水泥熟料卸船碼頭方案比選研究

張紅彪，李炳辰

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

近年來，全球水泥產業持續增長。從供需平衡的角度來看，全球水泥行業供小于求，因此市場仍存在增長空間[1]。

受到基礎設施建設的拉動，近年來中國以及東南亞地區對水泥的需求持續高速增長，其中大部分項目配套建設碼頭用于接卸水泥熟料。而隨著各國越來越重視綠色發展理念，除卸船機的建設投資、作業效率、運營成本等因素外，水泥熟料卸船的環保效果也逐漸被重視。

水泥熟料卸船設備主要有橋式抓斗卸船機、門機、螺旋卸船機、鏈斗卸船機等類型。對比不同類型卸船機用于水泥熟料作業的優缺點，并分析其在不同應用場景下的適應性，為同類型碼頭的工藝方案選擇提供設計參考。

1 研究背景

水泥生產主要由破碎及預均化、生料制備均化、預熱分解、水泥熟料的燒成、水泥粉磨包裝等過程構成[2]。

由于水泥易變質的特點，不宜長距離運輸，因此大量水泥企業在礦山附近建設水泥熟料生產線，將水泥熟料長距離運輸至銷售地附近的水泥粉磨站，進而生產成品水泥?？紤]到水運具有成本低、運量大、污染小的特點，水泥粉磨站一般建設配套碼頭進行水泥熟料卸船[3]。

2 水泥熟料卸船碼頭平面布置方案

水泥熟料卸船碼頭主要有水泥廠配套專用碼頭和公共碼頭兩種類型。由于兩種類型的碼頭的作業貨種類型不同，平面布置方案也不盡相同。

1）水泥熟料卸船專用碼頭

各水泥企業在國內沿江一帶布設了多個水泥熟料生產基地，配合國外進口水泥熟料，通過水運配送至各水泥廠專用碼頭。

專用碼頭平面布置一般采用離岸引橋式方案，通過長引橋與陸域銜接。專用碼頭一般采用皮帶機輸送水泥熟料，不需要在碼頭后方布置大面積堆場，有利于減少投資。

專用碼頭一般采用橋式抓斗卸船機作業，少數采用門座式起重機（下稱“門機”）作業；其水平輸送均采用皮帶機方案。

2）水泥熟料卸船公共碼頭

由于公共碼頭往往距離水泥粉磨站較遠，且作業貨種較為繁雜，難以采用皮帶機輸送水泥熟料。公共碼頭平面布置一般采用連片式方案，碼頭后方布置大面積堆場，用于接卸貨物的儲存和中轉。連片式碼頭作業靈活度更高，能適應散貨、雜貨等不同貨種，且即可用于卸船作業，也可用于裝船作業。

圖2 連片式碼頭平面布置方案

3 水泥熟料卸船工藝方案

針對水泥熟料卸船，常見的卸船工藝方式有4大類，分別為：橋式抓斗卸船機+皮帶機、連續式卸船機+皮帶機、門機+除塵漏斗+皮帶機、門機+除塵漏斗+自卸車。

3.1 橋式抓斗卸船機+皮帶機

橋式抓斗卸船機在散貨卸船領域運用廣泛，技術可靠成熟，在各類卸船機中占大多數。抓斗沿臂架在船艙與皮帶機上方落料漏斗之間往復運動，落料漏斗集成在橋抓內部[4]。熟料卸船過程主要的起塵位置主要有以下4 個環節：

1）船艙抓取提升至漏斗上方環節；

2）抓斗打開落料至漏斗環節；

3）漏斗卸料至皮帶機環節；

4）皮帶機水平輸送環節。

針對1）環節，橋抓采用了封閉性抓斗，防止散料與落料而造成污染；針對2）環節，漏斗配備干式除塵設備[5]，通過在漏斗內生成負壓，避免物料起塵外漏；針對3）環節，漏斗卸料至皮帶機的卸料口處同步形成負壓，與漏斗中的粉塵一同吸入除塵器，粉塵經收集后返回至皮帶機；針對4）環節，橋抓行走及落料沿線的皮帶機兩側采用擋風板，擋風板高度2.5 m，減少風吹起塵。

總體上，過快的作業速度，將導致除塵系統的工作負荷過大，除塵性能將有所降低。在實際作業中，在滿足效率要求前提下，盡量減慢抓料出倉環節減低作業速度，可在一定程度上降低起塵量。根據實際作業經驗，標稱1 250 t/h 的橋抓，在滿足除塵要求的情況下，實際能力可達到900～1 000 t/h。

圖3 橋式抓斗卸船機+皮帶機

3.2 連續式卸船機+皮帶機

連續式卸船機主要包括螺旋式卸船機和鏈斗式卸船機，其端部采用螺旋或鏈斗將物料提升至后方皮帶機，全程均封閉，除取料頭部在船艙內作業時少量起塵，其他部位均不會起塵，環保效果好[6]。

圖4 連續式螺旋卸船機

但連續式卸船機價格較為昂貴，建設成本較高。且由于水泥熟料表面粗糙，硬度高，螺旋或鏈斗的磨損速度較快，運營維護成本較高。目前國內水泥熟料卸船碼頭暫無采用連續是卸船機的案例。

3.3 門機+除塵漏斗+皮帶機

國內較老的水泥熟料卸船專用碼頭多采用門機卸船，自卸車運輸。隨著國家對環保的要求越來越高，該類碼頭逐漸安裝了除塵漏斗以及皮帶機，盡量減少卸船及水平運輸過程中的粉塵污染。

門機配備專用抓斗，在船艙與除塵漏斗之間沿弧形路徑往復運動。除塵漏斗配備有干式除塵設備。由于漏斗為固定式，其下方皮帶機可采用全程密閉，漏斗下方卸料口與皮帶機密封在一起。

圖5 門機+除塵漏斗+皮帶機

熟料卸船過程主要的起塵位置主要有以下2 個環節：

1）船艙抓取提升至漏斗上方環節；

2）抓斗打開落料至漏斗環節。

針對1）環節，門機采用了封閉性抓斗，防止散料與落料而造成污染。但由于門機抓斗行走路徑為弧形路徑，且行走距離較長，難以避免會出現散料和落料情況；針對2）環節，除塵漏斗配備干式除塵設備，在漏斗內生成負壓，避免物料起塵外漏。

門機投資及運營維護成本較低，但作業效率低、除塵效果稍差、門機駕駛員視線效果差，近年來采用門機進行水泥熟料卸船的碼頭越來越少。

3.4 門機+除塵漏斗+自卸車

公共碼頭作業貨種較多，無法針對水泥熟料建設專用的皮帶機設施，一般采用自卸車進行水平運輸。為適應多種貨種，該類型碼頭常采用門機作業，門機配備專用抓斗，在船艙與除塵漏斗之間沿弧形路徑往復運動。除塵漏斗配備有干式除塵設備，下方卸料點采用圍罩半封閉，伸入自卸車車艙[7]。為避免在堆場內發生二次污染，自卸車直接將水泥熟料運輸至后方水泥廠，不在公共碼頭堆場堆存。

熟料卸船過程主要的起塵位置主要有以下4 個環節：

1）船艙抓取提升至漏斗上方環節；

2）抓斗打開落料至漏斗環節；

3）除塵漏斗卸料至自卸車環節；

4）自卸車水平輸送環節。

針對1）、2）環節，與門機+除塵漏斗+皮帶機方案采用相同的處理方式；針對3）環節，除塵漏斗下方卸料點處增加負壓吸塵，盡量避免粉塵外逸；針對4）環節，自卸車在裝滿水泥熟料后，上方覆蓋帆布，并做好封閉，避免行車過程中粉塵外逸。

圖6 門機+除塵漏斗+自卸車

4 方案比選

不同的水泥熟料裝卸工藝方案具有不同的優缺點，適應不同的應用場景。通過研究分析，各方案優缺點及適應的應用場景如下表。

表1 各工藝方案優缺點及適應場景

5 結語

水泥熟料卸船工藝方案的選擇，可根據實際使用需求和應用場景確定。

橋式抓斗卸船機的除塵性能已經達到較高水平。且橋抓設備的作業效率高、維護成本低，建設成本也在可接受范圍內，得到了廣泛應用。

連續式卸船機具有最好的環保效果，但受限于高昂的建設運營成本，在水泥熟料卸船方面暫無大規模應用。隨著環保要求的進一步提高，連續式卸船機未來可能會在水泥熟料卸船領域有所應用。

門機+除塵漏斗+皮帶機方案常見于老碼頭改造中，在保留原碼頭門機作業方式的基礎上，增加除塵漏斗和封閉式皮帶機，提高環保性能。同時該方案具有建設成本低、維護成本低的的優點。由于門機作業效率較低、環保性能一般，近年來新建碼頭基本不再采用該作業方案。

門機+除塵漏斗+自卸車方案的建設成本和維護成本更低，但其環保性能差、作業效率低，在水泥熟料卸船專用碼頭中，基本沒有應用。由于公共碼頭作業貨種多，難以采用皮帶機輸送，因此公共碼頭均采用該方案進行水泥熟料及其他起塵貨種卸船。由于該方案除塵效果與作業效率有較大矛盾，為滿足良好的除塵效果，作業效率難以達到較高水平，碼頭的利用效率低，因此各公共碼頭也在考慮更好性能的除塵漏斗或探索其他作業方案的可行性。