原料的預均化和堆場選擇
一.原料預均化的意義主要表現在以下幾個方面:
(1)有利于穩定水泥窯入窯生料成分穩定
特別是大型生產線,保證均衡穩定生產,對于提高產品質量及生產效率,降低能耗,長期安全運轉起著重要作用。中國是一個產煤大國,水泥工業幾乎全部以煤為燃料,煤質差別大、波動亦大。在原燃、料質量波動情況下,如果不采取預均化措施,是很難滿足穩定生產要求的。
(2)有利于擴大資源的利用范圍
中國水泥工業所用的石灰石資源品質較好,而歐洲許多國家石灰石品位不高。采用預均化技術可以利用過去難以利用的礦石,夸大資源利用范圍。
(3)有利于利用礦山夾層廢石,擴大礦山使用年限
礦山開采中,常遇到廢石夾層,過去均剝離擯棄,既增加開采成本,又占用土地。采用預均化技術可將夾層廢石搭配到品位極高的礦石之中,既有效的利用了資源,又降低了成本和延長礦山的服役年限。
(4)滿足礦山儲存及均化雙重要求,節約建設投資
二.原料預均化堆場的選用條件 水泥工業生產中,判斷是否需要建設預均化堆場,可根據原料成分波動及生產要求條件確定。
(1)根據生產工藝要求
例如:大型預分解窯生產線,對生料的波動限制較嚴,一般要求生料CaCO3標準偏差不大于?0.2%,因此即使在有高均化效果的生料均化庫的條件下,出磨的生料CaCO3%的標準偏差要求≤?2%.因此,當進料石灰石CaCO3%的標準偏差大于?3%,而其他原料如粘土、煤炭等成分亦有較大波動時,就應該考慮采用石灰石預均化堆場。
(2)按原料進料的成分波動范圍確定
當成分波動范圍R<5%是,可以認為原料的均勻性良好,不需要采用預均化;當R=5%~10%是,表示原料有一定的波動,應結合其他原料的波動情況,包括煤炭的質量、設備條件和其他工藝上的種種因素綜合考慮,最后根據生料在入窯前要求達到規定的均齊度而確定;當R>10%時,表示原料波動較大,則必須建設預均化堆場。
(3)結合原料礦山的具體情況統一考慮
如:礦山覆蓋層厚薄,喀斯特發育情況,裂隙土和夾層的多少,低品位礦石的數量和位置等因素。
三.煤炭預均化堆場的選用條件
水泥企業遇到煤炭質量波動時,亦應考慮建設預均化堆場。尤其是市場供應煤炭礦點難以穩定、煤炭灰分波動在5%時,建設預均化堆場既有必要。
1.圓形預均化堆場
圓形預均化堆場是使用較多的堆場,其特點如下:|
(1)原料由皮帶機送到堆場中心,由可以圍繞中心作360回轉的懸臂皮帶機進行堆料。
(2)取料由橋式刮板取料機完成。橋架的一端聯接在堆場中心立柱上,另一端則架設在料堆外圍的圓形軌道上。可作360旋轉。取出的原料經刮板機送到堆場底部的中心卸料口,由地溝內的出料皮帶機送走。
2.矩形和圓形預均化堆場的比較
(1) 占地面積:同樣有效的存儲面積,矩形場地占地面積大,而圓形堆場約克減少 30%~40%。 (2) 需用投資:圓形堆場設備購置費較低,比矩形堆場可節約25%,總投資可減少 30%~40%。 (3) 均化效果:矩形堆場的均化比較均勻,而且可以用各種堆料方法,圓形堆場一般都 用人字形或圓錐體和人字形料堆結合方法。由于料堆呈圓環形,內外圈相差很大,物料分布不如矩形對稱而均勻。但20世紀80年代PHB公司創新的圓形堆場Peha-Chevcon工作系統消滅了過去圓形堆場料堆分為三段的過渡帶,所以均化效果大為提高。
(4) 設備操作和維護使用:矩形堆場的堆、取料機要分別對兩個料堆作業,在兩個料堆 作平行布置時,要設立專門的轉換臺車,使設備由這個料堆轉向另一個料堆。如果操作不慎,或者自動控制失靈,堆料機和取料機還有相撞的危險。 圓形堆場的堆、取料機永遠不用移動場地,總是一前一后,保持一定間隔,連續圍繞中心運轉。所以操作方便,有利于自動控制,沒有相撞的危險。設備維護費用亦較低。但是,由于圓形堆場的出料經中心卸料斗轉運,在均化黏性物料時,要防止發生堵塞。
(5) 企業改建擴建:矩形堆場可以根據需要和場地條件予以擴建,而圓形堆場無法再原 有基礎上擴大,只能另建新堆場。
四. 預均化堆場的堆料方式
在進料保持衡定的條件下,均化效果取決于堆料和取料方式。為求得較高的均化效果。理論上要求對料時料層平行重疊,厚薄一致。在實際作業時,由于設備的實際可行性和經濟上的原因,只能采用近似均勻一致的鋪料方法。根據設備的條件和均化的要求,堆料方式有人字形堆料法、波浪形法、水平層法、橫向傾斜層法、縱向傾斜層法、以及人字形與縱向傾斜層相結合的連續堆料法等。
人字形堆料法
(1) 采用帶卸料小車的皮帶機堆料,堆料機沿著縱長方向在料堆兩端之間王府運轉即可 完成堆料過程。
(2) 堆料時,除第一層為三角形堆料外,以上各層均在三角形料堆上,按人字形料堆。
(3) 使用設備簡單,均化效果較好,應用較普遍。
(4) 缺點是物料顆粒離析比較顯著,料堆兩側及底部大顆粒較多。
波浪形堆料法
(1) 采用帶卸料小車的皮帶機堆料。皮帶機需要能上、下、前后及水平旋回運動,完成 堆料過程。
(2) 堆料時,物料首先在底層 許多平行的等腰三角形的長條料帶,然后第二層鋪在三角 形料帶之間,呈菱形。接著依次鋪上其他各個菱形料層。
(3) 這種堆料法的優點在于減少顆粒的離析作用。特別在物料顆粒相差較大或不同成分 在大小顆粒物料中相差很大時,可取得良好的均化效果。
(4) 缺點在于堆料點需要在整個堆場寬度范圍內移動、拉伸、回轉,因此設備價格較高, 控制亦較復雜。因此,僅在有少量物料堆場時使用。
五.人字形與縱向傾斜料層相結合的連續堆料法
人字形與縱向傾斜層相結合的連續堆料法師德國PHB公司于20世紀80年代初期結合圓形預均化堆場工作條件的優化改進而發明的連續式堆料方法,亦稱Chevcon法。
(1) 在圓形預均化堆場堆料時,堆料機在旋轉堆料時,不但按軟件程序作向前方旋轉的 運動,同時根據料堆已堆到的最高點后,按規定程序向下逐漸移動,以保持卸料點與料堆頂端一定距離。每次所作上網扇形面往返作業,卸料點不斷從最高點移至最低點,再有最低點升到最高點。其行程長度、回轉角度、升降高度、向前移動距離 等,都是受事先編制的計算機程序控制的。
(2) Chevcon料堆法的發明,使圓形料堆場從三角區段作業法改進為連續作業,消滅了 料堆的過渡帶和端錐。進一步提高了均化效果和堆場利用率。
(3) Peha-Chevcon工作系統投資較高,自動化系統管理維修要求嚴格。 預均化堆場的取料方式 堆料形式取決于堆料設備,但取料時的取料方式與設備必須配套,方可取得預期的均化效果。一般來說,預均化堆場的取料方式有端面取料、側面取料、底部取料三種。其中端面取料最常用。
端面取料
取料機從料堆的一端向另一端或整個環形料堆推進。取料在料堆的整個橫斷面上進行,最理想的取料是同時竊取料堆端面上各部位的物料,循序漸進。這種取料方法,最適用于人字形、波浪形和水平層的料堆。常用的取料機是橋式刮板取料機、橋式四盤取料機和橋式斗輪取料機等。
六. 生料均化的重要作用
在水泥工業制備過程的“均化鏈”中,生料均化是最重要的鏈環。高長明曾對此作了歸納,如表所示。在生料制備四個主要鏈環中,生料均化年平均均化周期較短,均化效果良好,又是入窯前的最后一個均化環節,其重要地位十分顯著。特別是懸浮預熱和預分解技術誕生以來,在同濕法生產模式競爭匯總,“均化鏈”的不斷完善,支撐著新型干法生產的發展和大型化,保證生產“均衡穩定”進行,其功不可沒。因此,在新型干法水泥生產的生料制備過程“均化鏈”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氣攪拌及重力作用下產生的“漏斗效應”,使生料粉向下降落時切割盡量多層料面予以混合。同時,在不同流化空氣的作用下,使沿庫內平行料面發生大小不同的流化膨脹作用,有的區域卸料,有的區域流化,從而使庫內料面產生徑向傾斜,進行徑向混合均化。
水泥工業所用的生料均化庫,都是采用三種均化作用原理進行匹配設計的。例如:間歇式均化庫,就是采用空氣攪拌原理,使生料粉按規定要求進行沸騰、翻滾達到攪拌混合均勻的目的。這種攪拌庫雖然均化效果(H)高,但耗電量大和多庫間歇作業是其缺點。目前應用最多的是多料流庫的研發,主要在于保證滿意的均化效果(H)的同時,力求節約電能消耗。因此,無論哪種型式的多料均化庫都是盡量發揮重力均化的作用,利用多料流使庫內生料產生眾多漏斗流,同時產生徑向傾斜料面運動,提高均化效果。此外,在力求弱化空氣攪拌以 節約電力消耗的同時,許多多料流庫也設置容積大小不等的卸料小倉,使生料庫內已經過漏斗流及徑向混合流均化的生料再卸入庫內或庫下的小倉內,進入小倉內的物料再進行空氣攪拌而后卸出運走。
八.生料均化庫的選型原則
(1) 滿足生產工藝要求。由于生料庫是生料入窯前最后的均化鏈環,也是保證入窯生料 均齊穩定的最后關口,因此均化庫均化能力必須滿足入窯生料CaCO3(或CaO)及其他成分含量的標準偏差,達到規定要求。
(2) 根據原料波動和預均化能力,考慮均化庫選型。如果礦山原料波動幅度大、頻率低、 周期長,通過開采、運輸搭配,有可能縮短運輸周期,減小波動幅度,再經預均化堆場預均化,則可減小入磨原料標準偏差,為磨機配料創造條件,有可能減少出磨生料波動,相對來說,生料均化庫容易達到入窯生料成分要求。反之,生料均化庫則要承擔更多的均化任務,選型要求則應提高。
(3) 充分考慮出磨生料波動幅度與頻率。力求通過原料預均化及磨機配料控制減少出磨 生料波動幅度與頻率,縮短出磨生料波動周期,為生料均化庫均化創造條件。
(4) 生料制備系統“均化鏈”要合理匹配。雖然生料均化庫是保證入窯成分均齊的重要 環節,但沒有其他均化鏈環配合,亦難單獨完成設定的均化任務。因此,生料均化庫的選型必須與其他均化環節合理匹配,方能滿足入窯生料成分均衡穩定的要求。
九.多料流式均化庫
多料流式均化庫是目前使用比較廣泛的庫型。其原理是側重于庫內的重力混合作用,而基本不用活減少氣力均化作用,以簡化設備和節省電力。在混合室或均化室庫內,僅設有一個輪流充氣區,向攪拌倉內混合進料,而多料流式均化庫則有多出平行的料流,漏斗料柱以不同流量卸料,在產生縱向重力混合作用的同時,還進行了徑向混合,因此一般單庫也能使均化效果H達到7。同時,也有許多類型多料流庫在庫底增加了一個小型攪拌倉(一般100m3)左右,使經過庫內重力作用切割料層均化后的物料,在進入小倉后再經攪拌后卸料,以增加均化效果,一般62Kpa壓力的空氣即可滿足攪拌要求,故動力消耗不大。
編輯:姜立東
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