果较好，应用较普遍。
　　（4）缺点是物料颗粒离析比较显著，料堆两侧及底部大颗粒较多。
　　波浪形堆料法
　　（1）采用带卸料小车的皮带机堆料。皮带机需要能上、下、前后及水平旋回运动，完成堆料过程。
　　（2）堆料时，物料首先在底层许多平行的等腰三角形的长条料带，然后第二层铺在三角形料带之间，呈菱形。接着依次铺上其他各个菱形料层。
　　（3）这种堆料法的优点在于减少颗粒的离析作用。特别在物料颗粒相差较大或不同成分在大小颗粒物料中相差很大时，可取得良好的均化效果。
　　（4）缺点在于堆料点需要在整个堆场宽度范围内移动、拉伸、回转，因此设备价格较高，控制亦较复杂。因此，仅在有少量物料堆场时使用。
　　五.人字形与纵向倾斜料层相结合的连续堆料法
　　人字形与纵向倾斜层相结合的连续堆料法师德国PHB公司于20世纪80年代初期结合圆形预均化堆场工作条件的优化改进而发明的连续式堆料方法，亦称Chevcon法。
　　（1）在圆形预均化堆场堆料时，堆料机在旋转堆料时，不但按软件程序作向前方旋转的运动，同时根据料堆已堆到的最高点后，按规定程序向下逐渐移动，以保持卸料点与料堆顶端一定距离。每次所作上网扇形面往返作业，卸料点不断从最高点移至最低点，再有最低点升到最高点。其行程长度、回转角度、升降高度、向前移动距离等，都是受事先编制的计算机程序控制的。
　　（2） Chevcon料堆法的发明，使圆形料堆场从三角区段作业法改进为连续作业，消灭了料堆的过渡带和端锥。进一步提高了均化效果和堆场利用率。
　　（3） Peha-Chevcon工作系统投资较高，自动化系统管理维修要求严格。预均化堆场的取料方式堆料形式取决于堆料设备，但取料时的取料方式与设备必须配套，方可取得预期的均化效果。一般来说，预均化堆场的取料方式有端面取料、侧面取料、底部取料三种。其中端面取料最常用。
　　端面取料
　　取料机从料堆的一端向另一端或整个环形料堆推进。取料在料堆的整个横断面上进行，最理想的取料是同时窃取料堆端面上各部位的物料，循序渐进。这种取料方法，最适用于人字形、波浪形和水平层的料堆。常用的取料机是桥式刮板取料机、桥式四盘取料机和桥式斗轮取料机等。
　　六. 生料均化的重要作用
　　在水泥工业制备过程的“均化链”中，生料均化是最重要的链环。高长明曾对此作了归纳，如表所示。在生料制备四个主要链环中，生料均化年平均均化周期较短，均化效果良好，又是入窑前的最后一个均化环节，其重要地位十分显著。特别是悬浮预热和预分解技术诞生以来，在同湿法生产模式竞争汇总，“均化链”的不断完善，支撑着新型干法生产的发展和大型化，保证生产“均衡稳定”进行，其功不可没。因此，在新型干法水泥生产的生料制备过程“均化链”中，生料均化占有最重要的地位
　　七.生料均化的原理
　　生料均化原理主要是采用空气搅拌及重力作用下产生的“漏斗效应”，使生料粉向下降落时切割尽量多层料面予以混合。同时，在不同流化空气的作用下，使沿库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生径向倾斜，进行径向混合均化。
　　水泥工业所用的生料均化库，都是采用三种均化作用原理进行匹配设计的。例如：间歇式均化库，就是采用空气搅拌原理，使生料粉按规定要求进行沸腾、翻滚达到搅拌混合均匀的目的。这种搅拌库虽然均化效果（H）高，但耗电量大和多库间歇作业是其缺点。目前应用最多的是多料流库的研发，主要在于保证满意的均化效果（H）的同时，力求节约电能消耗。因此，无论哪种型式的多料均化库都是尽量发挥重力均化的作用，利用多料流使库内生料产生众多漏斗流，同时产生径向倾斜料面运动，提高均化效果。此外，在力求弱化空气搅拌以节约电力消耗的同时，许多多料流库也设置容积大小不等的卸料小仓，使生料库内已经过漏斗流及径向混合流均化的生料再卸入库内或库下的小仓内，进入小仓内的物料再进行空气搅拌而后卸出运走。
　　八.生料均化库的选型原则
　　（1）满足生产工艺要求。由于生料库是生料入窑前最后的均化链环，也是保证入窑生料均齐稳定的最后关口，因此均化库均化能力必须满足入窑生料CaCO3（或CaO）及其他成分含量的标准偏差，达到规定要求。
　　（2）根据原料波动和预均化能力，考虑均化库选型。如果矿山原料波动幅度大、频率低、周期长，通过开采、运输搭配，有可能缩短运输周期，减小波动幅度，再经预均化堆场预均化，则可减小入磨原料标准偏差，为磨机配料创造条件，有可能减少出磨生料波动，相对来说，生料均化库容易达到入窑生料成分要求。反之，生料均化库则要承担更多的均化任务，选型要求则应提高。
　　（3）充分考虑出磨生料波动幅度与频率。力求通过原料预均化及磨机配料控制减少出磨生料波动幅度与频率，缩短出磨生料波动周期，为生料均化库均化创造条件。
　　（4）生料制备系统“均化链”要合理匹配。虽然生料均化库是保证入窑成分均齐的重要环节，但没有其他均化链环配合，亦难单独完成设定的均化任务。因此，生料均化库的选型必须与其他均化环节合理匹配，方能满足入窑生料成分均衡稳定的要求。
　　九.多料流式均化库
　　多料流式均化库是目前使用比较广泛的库型。其原理是侧重于库内的重力混合作用，而基本不用活减少气力均化作用，以简化设备和节省电力。在混合室或均化室库内，仅设有一个轮流充气区，向搅拌仓内混合进料，而多料流式均化库则有多出平行的料流，漏斗料柱以不同流量卸料，在产生纵向重力混合作用的同时，还进行了径向混合，因此一般单库也能使均化效果H达到7。同时，也有许多类型多料流库在库底增加了一个小型搅拌仓（一般100m3）左右，使经过库内重力作用切割料层均化后的物料，在进入小仓后再经搅拌后卸料，以增加均化效果，一般62Kpa压力的空气即可满足搅拌要求，故动力消耗不大。