高寒地區(qū)水泥廠冬季粘濕物料的處理

張江濤，劉保良

1　基本概況

我公司為東北地區(qū)設(shè)計(jì)了十幾條水泥生產(chǎn)線，積累了較豐富的東北地區(qū)冬季粘濕物料防堵防凍設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)際生產(chǎn)中仍存在諸多問題。另外，近年來我公司承擔(dān)的國(guó)外項(xiàng)目逐漸增多，設(shè)計(jì)難度也逐漸增大，其中俄羅斯、土耳其等高寒地區(qū)項(xiàng)目中的粘濕物料處理成為業(yè)界面臨的主要難題。為此，我們對(duì)東北高寒地區(qū)的雙陽、明城、哈爾濱、浩良河等數(shù)條水泥生產(chǎn)線的粘濕物料處理進(jìn)行了專項(xiàng)調(diào)研，并對(duì)調(diào)查情況進(jìn)行了總結(jié)分析，提出了三個(gè)生產(chǎn)工藝處理方案流程，供高寒地區(qū)粘濕物料堵凍處理的設(shè)計(jì)參考。

2　項(xiàng)目案例

2．1　亞泰雙陽水泥廠

亞泰雙陽水泥廠有6條生產(chǎn)線，均為我公司設(shè)計(jì)和主機(jī)設(shè)備供貨。一線到四線均為2 000t/d生產(chǎn)線，五線和六線為5 000t/d生產(chǎn)線。

（1）該廠氣候條件

歷年年平均氣溫4．8℃，極端最低氣溫-38．4℃。

（2）六條生產(chǎn)線原料水分及原料干基配比（表1）

（3）原料處理工藝及設(shè)備（表2）

（4）原料處理流程（圖1）

（5）冬季物料處理環(huán)節(jié)采取的措施

據(jù)工廠生產(chǎn)管理者介紹，2004年前原料配料采用粘土，由于國(guó)家對(duì)土壤資源調(diào)控，從2004年后全部改用粉煤灰代替粘土，鎳渣代替鐵礦石進(jìn)行生產(chǎn)。

表1　六條生產(chǎn)線原料水分及原料干基配比，%

表2　雙陽廠原料處理工藝及設(shè)備

圖1　雙陽廠原料處理流程簡(jiǎn)圖

從以前使用粘土的情況來看，要將冬季所用粘土用量計(jì)算出來，在每年的10～11月利用推土機(jī)及挖掘機(jī)對(duì)粘土進(jìn)行翻動(dòng)晾曬，通過翻晾使粘土松散并可使水分降低大約5%以上，粘土晾曬1～2個(gè)月后再堆放到堆棚里，這樣處理后基本解決了粘土在生產(chǎn)過程中的凍堵問題。

對(duì)于粘濕料倉(cāng)，倉(cāng)頂進(jìn)料口以及皮帶秤出料口均加設(shè)格柵篦子（見圖3），防止凍結(jié)的大塊粘土進(jìn)倉(cāng)進(jìn)磨；倉(cāng)內(nèi)鋪設(shè)耐磨的高分子樹脂襯板，倉(cāng)錐部外敷設(shè)熱蒸氣或熱水管并做外保溫（見圖3）；磨頭倉(cāng)錐體加振打電機(jī)，當(dāng)出料口斷料時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)器進(jìn)行瞬時(shí)振打；調(diào)配站或磨頭倉(cāng)建筑進(jìn)行全封閉采暖保溫。原煤倉(cāng)冬季下料也易堵，其采暖保溫方式同原料調(diào)配倉(cāng)。

鐵礦石、鋁礬土等輔料進(jìn)廠后，采用露天加堆棚的儲(chǔ)料方式，但盡量堆存在堆棚里，避免冬季雨雪增濕物料。無雨雪時(shí)，先用堆棚外的物料，堆棚里的物料作為備用或應(yīng)急之用。生產(chǎn)操作時(shí)，為保證物料輸送順暢，停磨檢修時(shí)調(diào)配倉(cāng)內(nèi)不存濕性物料。

原煤輸送膠帶機(jī)角度偏大，冬季運(yùn)行時(shí)皮帶上的凍狀原煤易打滑，膠帶機(jī)尾部落料點(diǎn)應(yīng)有水平段。建議設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)物料的水分考慮膠帶機(jī)輸送角度。例如，水分為≤10%～12%的原煤，其膠帶機(jī)輸送角度≯8°；粘土類粘濕物料膠帶機(jī)≯12°。下料點(diǎn)均處于水平。

該項(xiàng)目通過采取以上措施后，冬季粘濕料凍結(jié)、堵塞、打滑的故障率大大降低，提高了生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率。

雙陽水泥廠粘濕物料處理過程中的一些典型照片見圖2～7。

2．2　亞泰明城水泥廠

亞泰明城水泥廠有兩條5 000t/d熟料水泥生產(chǎn)線，均為天津水泥院設(shè)計(jì)和主機(jī)設(shè)備供貨。

（1）廠址氣候條件

歷年年平均氣溫4．8℃，極端最低氣溫-38．4℃，廠址距雙陽廠20km。

（2）原料水分（表3）

（3）原料處理工藝及設(shè)備（表4）

表3　原料水分，%

（4）原料處理流程（圖8）

（5）冬季時(shí)在物料處理環(huán)節(jié)采取的措施

據(jù)工廠生產(chǎn)管理者介紹，2007年前原料配料采用粘土，也是在秋季進(jìn)行晾曬處理。但由于國(guó)家對(duì)土壤資源的調(diào)控，2007年后明城廠用粉煤灰代替粘土進(jìn)行生產(chǎn)。

在露天堆場(chǎng)、輔料及煤下料口都增設(shè)了格柵

圖2　磨頭倉(cāng)錐部采暖保溫

圖3　粉煤灰板式喂料機(jī)下料口加格柵板

圖4　硅石磨頭倉(cāng)錐體增加振打電機(jī)

圖5　硅石磨頭倉(cāng)下料口增加格柵板

圖6　調(diào)配鋼倉(cāng)底部利用電加熱板加熱倉(cāng)體

圖7　板式喂料機(jī)內(nèi)壁增加樹脂襯板

生料磨形式原料堆存及上料形式調(diào)配倉(cāng)形式板，防止大塊物料進(jìn)入預(yù)均化庫(kù)；在煤下料斗上加振打器。

表4　明城廠原料處理工藝及設(shè)備

圖8　原料處理流程簡(jiǎn)圖

鐵礦石水分大，含土較多，在輔料堆場(chǎng)內(nèi)加入少量較干的硅石，利用挖掘機(jī)進(jìn)行攪拌，提高鐵礦石的流動(dòng)性；鐵礦石堆場(chǎng)取料時(shí)，盡量取料堆里側(cè)未凍結(jié)的物料，同時(shí)挑出大塊物料。

原料調(diào)配站內(nèi)部采用暖氣或燒火爐的方式進(jìn)行保溫，避免濕性物料與倉(cāng)壁凍結(jié)。

在冬季生產(chǎn)時(shí)始終保持調(diào)配庫(kù)內(nèi)料位恒定（以避免倉(cāng)內(nèi)竄入冷風(fēng)）。當(dāng)出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間停磨時(shí)，大量冷風(fēng)漏入倉(cāng)口容易凍料堵塞。若出現(xiàn)凍堵料時(shí)，主要通過放炮及切割料斗放料進(jìn)行處理。

原料卸車坑及調(diào)配庫(kù)倉(cāng)內(nèi)加設(shè)樹脂襯板，但冬季作用不大；另外建議設(shè)計(jì)調(diào)配倉(cāng)時(shí)加大錐部出料口，增加捅料孔，或加攪拌裝置，保證下料的流暢。

收塵器脈沖閥及閥門執(zhí)行器通過加設(shè)伴熱帶及電熱帽等形式進(jìn)行保溫，否則在環(huán)境溫度為-15℃左右時(shí)，閥膜片凍硬失靈。

原煤倉(cāng)利用煤磨循環(huán)風(fēng)管熱風(fēng)對(duì)倉(cāng)體進(jìn)行保溫，避免煤與倉(cāng)壁凍結(jié)。

亞泰明城廠原料處理一覽圖見圖9～14。

2．3　浩良河水泥廠

浩良河水泥廠現(xiàn)有兩條生產(chǎn)線，第一條2 000t/d生產(chǎn)線為南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)，第二條5 000t/d生產(chǎn)線為南京凱盛國(guó)際工程有限公司設(shè)計(jì)。

圖9　預(yù)均化庫(kù)鐵礦石摻入部分硅石

圖10　粉煤灰聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)

圖11　火車卸煤機(jī)

圖12　鐵礦石露天堆場(chǎng)　

圖13　硅石下料口增設(shè)格柵板

圖14　調(diào)配庫(kù)底部加爐子提高環(huán)境溫度

表5　原料水分，%

表6　浩良河廠原燃料處理工藝及設(shè)備

（1）廠址氣候條件

歷年年平均氣溫2．2℃，極端最低氣溫-38．6℃。

（2）原料水分（表5）

（3）原燃料處理工藝及設(shè)備（表6）

（4）原料處理流程簡(jiǎn)圖（圖15）

（5）冬季在物料處理環(huán)節(jié)采取的措施

廠里自有粘土礦，礦山離廠區(qū)不到10km。每年入冬之前對(duì)粘土進(jìn)行秋翻兩遍，翻耕1．5m厚度相當(dāng)于當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸?，晾曬過的粘土回填入坑內(nèi)，對(duì)凍土層以下的粘土原料起到保溫的作用以備冬季正常取料。

粘土用汽車運(yùn)輸進(jìn)廠后露天堆存，生產(chǎn)時(shí)用汽車挖掘機(jī)對(duì)原料進(jìn)行翻撥，將大塊物料砸碎或剝離出來，待入春化凍后使用。采用挖掘機(jī)預(yù)混粘土與干爐渣，一塊進(jìn)行翻撥，增加原料的流動(dòng)性，防止粘結(jié)；混合料通過裝載機(jī)上料，在線配料，但配料量不穩(wěn)定，入窯生料波動(dòng)較大。另鐵質(zhì)原料和硅石采用離線配料，入料較穩(wěn)定。

粘土上料斗頂部加300mm×250mm的格柵，大塊的粘土物料剝離出來或人工采用風(fēng)鎬破碎。

粘土上料的板式喂料機(jī)底部加設(shè)火爐，防止冬季板式喂料機(jī)板縫凍料卡堵。

煤及輔料堆場(chǎng)物料凍住取不出來時(shí)，用挖掘機(jī)及人工對(duì)物料的端面進(jìn)行翻撥處理。

調(diào)配庫(kù)底鋼倉(cāng)未做保溫及采暖，內(nèi)部增加樹脂襯板，倉(cāng)下料錐體加捅料孔，調(diào)配庫(kù)全封閉。

浩良河廠原料處理一覽圖見圖16～21。

2．4　哈爾濱水泥廠

哈爾濱水泥廠共有四條生產(chǎn)線，第一條1 000t/d，原料調(diào)配為石灰石、硅石、鐵粉；第二條2 500t/d，原料調(diào)配為石灰石、粘土、鐵粉；第三、四條5 000t/d，原料調(diào)配為大理石、硅石、尾礦、硫酸渣。此次我們重點(diǎn)調(diào)查第一、二條生產(chǎn)線的原料處理系統(tǒng)。

圖15　浩良河廠原料處理流程簡(jiǎn)圖

圖16　粘土和干爐渣用挖掘機(jī)預(yù)混

圖17　干爐渣堆場(chǎng)

圖19　板式喂料機(jī)下部加爐子保持溫度　

圖20　硅石進(jìn)入預(yù)均化庫(kù)

圖21　調(diào)配倉(cāng)錐體加樹脂襯板和捅料孔

（1）廠址氣候條件

歷年年平均氣溫3．6℃，極端最低氣溫-38．1℃。

（2）原料配比及原燃料水分（表7）

（3）原燃料處理工藝及設(shè)備（表8）

（4）2 500t/d原料處理流程簡(jiǎn)圖（圖22）

（5）冬季在物料處理環(huán)節(jié)采取的措施

粘土供貨分包給供應(yīng)商，水泥廠在每年的十月份將冬季所需粘土量提供給供應(yīng)商做準(zhǔn)備，供應(yīng)商將粘土在入冬前進(jìn)行晾曬，保證粘土水分控制在16%以下。

在入廠前確保粘土等輔助物料中的大塊及凍塊物料已被挑出，廠內(nèi)沒有設(shè)置破碎工藝，并且采取按需供料的方式，每天輸送物料進(jìn)廠，不在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)期堆存。

粘土和鐵礦石上料倉(cāng)頂部加設(shè)長(zhǎng)條鋼篦板，過濾掉大塊的粘土物料，料倉(cāng)內(nèi)只存少量料，盡量讓物料流動(dòng)起來，倉(cāng)內(nèi)部加設(shè)高分子樹脂襯板，倉(cāng)底角度大的兩側(cè)做保溫，倉(cāng)壁上加電熱管，并在合適位置加設(shè)捅料孔。

表7　原料配比及原燃料水分，%

表8　哈爾濱廠原燃料處理工藝及設(shè)備

圖22　哈爾濱廠2 500t/d原料處理流程簡(jiǎn)圖

原煤倉(cāng)做保溫，在倉(cāng)底錐壁外表面上加設(shè)鋼板，以便棚倉(cāng)時(shí)進(jìn)行人工振打；1 000t/d調(diào)配倉(cāng)錐體內(nèi)部加樹脂襯板，外部加電加熱管并保溫。

哈爾濱廠原料處理一覽見圖23～28。

3　對(duì)比分析與簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)

3．1　對(duì)比分析

我們對(duì)雙陽、明城、哈爾濱、浩良河四個(gè)水泥廠調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這四個(gè)水泥廠在冬季時(shí)處理粘濕物料的措施有相似之處，對(duì)比分析后歸納如下：

（1）對(duì)于冬季使用的粘土應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。即在秋季將粘土進(jìn)行晾曬，降低和控制粘土含水量（≤16%～18%）。

（2）工廠內(nèi)粘土應(yīng)單獨(dú)儲(chǔ)存，采用吊車庫(kù)儲(chǔ)存和抓斗起重機(jī)取料（冬天用挖掘機(jī)協(xié)助取料）。操作時(shí)盡量減少粘土在儲(chǔ)庫(kù)、調(diào)配庫(kù)等地的停留時(shí)間。

（3）在卸料坑等下料口處設(shè)置格柵板。去除大塊物料，防止物料在輸送過程中卡堵。

（4）在粘土磨頭倉(cāng)、調(diào)配庫(kù)設(shè)置捅料孔、振打裝置。內(nèi)部增加樹脂襯板（基本無大塊堅(jiān)硬物料時(shí)），外部設(shè)置保溫。

（5）提高調(diào)配庫(kù)底、磨頭倉(cāng)周圍的環(huán)境溫度，保證粘濕物料輸送設(shè)備正常運(yùn)行。

3．2　簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)

東北四廠粘濕物料處理的特點(diǎn)、相應(yīng)出現(xiàn)的問題及簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)見表9。

4　結(jié)語

4．1　高寒地區(qū)實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題

圖23　粘土堆棚　

圖24　堆棚內(nèi)粘土

圖25　粘土堆棚用抓斗起重機(jī)取料

圖26　下料口增加格柵板　

圖27　粘土下料經(jīng)皮帶秤送至入磨膠帶機(jī)　

圖28　粘土調(diào)配倉(cāng)下錐體設(shè)有電加熱管

表9　東北四廠粘濕物料處理的特點(diǎn)、相應(yīng)出現(xiàn)的問題及簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)

（1）粘土水分的處理：在入冬之前對(duì)粘土進(jìn)行秋翻、晾曬，到入冬后將粘土放入儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)存，以備冬季使用，這樣可在一定程度上消除粘土因過粘和過濕而影響生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率的問題。

（2）在冬季適當(dāng)增加取料設(shè)備工作班制，從而使調(diào)配倉(cāng)盡量處于低料位運(yùn)行，以便設(shè)備故障停車時(shí)，減輕清堵工作。

（3）粘土等粘濕物料在堆棚堆存時(shí)，可適當(dāng)摻入少量爐渣、石灰石等干性物料進(jìn)行預(yù)混，提高其流動(dòng)性，并利用挖掘機(jī)等設(shè)備持續(xù)翻料，避免因長(zhǎng)期堆存導(dǎo)致物料結(jié)塊。

（4）對(duì)于物料的轉(zhuǎn)接部位，例如卸車坑、轉(zhuǎn)運(yùn)站等地點(diǎn)增加崗位和巡檢人員。

4．2　高寒地區(qū)粘濕物料處理在工藝設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題

（1）高粘濕物料采取在線配料的方案，直接入磨。

（2）對(duì)粘濕物料設(shè)計(jì)時(shí)宜采用吊車庫(kù)的形式，利用抓斗起重機(jī)取料。

（3）卸車坑均加鋼格柵，將結(jié)塊物料及時(shí)取出，同時(shí)可加設(shè)振打電機(jī)利于下料。

（4）卸車坑及調(diào)配倉(cāng)內(nèi)鋪設(shè)高分子樹脂襯板，避免物料粘結(jié)庫(kù)壁。

（5）對(duì)原煤倉(cāng)、磨頭倉(cāng)部位做保溫，可采取加電熱板、通高溫水蒸氣、熱水等采暖措施，盡量提高料倉(cāng)溫度。

（6）對(duì)于高寒地區(qū)的水泥生產(chǎn)線，應(yīng)盡量采用封閉的布置方式，減少露天布置，可使車間溫度不至于過低而影響生產(chǎn)，同時(shí)也便于工人的生產(chǎn)操作。

（7）物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)處膠帶機(jī)角度不宜過大，設(shè)計(jì)要比正常設(shè)計(jì)角度值略低，同時(shí)入膠帶溜子要做成靴型，使物料流向與膠帶機(jī)運(yùn)行方向一致。

（8）調(diào)配庫(kù)倉(cāng)底在錐部應(yīng)多設(shè)置捅料孔，配合設(shè)置振打電機(jī)及空氣炮，利于下料。

（9）袋收塵器脈沖閥需要采用溫控箱進(jìn)行保溫。

（10）板式喂料機(jī)導(dǎo)料槽內(nèi)壁設(shè)置樹脂襯板，防止邊壁粘料影響板式喂料機(jī)輸送能力。

4．3　粘濕物料處理流程建議

4．3．1粘濕物料處理流程一（圖29）

優(yōu)點(diǎn)：物料在線配料，避免了堆存及調(diào)配倉(cāng)下料的問題，另外增加在線分析儀可以保證入窯生料的穩(wěn)定性。

圖29　粘濕物料處理流程一

圖30　粘濕物料處理流程二

缺點(diǎn)：粘濕料前期預(yù)處理量較大，生產(chǎn)成本較高；吊車庫(kù)建設(shè)成本高，增加了在線分析儀，造成一次性投資較高。采用長(zhǎng)形預(yù)均化庫(kù)堆存，使用橋式斗輪取料機(jī)，還需要進(jìn)一步論證其可靠性。

4．3．2粘濕物料處理流程二（圖30）

優(yōu)點(diǎn)：一次性投資低。

缺點(diǎn)：物料上料自動(dòng)化程度低，增加了人工；配料波動(dòng)大，入窯生料不穩(wěn)定。

4．3．3粘濕物料處理流程三

增加粘濕料烘干機(jī)，利用窯的廢氣或自加熱風(fēng)爐。烘干以后按正常流程處理即可。

優(yōu)點(diǎn)：可以完全解決粘濕物料出現(xiàn)的問題。

缺點(diǎn)：一次性投資較高，生產(chǎn)成本增加。

上述高寒地區(qū)粘濕物料處理流程，基本依據(jù)東北四廠考察總結(jié)而提出，自動(dòng)化程度和均化效果欠缺，供業(yè)界同仁參考。■