6 5原 燃料预均化与生料均化 3 1预均化的基本原理 原料预均化1905年首先用于美国的钢铁工业 1959年用于水泥工业 1965年法国拉法基水泥集团又用于对石灰石及黏土两种组分预配料 都取得了良好效果 随后 在许多国家 特别是原料资源少 品位低的国家广泛应用 目前来看 预均化技术是水泥工业充分利用低品位资源 保证可持续发展的有效途径 是水泥窑系统稳定 优质高产 长期安全运转的技术保证 1 预均化的基本原理及功能 水泥生产需要大量的原材料 为了保证生产过程的连续性 要求原料有一定的储存量 这些原料进厂后 先在堆场内储存 然后再取出进入配料系统 简单的储 取过程 只发挥了储库或堆场的一个功能 就是储存的功能 预均化技术就是在原料的存 取过程中运用科学的堆取料技术 实现原料的初步均化 使原料堆场同时具备储存与均化的双重功能 原料预均化的基木原理可以简单形象地描述为 平铺直取 就是在原料堆放时 由堆料机连续地把进来的物料 按一定的方式堆成尽可能多的相互平行 上下重叠 厚薄一致的料层 而在取料时 则通过选择与堆料方式相适应的取料机和取料方式 在垂直于料的方向上 同时切取所有料层 这样在取料的同时完成了物料的混合均化 起到了预均化的作用 2 原料预均化的技术经济意义 a 有利于稳定水泥窑入窑生料成分稳定b 有利于扩大资源利用范围c 有利于利用矿山夹层废石 扩大矿山使用年限d 满足矿山储存及均化双重要求 节约建设投资20世纪80年代以来 原料预均化技术随着新型干法水泥生产的发展 得到广泛的应用 3 2预均化效果的评价方法 1样品的波动幅度例 两组石灰石的碳酸钙含量在90 94 之间 合格率均为60 每组10个样品的检测结果为 第一组样品平均值 92 58 第二组样品平均值 92 03 2样本均值 标准偏差和波动范围 1 样本均值 上述两组石灰石数据的平均X为92 58和92 03 2 标准偏差 式中 S 样本的标准偏差 n 数据数量 xi 物料中某成分的各次测量值 xi xn x 样本均值 标准偏差是一项表示物料成分均匀性的指标标准偏差值越小 物料的成分越均匀 3 波动范围 上例两组石灰石数据的R1和R2各为5 01 和2 15 小结 水泥厂的各种质量检测数据一般均呈正态分布规律 故在求得样本均值和标准偏差之后 可以简要理解为 a 标准偏差越小 成分越均匀 b 标准偏差直接表示波动幅度 单位为原统计数据所用单位 c 标准偏差同样本均值共同表示以均值为基础的波动范围 d 在全部数据中 以均值为中心 S范围的数据占总数据68 3 2S范围内的数据占总数据的95 4 3S范围内的数据占总数据的99 7 e 标准偏差S可以相互比较 如前述两组石灰石 S1 4 68 S2 1 96 则第一组的波动幅度比第二组大2 39倍 4 均化效果计算 H Sb1 Sb2式中 H 均化效果 单位为倍数 Sb1 均化前进料的标准偏差 Sb2 均化后出料的标准偏差 一般水泥生产中 原燃料预均化堆场的均化效果可达5 8 最高可达10 经预均化后石灰石CaCO3含量的标准偏差最好可达 左右 预均化堆场的类型 预均化堆场按功能可分为三种类型 1原料预均化堆场2预配料堆场3配料堆场 1 原料预均化堆场预均化堆场是将成分波动较大的单一品种物料石灰石 原煤等 以一定的堆取料方式在堆场内混合均化 使其出料成分均匀稳定 这种堆场应用最为普遍 如石灰石堆场 原煤堆场等 2 预配料堆场预配料堆场是将成分波动较大的两种或两种以上原料 按一定的配合比例进入堆场 经混合均化 使其出料成分均匀 并基木符合下一步配料要求 如石灰石 黏土预配料堆场 3 配料堆场配料堆场是将全部品种的原料 按照配料要求 以一定的比例进入堆场 经过混合均化 在出料时达到成分均匀稳定 并且完全符合生料成分要求 这种堆场由于具有完全的配料功能 须具备完善的取样 试样处理 在线快速分析等手段 比较复杂 一般很少用 原料预均化堆场的选用条件 水泥工业生产中 判断是否需要建设预均化堆场 可根据原料成分波动及生产要求条件确定 1 根据工艺要求确定例如 大型预分解窑生产线 对生料的波动限制较严 一般要求生料进料CaCO3标准偏差不大于0 2 因此 当进料石灰石CaCO3标准偏差大于3 而其他原料如粘土 煤的成分波动也较大时 就应该考虑采用石灰石预均化堆场 2 按原料进料的成分波动范围确定 当成分波动范围R10 时 表示原料波动较大 则必须建设预均化堆场 3 结合原料矿山的具体情况统一考虑如 矿山的覆盖层厚薄 喀斯特发育情况 裂隙土和夹层的多少 低品位矿山的数量和位置等因素 喀斯特 KARST 即岩溶 是水对可溶性岩石 碳酸盐岩 石膏 岩盐等 进行以化学溶蚀作用为主 流水的冲蚀 潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用 以及由这些作用所产生的现象的总称 由喀斯特作用所造成地貌 称喀斯特地貌 岩溶地貌 喀斯特地貌 3 5煤炭预均化堆场的选用条件 水泥企业遇到煤炭质量波动时 亦应该考虑建设预均化堆场 尤其在市场供应煤炭矿点难以稳定 煤炭灰分波动在5 时 建设预均化堆场即有必要 也有的学者认为 预分解窑单位熟料热耗低 煤灰在窑 炉掺入比较均匀 灰分有些波动影响不会太大 但是灰分往往又同煤的热值及挥发份含量密切相联 如果煤粉热值及挥发份波动较大 则对预分解窑均衡稳定生产十分不利 因此 当煤炭供应矿点得不到保证 需结合煤炭灰分 挥发份 热值等波动状况以及本生产线工艺 装备适应能力综合权衡 3 6预均化堆场布置形式与比较 预均化堆场的布置形式分为两种 1 矩形预均化堆场2 圆形预均化堆场 3 6 1矩形预均化堆场 矩形预均化堆场的特点如下 1 堆场内一般有两个料堆 一个堆料 一个取料 相互交替进行堆 取料作业 以保证生产过程的连续性 堆场长与宽之比一般为5 6 2 两个料堆可根据地形 采取直线或平行布置 图1所示为两个料堆呈直线布置的矩形堆场示意图 图1矩形预均化堆场料堆的两种布置形式 3 进料皮带机和出料皮带机分别布置在堆场两侧 取料机一般停在料堆之间 可向两个方向任意取料 堆料机通过活动的S型卸料机在进料皮带机上截取原料 沿纵长方向向任何一个料堆堆料 也有的堆场采用顶部活动皮带堆料 4 料堆平行布置虽然在总平面布置上比较方便 但是取料机要设置中转台车以便平行移动于两料堆间 堆料机也要选用回转式或双臂式以适用于平行的两个料堆 设备及土建投资均高于前者 因此采用平行料堆的矩形堆场较少 矩形堆场的优点 1 可采用多种堆取料方式2 均化效果好 矩形堆场的缺点 1 占地面积大2 设备和土建投资较高 3 6 2圆形预均化堆场 1 圆形预均化堆场是使用较多的堆场 其特点如下 原料由皮带机送到堆场中心 由可以作360 回转的悬臂皮带机进行堆料 2 取料由桥式刮板取料机完成 桥架的一端连接在堆场中心的立柱上 另一端架设在料堆外围的圆形轨道上 可作360 回旋 取出的原料经刮机送到堆场底部的中心卸料口 由地沟内的出料皮带机运走 3 20世纪80年代初期圆形堆场一般采用3x120 作业法 圆环形料堆分为三部分 其中的1 3容积正在进行堆料作业 1 3容积正在进行取料作业 1 3作为储备料堆 实际上有2 3的料堆可作为取料料堆 因此圆形堆场的2 3容量为有效容量 一般同样储量的圆形堆场比矩形堆场的占地面积可减少30 4 20世纪80年代初期以后德国PHB公司发明了圆形堆场连续作业的彼哈 车夫康系统 改变了过去的圆形堆场分三段 3x120 的作业方法 消灭了堆料中的过渡带和端锥 使圆形堆场内形成一个永不断开的循环料堆化 圆形堆场的特点 1 占地面积少 约可节省30 40 的土地2 设备及土建投资也较矩形堆场低30 40 3 均化效果稍差一些 3 7预均化堆场堆料方式 在进料保持衡定的条件下 均化效果取决于堆料和取料的方式 为求得较高的均化效果 理论上要求堆料时料层平行重叠 厚薄一致 在实际作业时 由于设备的实际可行性和经济上的原因 只能采用近似均匀一致的铺料方法 根据设备的条件和均化的要求 堆料方式有人字形堆料法 波浪形法 水平层法 横向倾斜层法 纵向倾斜层法以及Chevron法 3 7 1人字形堆料法 人字形堆料法其特点如下 1 采用带卸料小车的皮带机堆料 堆料机沿着纵长方向在料堆两端之间往复运转即可完成堆料过程 2 堆料时除第一层为等腰三角形料堆外 以上各层均为人字形堆料 故称为人字形堆料法 3 优点是使用设备简单 均化效果较好 应用比较并遍 4 缺点是物料颗粒离析比较显著 堆料两侧及底部大颗粒较多 3 7 2波浪形堆料法 波浪形堆料法的特点如下 1 采用带卸料小车的皮带机堆料 皮带机需要能上下 前后及水平运动 完成堆料过程 2 堆料时 物料首先在底层堆成许多平行的等腰三角形的长条料带 然后第二层铺在三角形料带之间 呈菱形 接着依次铺上其他各个菱形料层 3 这种堆料法的优点在于减少颗粒的的离析作用 特别在物料颗粒相差较大或不同成分在大小颗粒物料中相差很大时 可取得良好的均化效果 4 缺点在于堆料点需要在整个堆场宽度范围内移动 伸缩 回转 因此 堆料设备价格较高 操作亦较复杂 所以 仅在有少量物料堆料时使用 3 7 3水平层堆料法 水平层堆料法如图所示 其特点如下 1 堆料时 首先在堆场底部均匀地水平铺料 然后逐层上铺 由于物料的休止角的原因 上边各层物料宽度需逐层减小 因此可消除物料颗粒的离析作用 2 由于需在整个堆料平面上均匀铺料 因此要求堆料机除横向移动外 还能在一定范围内回转 有的情况下还需在卸料处安装撒料盘 故堆料装置比较复杂 投资较大 3 主要用于物料的混合作业 当各种物料颗粒 休止角 水分等差别较大 而又需要均匀混合时 可选此堆料方式 3 7 4横向倾斜层堆料法 横向倾斜层堆料法的特点如下 1 该法是将堆料按自然休止角铺成许多平行的倾斜料层 第一层是先在堆场的一侧堆成一各三角形物料条带 然后将堆料机内移 在第一层三角形料带上铺料 依次铺至堆场中央 即可形成横向倾斜层料堆 2 要求堆料机必须在堆场宽度的1 2范围内伸缩回转作业 3 适合选取堆 取合一的装备 因此投资减少 4 缺点在于物料离析严重 大颗粒几乎全部落到料堆底部 因此均化效果很不理想 仅适用于那此对物料均化要求不高的作业 3 7 5纵向倾斜层堆料法 纵向倾斜层堆料法的特点如下 1 堆料时从堆场料堆的一端开始 卸料点均在料堆纵向中心线上 由于料堆纵向距离比宽度大 因此料层数比横向倾斜堆料法多 而每层料量少 所以均化效果由于横向倾斜堆料法 2 这种堆料法的第一层料面为圆锥状 第二层之后的堆料料面则为覆盖圆锥料面一侧的曲面 故亦可成为圆锥形堆料法 3 堆 取料设备简单 投资较少 4 缺点是料层较厚 物料离析较严重 均化效果不理想 3 7 6Chevcon堆料法 Chevron堆料法是人字形堆料法和纵向倾斜层堆料法的混合堆料法 适用于圆形堆场 堆料过程与人字形相似 但堆料机下料点的位置不是固定在料堆中心线上 而是随每次循环移动一定的距离 这种堆料法不仅可以克服 端锥效应 而且由于料堆中 前 后原料的重叠 长期偏差和进场原料突然变化产生的影响也可被消除 均化效果较好 但该系统投资较高 自动化系统管理维修要求严格 3 8预均化堆场的取料方式 堆料形式取决于堆料设备 但取料时的取料方式与设备必须配套 方可取得预期的均化效果 一般预均化堆场取料方式有三种 1 端面取料2 侧面取料3 底部取料 3 8 1端面取料 取料机从料堆的一端向另一端或整个环形料堆推进 取料在料堆整个横断面上进行 最理想的取料是同时切取料堆断面各部位的物料 循序前进 这种取料方法 最适用于人字形 波浪形和水平层料堆 可取得较好的均化效果 常用的取料设机是桥式刮板取料机 桥式圆盘取料机和桥式斗轮取料机等 3 8 2侧面取料 取料机在料堆的一侧从一端至另一端沿料堆纵向往返取料 这种取料方式不能同时切取截面上各部位的物料 只能在侧面沿纵长方向一层层刮取物料 因此最适用于横向倾斜斜层 而且取料的一侧是卸料机在纵向中心线移动的一侧