山丹鐵騎2500t/d熟料生產(chǎn)線的設(shè)計總結(jié)

韓軍強

摘要：本文通過山丹鐵騎水泥公司2500t/d熟料生產(chǎn)線的工程設(shè)計實踐，總結(jié)了水泥生產(chǎn)線工程設(shè)計與生產(chǎn)中的成功經(jīng)驗和做法，為高海拔地區(qū)水泥工程設(shè)計提供了一定的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：高海拔；水泥熟料；生產(chǎn)線；設(shè)計；生產(chǎn)；研究

1 前言

張掖山丹鐵騎水泥公司2500t/d熟料生產(chǎn)線，于2011年7月委托甘肅土木工程科學研究院進行設(shè)計。2011年9月初開始施工圖設(shè)計，2011年9月底開工建設(shè)，歷經(jīng)近兩年的設(shè)計開發(fā)、設(shè)備采購、土建施工，設(shè)備安裝、生產(chǎn)調(diào)試，于2013年4月22日順利投料試生產(chǎn)，2013年5月8日順利通過72小時達標考核，投產(chǎn)第二個月即實現(xiàn)月達產(chǎn)，創(chuàng)造了我省同規(guī)模生產(chǎn)線達產(chǎn)達標最快的記錄。投產(chǎn)四個月以來，運行良好，各項設(shè)計指標逐步提高，取得了滿意的效果。

該項目是從石灰石進廠到熟料出廠的一條完整的熟料生產(chǎn)線，廠區(qū)海拔約1600m，當?shù)卮髿鈮毫?3.6kPa左右，僅為海平面的82.5%。

2 進廠原、燃料

原料采用石灰石、青土、砂巖和硫酸渣四組份配料，熟料燒成燃料采用新疆哈密煙煤。原、燃料化學成分見表2-1，煤工業(yè)分析表2-2。

表2-1 原、燃料化學成分，%

原 料 LOSS SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 CL-

石灰石 39.39 6.68 1.14 0.73 49.54 1.38 0.35 0.13 0.10 0.0060

青 土 12.81 50.65 28.62 5.09 0.85 0.45 0.60 0.23 1.39 0.0071

砂 巖 1.08 91.74 2.48 1.25 0.96 0.77 0.32 0.10 0.13 0.0012

硫酸渣 4.59 36.66 3.37 45.89 1.87 3.09 0.23 0.23 1.15 0.0023

煤 灰 45.65 16.80 8.78 15.33 2.35 0.60 0.30 8.50 0.0040

表2-2 煤工業(yè)分析

Mar，% Mad，% Aad，% Vad，% St，ad，% FCad，% Qnet，ad（kJ/kg）

13.20 4.3 14.25 32.46 0.82 48.17 23003

根據(jù)原然材料成分，經(jīng)過配料計算，其物料平衡表見表2-3

表2-3 物料平衡表

物 料

名 稱 天然水分（%） 配合比

（%） 消耗定額

（kg/t-cl） 物 料 平 衡 量 （t）

干 基 濕 基

干基 濕基 時 日 年 時 日 年

石灰石 1.00 87.58 1290.1 1303.2 134.4 3225 999862 135.1 3242 1004887

粉煤灰 5.00 6.61 97.3 102.5 10.1 243 75438 10.7 256 79409

砂 巖 1.00 4.14 60.9 61.5 6.3 152 47221 6.4 154 47698

硫酸渣 15.00 1.67 24.6 29.0 2.6 62 19072 3.0 72 22438

生 料 0.50 100.00 1473.0 153.4 3683 1141593

煙 煤 9.50 154.6 170.9 16.1 387 119846 17.8 427 132426

熟 料 104.2 2500 775000

備注：1.窯臺時產(chǎn)量104.2t/h，年運轉(zhuǎn)率85%（年運轉(zhuǎn)310天）；

2.熟料燒成熱耗：3262kJ/t-cl；

3.生產(chǎn)損失：生料0.5%，煙煤0.5%；

3 項目的關(guān)鍵工藝段設(shè)計及其特點

3.1 原、燃料預均化

本項目采用Ф60m圓形石灰石預均化堆場，在提高資源綜合利用水平，穩(wěn)定主要原料化學成分，滿足生產(chǎn)儲量的同時，減少了占地面積，降低了建設(shè)投資。

原煤采用破碎加篩分的工藝，可實現(xiàn)不同煤質(zhì)的搭配，有利于大塊煤和煤矸石的破碎，提高煤磨產(chǎn)量，對生產(chǎn)管理和入磨煤質(zhì)穩(wěn)定有著積極作用。

原煤及青土、砂巖、鐵粉等輔助原料設(shè)置一座長形聯(lián)合預均化堆場，采用側(cè)式懸臂堆料機堆存所有物料，原煤采用橋式刮板取料機，輔助原料采用側(cè)式刮板取料機。按照物料的用量大小和取料頻次，合理確定運行制度，分別設(shè)置取料機，具有占地少，工藝簡單，設(shè)備少，管理方便，成本低的優(yōu)點。

3.2 原料粉磨

本項目采用砂巖配料，配比在5～8%。根據(jù)以往項目所做的立磨實驗數(shù)據(jù)，砂巖配比在7～12%之間，單位功率消耗在9.2～6.9kW.h/t，單位磨耗在10.3～11.1g/t，物料的易磨性一般，金屬磨耗較高，整體澆注的輥套和襯板使用壽命在6000h左右，甚至更低。另外，本項目入磨原料綜合水分約2～3.5%之間，因此，綜合各方面的因素，原料粉磨采用了輥壓機終粉磨系統(tǒng)。

西北地區(qū)粘土堿含量普遍偏高，一般在3.5～4.5%，個別地區(qū)高達5.4%，采用粘土配料無法生產(chǎn)出符合要求的低堿水泥，因此，儲量豐富的硅質(zhì)原料——砂巖被廣大客戶首選。另外，北方干旱地區(qū)的原料水分不高，入磨綜合水分在2～4%之間，輥壓機生料終粉磨系統(tǒng)將是今后原料粉磨工藝發(fā)展的主要方向之一。

為了消除高海拔造成的烘干能力和粉料在管道內(nèi)單位風量的輸送能力的降低，在保證足夠標況風量和熱風溫度的同時，重點核算作為物料烘干的V選至動態(tài)選粉機的管道內(nèi)風速及物料停留時間等參數(shù)，平衡好動態(tài)選粉機和循環(huán)風機之間的關(guān)系，使其在合理范圍之內(nèi)。目前，當生料細度在0.080mm篩余14%時，生料產(chǎn)量達到240t/d，超過了設(shè)計能力。

3.3 煤粉制備

從長遠來看，隨著煤礦資源的日漸枯竭，水泥廠采用低質(zhì)煤煅燒熟料是必然的趨勢。鑒于進廠原煤水分一般在10%左右，在保證烘干能力的情況下，關(guān)鍵是考慮磨機對煤質(zhì)的適應性和提高煤粉細度，使煤粉在回轉(zhuǎn)窯和分解爐內(nèi)快速燃燒，達到提高燃燒效率和燃盡率的目的。這點在高海拔地區(qū)尤為重要。

因此，綜合各方面因素，并適當放大煤磨能力的現(xiàn)實考慮，本項目采用一臺Ф3.2×（7+2.5）風掃磨配動態(tài)選粉機組成的煤粉制備系統(tǒng)。抽取窯頭篦冷機熱風作為烘干熱源。目前，當原煤水分≤13%，出磨細度0.080mm篩篩余6%時，生產(chǎn)能力在23t/h以上，保證了燒成系統(tǒng)的煅燒要求。

3.4 燒成系統(tǒng)

窯尾預熱器系統(tǒng)采用我院針對本項目最新開發(fā)設(shè)計的高海拔型帶FTF分解爐的單系列低壓損五級旋風預熱預分解系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，漏風少，氣、料熱交換的能力強，物料停留時間長，預熱器飛損少，并且具有高效、低阻、低NOx的性能。為防止系統(tǒng)結(jié)皮堵塞，旋風筒錐體配有自動控制噴吹系統(tǒng)以及必要的空氣炮，旋風筒下料管采用新型微動鎖風翻板閥，保證系統(tǒng)的正常運行。

采用φ4×60m回轉(zhuǎn)窯，斜度4%，轉(zhuǎn)速0.42～4.2r/min，交流變頻調(diào)速，窯頭和窯尾分別采用魚鱗片和徑向石墨塊密封裝置。窯頭采用DUOFLEX燃燒器，保證了熟料煅燒的正常穩(wěn)定。

熟料冷卻機采用一臺第四代篦式冷卻機，篦床有效面積71.68㎡，出冷卻機的熟料溫度為：環(huán)境溫度+65℃，篦冷機風機采用變頻調(diào)速。該篦冷機具有氣流分布均勻，冷卻效率高，單位面積處理能力大，二、三次風溫高，出料溫度低，能耗低，設(shè)備重量輕和耐熱鋼用量少等特點。

燒成系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)能力2500t/d，最大產(chǎn)量為2750t/d以上，燒成熱耗≤3262kJ/kg-cl，入窯生料分解率92～95%。投產(chǎn)4個月以來，運行指標逐月提高，8月份產(chǎn)量達到89105t，日產(chǎn)量達到2755t，超過了設(shè)計能力。

4生產(chǎn)運行

2013年4月16日點火烘窯，4月22日一次投料成功生產(chǎn)出熟料，5月8日順利通過72小時達標考核驗收。熟料燒成系統(tǒng)性能測試結(jié)果見表4-1，燒成系統(tǒng)操作參數(shù)見表4-2。

表4-1 熟料燒成系統(tǒng)性能測試結(jié)果

序號 測試項目 單位 指標 測試數(shù)據(jù) 備注

1 f-CaO平均值 % ≤1.50 1.31 生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)

2 熟料飽和比 KH 0.90±0.02 0.916

3 熟料產(chǎn)量 t/d ≥2500 2575

4 實物煤粉消耗量 t/t-cl 135.6

5 煤粉平均水分 % ≤2.5 5.9

6 干基煤耗 t/t-cl 127.7

7 熟料熱耗 kJ/kg-cl ≤3262 3260

說明：a）熟料計量采用外運過磅的方式。

b）入窯生料細度平均值為12.6%。

c）煤粉計量采用煤粉秤標定后顯示的累計數(shù)。

表4-2 燒成系統(tǒng)操作參數(shù)

日期 喂料量

t/h 窯頭煤

t/h 窯尾煤

t/h 窯轉(zhuǎn)速

rpm 窯電流

A 窯提升

機電流

A 二次

風溫

℃ 三次

風溫

℃ 煙室

壓力

Pa 煙室

溫度

℃ 分解爐

出口溫度

℃ 分解爐

出口壓力

Pa C1出口溫度

℃ C1出口壓力

Pa 篦冷機

篦速

次/min 高溫風機轉(zhuǎn)速

r/min

05.06 186 7.10 7.25 3.9 374 135 1017 856 190 993 903 1150 351 5166 3.85 920

05.07 178 7.15 7.45 3.9 392 126 986 838 89 966 887 893 346 4860 3.70 900

05.08 185 6.59 8.71 4.1 420 132 1032 886 163 1087 908 1190 348 4568 3.85 885

生產(chǎn)線達標考核完成后即轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)階段。投產(chǎn)四個月以來，運行良好，各項設(shè)計指標逐步提高，取得了滿意的效果。

4 存在的問題

本項目在調(diào)試及試生產(chǎn)中帶給我們有諸多反思。

a）石灰石預均化堆場的堆料機輸送能力偏小，當破碎機產(chǎn)量加大時來不及輸送，限制了破碎機產(chǎn)量的提高，設(shè)計能力450t/h，目前只能維持在350～380t/h。

b）燒成用煤為新疆哈密煙煤，其特點是內(nèi)水高且容易自燃，操作上不敢提高入磨熱風溫度，始終控制在270～300℃，煤粉水分基本在5.5%左右，經(jīng)常發(fā)生下煤不穩(wěn)的情況，影響了供煤的計量和穩(wěn)定，從而影響了熱工制度的穩(wěn)定。

c）砂巖中的SiO2大部分是以游離態(tài)形式存在，結(jié)晶顆粒大，活性很低，當細度較粗時，SiO2不能與CaO有效反應。因此，在《水泥工藝管理規(guī)程》中要求生料的0.20mm方孔篩篩余≤2.0%。在試生產(chǎn)階段，我們曾三次取樣做了簡單的試驗和分析，結(jié)果表明：當生料0.080mm方孔篩余細度在12～14%時，0.20mm方孔篩余細度在4.0～4.6%之間；正常生料SiO2成分為14.10%時，生料篩余物的SiO2達到了28%，說明輥壓機粉磨工藝的物料顆粒不均齊，SiO2富集現(xiàn)象嚴重。而管磨機工藝的生料細度在12～14%時，0.20mm方孔篩余基本在2.0%以下，篩余物SiO2在18%左右。當然，如果用生料易燒性試驗會得到進一步的驗證。

d）生料磨車間高溫風機、循環(huán)風機等出風口至煙囪的管道震動過大，磨損嚴重，且有堵灰現(xiàn)象。經(jīng)分析，是由于管道內(nèi)風速過高（最高達到45m/s），究其原因，是因為在設(shè)計工程過程中，管道尺寸按照風機出風口的尺寸設(shè)計的，從而導致風速過高。后經(jīng)改造，擴大風管尺寸，降低管道內(nèi)風速（一般控制在18～22m/s為宜），管道的震動現(xiàn)象消失，磨損情況減輕。