高寒地區水泥廠冬季粘濕物料的處理

張江濤，劉保良

1　基本概況

我公司為東北地區設計了十幾條水泥生產線，積累了較豐富的東北地區冬季粘濕物料防堵防凍設計經驗，但實際生產中仍存在諸多問題。另外，近年來我公司承擔的國外項目逐漸增多，設計難度也逐漸增大，其中俄羅斯、土耳其等高寒地區項目中的粘濕物料處理成為業界面臨的主要難題。為此，我們對東北高寒地區的雙陽、明城、哈爾濱、浩良河等數條水泥生產線的粘濕物料處理進行了專項調研，并對調查情況進行了總結分析，提出了三個生產工藝處理方案流程，供高寒地區粘濕物料堵凍處理的設計參考。

2　項目案例

2．1　亞泰雙陽水泥廠

亞泰雙陽水泥廠有6條生產線，均為我公司設計和主機設備供貨。一線到四線均為2 000t/d生產線，五線和六線為5 000t/d生產線。

（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）六條生產線原料水分及原料干基配比（表1）

（3）原料處理工藝及設備（表2）

（4）原料處理流程（圖1）

（5）冬季物料處理環節采取的措施

據工廠生產管理者介紹，2004年前原料配料采用粘土，由于國家對土壤資源調控，從2004年后全部改用粉煤灰代替粘土，鎳渣代替鐵礦石進行生產。

表1　六條生產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備

圖1　雙陽廠原料處理流程簡圖

從以前使用粘土的情況來看，要將冬季所用粘土用量計算出來，在每年的10～11月利用推土機及挖掘機對粘土進行翻動晾曬，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個月后再堆放到堆棚里，這樣處理后基本解決了粘土在生產過程中的凍堵問題。

對于粘濕料倉，倉頂進料口以及皮帶秤出料口均加設格柵篦子（見圖3），防止凍結的大塊粘土進倉進磨；倉內鋪設耐磨的高分子樹脂襯板，倉錐部外敷設熱蒸氣或熱水管并做外保溫（見圖3）；磨頭倉錐體加振打電機，當出料口斷料時啟動振動器進行瞬時振打；調配站或磨頭倉建筑進行全封閉采暖保溫。原煤倉冬季下料也易堵，其采暖保溫方式同原料調配倉。

鐵礦石、鋁礬土等輔料進廠后，采用露天加堆棚的儲料方式，但盡量堆存在堆棚里，避免冬季雨雪增濕物料。無雨雪時，先用堆棚外的物料，堆棚里的物料作為備用或應急之用。生產操作時，為保證物料輸送順暢，停磨檢修時調配倉內不存濕性物料。

原煤輸送膠帶機角度偏大，冬季運行時皮帶上的凍狀原煤易打滑，膠帶機尾部落料點應有水平段。建議設計時，依據物料的水分考慮膠帶機輸送角度。例如，水分為≤10%～12%的原煤，其膠帶機輸送角度≯8°；粘土類粘濕物料膠帶機≯12°。下料點均處于水平。

該項目通過采取以上措施后，冬季粘濕料凍結、堵塞、打滑的故障率大大降低，提高了生產運轉率。

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熟料水泥生產線，均為天津水泥院設計和主機設備供貨。

（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）原料處理工藝及設備（表4）

表3　原料水分，%

（4）原料處理流程（圖8）

（5）冬季時在物料處理環節采取的措施

據工廠生產管理者介紹，2007年前原料配料采用粘土，也是在秋季進行晾曬處理。但由于國家對土壤資源的調控，2007年后明城廠用粉煤灰代替粘土進行生產。

在露天堆場、輔料及煤下料口都增設了格柵

圖2　磨頭倉錐部采暖保溫

圖3　粉煤灰板式喂料機下料口加格柵板

圖4　硅石磨頭倉錐體增加振打電機

圖5　硅石磨頭倉下料口增加格柵板

圖6　調配鋼倉底部利用電加熱板加熱倉體

圖7　板式喂料機內壁增加樹脂襯板

生料磨形式原料堆存及上料形式調配倉形式板，防止大塊物料進入預均化庫；在煤下料斗上加振打器。

表4　明城廠原料處理工藝及設備

圖8　原料處理流程簡圖

鐵礦石水分大，含土較多，在輔料堆場內加入少量較干的硅石，利用挖掘機進行攪拌，提高鐵礦石的流動性；鐵礦石堆場取料時，盡量取料堆里側未凍結的物料，同時挑出大塊物料。

原料調配站內部采用暖氣或燒火爐的方式進行保溫，避免濕性物料與倉壁凍結。

在冬季生產時始終保持調配庫內料位恒定（以避免倉內竄入冷風）。當出現較長時間停磨時，大量冷風漏入倉口容易凍料堵塞。若出現凍堵料時，主要通過放炮及切割料斗放料進行處理。

原料卸車坑及調配庫倉內加設樹脂襯板，但冬季作用不大；另外建議設計調配倉時加大錐部出料口，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行器通過加設伴熱帶及電熱帽等形式進行保溫，否則在環境溫度為-15℃左右時，閥膜片凍硬失靈。

原煤倉利用煤磨循環風管熱風對倉體進行保溫，避免煤與倉壁凍結。

亞泰明城廠原料處理一覽圖見圖9～14。

2．3　浩良河水泥廠

浩良河水泥廠現有兩條生產線，第一條2 000t/d生產線為南京水泥工業設計研究院有限公司設計，第二條5 000t/d生產線為南京凱盛國際工程有限公司設計。

圖9　預均化庫鐵礦石摻入部分硅石

圖10　粉煤灰聯合儲庫

圖11　火車卸煤機

圖12　鐵礦石露天堆場　

圖13　硅石下料口增設格柵板

圖14　調配庫底部加爐子提高環境溫度

表5　原料水分，%

表6　浩良河廠原燃料處理工藝及設備

（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備（表6）

（4）原料處理流程簡圖（圖15）

（5）冬季在物料處理環節采取的措施

廠里自有粘土礦，礦山離廠區不到10km。每年入冬之前對粘土進行秋翻兩遍，翻耕1．5m厚度相當于當地凍土層厚度，晾曬過的粘土回填入坑內，對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。

粘土用汽車運輸進廠后露天堆存，生產時用汽車挖掘機對原料進行翻撥，將大塊物料砸碎或剝離出來，待入春化凍后使用。采用挖掘機預混粘土與干爐渣，一塊進行翻撥，增加原料的流動性，防止粘結；混合料通過裝載機上料，在線配料，但配料量不穩定，入窯生料波動較大。另鐵質原料和硅石采用離線配料，入料較穩定。

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鎬破碎。

粘土上料的板式喂料機底部加設火爐，防止冬季板式喂料機板縫凍料卡堵。

煤及輔料堆場物料凍住取不出來時，用挖掘機及人工對物料的端面進行翻撥處理。

調配庫底鋼倉未做保溫及采暖，內部增加樹脂襯板，倉下料錐體加捅料孔，調配庫全封閉。

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線，第一條1 000t/d，原料調配為石灰石、硅石、鐵粉；第二條2 500t/d，原料調配為石灰石、粘土、鐵粉；第三、四條5 000t/d，原料調配為大理石、硅石、尾礦、硫酸渣。此次我們重點調查第一、二條生產線的原料處理系統。

圖15　浩良河廠原料處理流程簡圖

圖16　粘土和干爐渣用挖掘機預混

圖17　干爐渣堆場

圖19　板式喂料機下部加爐子保持溫度　

圖20　硅石進入預均化庫

圖21　調配倉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備（表8）

（4）2 500t/d原料處理流程簡圖（圖22）

（5）冬季在物料處理環節采取的措施

粘土供貨分包給供應商，水泥廠在每年的十月份將冬季所需粘土量提供給供應商做準備，供應商將粘土在入冬前進行晾曬，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，廠內沒有設置破碎工藝，并且采取按需供料的方式，每天輸送物料進廠，不在廠區內進行長期堆存。

粘土和鐵礦石上料倉頂部加設長條鋼篦板，過濾掉大塊的粘土物料，料倉內只存少量料，盡量讓物料流動起來，倉內部加設高分子樹脂襯板，倉底角度大的兩側做保溫，倉壁上加電熱管，并在合適位置加設捅料孔。

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備

圖22　哈爾濱廠2 500t/d原料處理流程簡圖

原煤倉做保溫，在倉底錐壁外表面上加設鋼板，以便棚倉時進行人工振打；1 000t/d調配倉錐體內部加樹脂襯板，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　對比分析與簡要評價

3．1　對比分析

我們對雙陽、明城、哈爾濱、浩良河四個水泥廠調查發現，這四個水泥廠在冬季時處理粘濕物料的措施有相似之處，對比分析后歸納如下：

（1）對于冬季使用的粘土應進行預處理。即在秋季將粘土進行晾曬，降低和控制粘土含水量（≤16%～18%）。

（2）工廠內粘土應單獨儲存，采用吊車庫儲存和抓斗起重機取料（冬天用挖掘機協助取料）。操作時盡量減少粘土在儲庫、調配庫等地的停留時間。

（3）在卸料坑等下料口處設置格柵板。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、調配庫設置捅料孔、振打裝置。內部增加樹脂襯板（基本無大塊堅硬物料時），外部設置保溫。

（5）提高調配庫底、磨頭倉周圍的環境溫度，保證粘濕物料輸送設備正常運行。

3．2　簡要評價

東北四廠粘濕物料處理的特點、相應出現的問題及簡要評價見表9。

4　結語

4．1　高寒地區實際生產中應注意的問題

圖23　粘土堆棚　

圖24　堆棚內粘土

圖25　粘土堆棚用抓斗起重機取料

圖26　下料口增加格柵板　

圖27　粘土下料經皮帶秤送至入磨膠帶機　

圖28　粘土調配倉下錐體設有電加熱管

表9　東北四廠粘濕物料處理的特點、相應出現的問題及簡要評價

（1）粘土水分的處理：在入冬之前對粘土進行秋翻、晾曬，到入冬后將粘土放入儲庫儲存，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運轉率的問題。

（2）在冬季適當增加取料設備工作班制，從而使調配倉盡量處于低料位運行，以便設備故障停車時，減輕清堵工作。

（3）粘土等粘濕物料在堆棚堆存時，可適當摻入少量爐渣、石灰石等干性物料進行預混，提高其流動性，并利用挖掘機等設備持續翻料，避免因長期堆存導致物料結塊。

（4）對于物料的轉接部位，例如卸車坑、轉運站等地點增加崗位和巡檢人員。

4．2　高寒地區粘濕物料處理在工藝設計過程中應注意的問題

（1）高粘濕物料采取在線配料的方案，直接入磨。

（2）對粘濕物料設計時宜采用吊車庫的形式，利用抓斗起重機取料。

（3）卸車坑均加鋼格柵，將結塊物料及時取出，同時可加設振打電機利于下料。

（4）卸車坑及調配倉內鋪設高分子樹脂襯板，避免物料粘結庫壁。

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

（6）對于高寒地區的水泥生產線，應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，同時也便于工人的生產操作。

（7）物料轉運點處膠帶機角度不宜過大，設計要比正常設計角度值略低，同時入膠帶溜子要做成靴型，使物料流向與膠帶機運行方向一致。

（8）調配庫倉底在錐部應多設置捅料孔，配合設置振打電機及空氣炮，利于下料。

（9）袋收塵器脈沖閥需要采用溫控箱進行保溫。

（10）板式喂料機導料槽內壁設置樹脂襯板，防止邊壁粘料影響板式喂料機輸送能力。

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）

優點：物料在線配料，避免了堆存及調配倉下料的問題，另外增加在線分析儀可以保證入窯生料的穩定性。

圖29　粘濕物料處理流程一

圖30　粘濕物料處理流程二

缺點：粘濕料前期預處理量較大，生產成本較高；吊車庫建設成本高，增加了在線分析儀，造成一次性投資較高。采用長形預均化庫堆存，使用橋式斗輪取料機，還需要進一步論證其可靠性。

4．3．2粘濕物料處理流程二（圖30）

優點：一次性投資低。

缺點：物料上料自動化程度低，增加了人工；配料波動大，入窯生料不穩定。

4．3．3粘濕物料處理流程三

增加粘濕料烘干機，利用窯的廢氣或自加熱風爐。烘干以后按正常流程處理即可。

優點：可以完全解決粘濕物料出現的問題。

缺點：一次性投資較高，生產成本增加。

上述高寒地區粘濕物料處理流程，基本依據東北四廠考察總結而提出，自動化程度和均化效果欠缺，供業界同仁參考。■