阿克蘇天山多浪4 000t/d生產線簡介

丁云才，郭天代，劉孔軍

阿克蘇天山多浪4 000t/d生產線簡介

丁云才，郭天代，劉孔軍

1　概述

阿克蘇天山多浪水泥有限公司是新疆天山水泥集團在南疆布局的第一條最大規模的生產線，由天津水泥工業設計研究院有限公司于2009 年12月承擔工程設計，天山集團南疆事業部于2010年4月組織施工建設，歷經八個月，2010年12月生產線全面竣工，為目前國內相同規模生產線建設速度最快的水泥工程之一。

該生產線設計規模為4 000t/d，但熟料生產線產量一直穩定在5 000～5 200t/d，熟料綜合電耗為59.6kWh/t（合同值熟料綜合電耗≤62kWh/t），熟料熱耗為3 038.86kJ/kg（合同簽署熟料熱耗≤3 051.4kJ/kg），這在我國西部地區（海拔約1 200m）尚屬首例。

經過三年的穩定運行和良好的運行指標，該項目于2013年11月獲得中國建材協會優秀設計一等獎。

2　生產線主機設備配置（見表1）

3　生產線主要設計特點

3.1優化原料調配系統

該項目位于新疆阿克蘇地區，礦產資源豐富但含有工業有害成分較多，主要表現在石灰石中鎂的不均勻性，以及輔助原料中堿、氯、硫的超標。如果對這些有害成分稍高的礦產資源棄之不用，勢必增加開采成本和資源浪費。對于石灰石中部分高鎂資源，本項目有針對性地在原料調配站設置兩座石灰石碎石庫，一座高鎂石灰石倉。通過入磨膠帶上設置的γ-在線分析儀，每分鐘定性地檢測出入磨混合料的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、NaO、SO3等化學成分，由計算機控制系統自動實現采集、分析、計算、反饋等功能，實時調節生料的KH、SM、AM三種率值，達到生料質量控制的目的。一舉將傳統的后置式質量控制改變為前置式質量控制，為最大限度地利用高鎂石灰石資源，創造了“事前指導”的充分條件，避免了因礦山較大剝采比而造成的資源浪費和環境污染。由于將該項目的均化“鏈”向水泥廠的原材料端“移動”，因此后續設置的均化功能被有意弱化（詳見3.2論述），這在本項目上首次得以成功嘗試和應用，收到很好的經濟效果。

目前根據原料工藝性能試驗報告，熟料率值控制指標如下：

KH=0.910±0.020 SM=2.60±0.010 AM=1.60±0.010

3.2取消第一均化鏈

由于項目實現生料質量前置控制，同時充分考慮到該項目地處我國西部地區，原材料干燥，原料調配站連續給料有保證，因此設計中首次在國內水泥工程項目上完全取消傳統新型干法水泥生產線中的第一“均化鏈”——石灰石預均化堆場和輔助原料預均化堆場，取而代之的是適度放大的帶有荷重傳感器的原料調配站。使之既有計量和配料功能，又有緩沖和儲存功能，成為生產線上確保連續生產的重要一環（見表2）。

根據業主2011年4月生料化學成分分析報表統計，生料出磨合格率平均達98%，生料入窯合格率平均達99%。從數據可以看出，生料均化庫對均化指標的貢獻率僅約1%，說明采用γ-在線分析儀的生料質量控制系統，能使出磨生料成分均勻程度完全達到入窯要求，為日后整個生產線的燒成系統穩定運行奠定了良好基礎，進一步證明該項目取消第一均化鏈，從設計方案和項目投資角度來說，都是非常正確的。具體體現以下優勢：

表1　生產線主機設備配置

（1）節省項目投資，初步估算可以節約1 000萬元以上。

（2）節約項目征地面積，按石灰石預均庫（規格?80m）和輔料預均化庫規格（46.5m×200m）計算，初步節省土地約20畝左右（不包括相關的道路設施）。

（3）降低項目裝機功率，按四臺堆取料機計算，估算功率為438kW，意味著每年節省電438×0.4×320×24= 1 345 536kWh，節能效果明顯。

（4）降低項目生產成本和崗位員工成本。筆者認為在西部地區，物料普遍干燥，如果設置原料預均化堆場，物料在堆場內揚塵很難控制，工人工作環境很差。倘若采用噴水降塵，也會增加水資源的浪費以及原料在磨內烘干的能耗。因此取消原料預均化堆場，實為本項目優化的最大亮點之一。

表2　原料調配站配置

3.3弱化生料均化庫

本項目采用TP-3型控制流均化庫。當生料入庫后，就相當于進入了7個“子庫”，由于在一個充氣周期內7個卸料區的充氣時間是遞減的，這就形成了7個“子庫”在一個卸料周期內也分別遞減，從而實現了生料層的垂直切割又能縱向滑動混合，進而實現生料庫內成分均衡穩定。

由于本項目設有γ-在線分析儀，生料化學成分被以每分鐘一次（可調）的檢測速度反饋給化驗室，并對生料配比及時調整。這樣頻繁的調節，間接地在生料均化庫內形成數以千計的化學成分近似但不盡相同的的生料層，如果以原料磨產量為340t/h，生料庫直徑18m，生料容重1.3t/m3，以每分鐘調節一次計算，每層厚度僅為17mm。相比傳統的人工每小時取樣分析，即在高度不變的情況下，生料庫中的生料層數被放大了60倍，也就是說生料成分的波動頻次增加了60倍，自然均化的效果就會大幅度的提高，這一點不同于傳統的均化庫，傳統的均化庫需要延長物料在庫內的停留時間，即靠增加庫容庫高的辦法達到均化的目的。

基于對γ-在線分析儀質量控制方面的充分信任，本項目首次采用弱化生料均化庫的流程方案（圖1），與傳統的生料均化庫流程方案（圖2）比較，本項目具有如下特點：

（1）取消混料倉和斗式提升機，減少物料中轉環節，保證生料喂料系統的較高設備運轉率，這對整個燒成系統的很高運轉率是有貢獻的。

（2）減少一臺供混料倉的充氣羅茨風機，和一套空氣輸送斜槽+斜槽風機以及一套收塵器和收塵風機，這體現在整個喂料系統的裝機功率減少約65kW。

通過這些優化措施，生料庫已經從傳統的均化功能為主，變為僅起緩沖作用的生料儲存庫，這是一次大膽的嘗試。若要進一步降低庫下羅茨風機的配置，簡化電氣控制程序，甚至取消各個子區的間隔輪換卸料，真正意義上取消均化功能，需要項目進一步思考和探索。

圖1　多浪生料均化庫流程

圖2　傳統生料均化庫流程

3.4輥壓機生料終粉磨系統

目前生料粉磨系統主要有兩種形式：一種是替代風掃球磨的輥式磨系統；另一種是最近幾年興起的輥壓機生料終粉磨系統。根據粉磨機理分析，輥壓機和輥式磨同屬料床粉碎范疇，區別在于輥壓機屬于“受限高壓”粉碎，即輥壓機中物料受到較好的限制，依靠側擋板強制擋料，盡量降低邊緣效應，使得有效的擠壓力較高，以壓輥投影面積壓力計算，達到4 000～6 000kN/m2。而輥磨中物料受限程度較差，緊靠擋料圈被動攔截物料，倘若物料干燥，則料床很難穩定，使得有效擠壓力大幅度減弱，僅為600～800kN/m2。由此可見，輥式磨粉磨效率低于輥壓機。

從節能減排角度看，輥式磨系統仍屬于風掃粉磨系統，物料提升和選粉需要大量通風，因此系統風機電耗較高，約為7.0kWh/t；而輥壓機系統物料提升采用斗式提升機，屬于機械提升，因此系統風機選型僅考慮選粉功能。故此系統風機電耗較小，僅為4.0kWh/t，節能效果明顯。

綜上所述，本項目采用輥壓機終粉磨系統。生產數據統計顯示，輥壓機單機電耗5.3kWh/t，系統綜合電耗14.1kWh/t，較生料輥式磨系統節電至少3～4kWh/t。

3.5熟料燒成系統

本項目海拔高度約為1 200m，計算當地大氣壓力約為87 708Pa（為標準大氣壓的0.86倍），存在海拔校正問題。眾所周知，隨著海拔的升高，大氣密度必然呈一定關系的下降，直接導致等量氣體的攜帶能力和換熱能力的下降，為了消減海拔對本項目的不利影響，燒成系統在設計上著重采取了如下措施：

（1）窯頭采用大推力高性能燃燒器，強化窯頭煤粉的燃燒。本項目一次風機壓頭達39.6kPa，確保噴出燃燒器的氣流有足夠大的動量。

為引導廣大未成年學生深刻認識習近平總書記關于“中國夢”的思想內涵，學校積極開展了“我的中國夢”主題教育實踐活動。學生通過閱讀“中國夢”系列書籍，積極參加“中國夢”征文活動、書畫競賽和主題朗誦比賽等多種活動，升華了對“中國夢”主題教育的認識。通過“中國夢”系列主題教育活動地開展促使學生堅定理想信念、養成愛國情操、增強民族責任感和自豪感。進一步豐富校園文化生活，營造積極向上、健康文明的校園文化氛圍，展現出了學生的風采和精神風貌。

（2）窯尾采用三噴騰的加大型的分解爐。爐容直徑6.8m，高45.25m，氣體停留時間＞6.35s（略大于常規的分解爐＞6s的開發基準），保證物料充分的換熱和分解。同時采用了天津院新近研制開發的新型撒料盒，散料板角度為5°，插入深度約為200mm，加強了物料和氣體的分散混合效果，提高了預熱器的熱交換效率；C1料管增設雙道鎖風，雙道鎖風閥減少了系統內的竄風，降低了不必要的熱耗損失。此優化使本項目預熱器C1出口溫度降為295℃，節能效果明顯。

（3）采用第三代充氣梁式高效篦冷機和小窯門罩方案。確保入窯的二次風溫度，從而有效提高窯內的燃燒溫度。但是在高海拔地區，篦冷機工作壓力下降，氣體體積流量勢必增加，如何選擇合適的篦冷機，目前存在三種觀點：

a維持原有的規格不變，這時需要保持通過單位篦板面積的空氣質量流量不變，也就意味著熱交換不會改變。

b適當加大篦冷機的規格，保持氣體通過篦冷機的流體阻力不變，但熱交換會有些影響，二、三次風的溫度也會有稍許下降。

c完全放大篦冷機的規格，保持氣流通過篦冷機時鼓風機的功率不變。但由于篦冷機篦床面積增加很多，二、三次風的溫度下降很多。

本項目通過充分論證，確定采用第二方案。篦床面積為109.2m2，單位面積冷卻熟料量在36.6t/m2·d，而一般項目配置在40t/m2·d。這意味著篦冷機被適當放大，隨著后期項目大幅度提產甚至達到5 000t/d的情況下，生產線仍能保持正常狀態，熱耗指標也非常先進，充分說明適當增大篦冷機面積是合理的。

3.6旁路放風系統結合余熱發電

本項目由于地處我國西部，原料中的有害成分堿、氯、硫等含量較高，因此項目中設置旁路放風降低有害成分是不二之選。經測算放風量最高達20%。但是放風必然增加能耗，如何回收熱量呢？經過多方論證，本項目開創性地在全國采用首例的旁路放風結合余熱發電技術。據生產反饋，該系統有效解決了五大問題：

（1）利用余熱鍋爐冷凝大部分鉀鈉等有害灰塵。

（2）旁路放風帶走大量的氯硫等有害氣體。

（3）余熱鍋爐利用余熱進行發電。

（4）降低燒成系統結皮風險，有效提高系統運轉率。

（5）提高熟料質量，28d強度明顯提高。

（6）滿足生產低堿水泥需求，市場前景廣闊。

4　結語

目前該項目生產一直穩定在5 000t/d左右，生產線年運轉率＞92.3%。通過阿克蘇天山多浪項目的特點分析，筆者認為設計依然是工程的靈魂，只有深入了解項目的特殊性和復雜性，采用合理的工藝方案和流程，才能實現超值的回報。本項目已經成為新疆天山集團的標桿項目和中材水泥對外宣傳的重要窗口。

［1］水泥工業技術與管理［M］.北京：中國建材工業出版社.■

Brief Introduction of Aksu Tian Shan DuoLang 4 000t/d Production Line

TQ172.622.29文獻標識碼：A

1001-6171（2015）04-0085-04

通訊地址：天津水泥工業設計研究院有限公司，天津300400；

2014-11-26；編輯：呂光