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水泥厂生料均化库施工组织设计方案文本
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生料均化库施工方案|
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核心提示：本文主要介绍生料均化链的作用及其在水泥企业中的推广和应用。
&&&&& 生料均化过程实际贯穿于生料制备的全过程。一般认为；矿山搭配开采、原料预均化堆场、生料粉磨过程的均化作用和生料均化库等四个环节构成生料均化链。每经过一个环节都会使原料或半成品进一步得到均化。各个环节的均化作用不同，均化效果也不一样。原料预均化堆场和生料均化库是均化过程的主要环节，它们占全部均化工作量的80％，以下就均化作业的基本概念作一些说明。
1　评价均匀性的指标
　&& 我国不少水泥厂采用计算合格率的方法来评价原料、半成品、成品的质量与均匀性。合格率的含义是：若干个样品在规定质量标准上下限之内的百分率，称之为该一定范围内的合格率。这种计算方法虽然可以反映物料成分的均匀性，但它并不能反映全部样品的波动幅度及其成分的分布特性。下面的例子可以说明这一点。
　　假设有两组石灰石样品，其CaCO3含量介于90％～94％的合格率均为60％，每组10个样品的CaCO3含量（％）如
　　第一组和第二组样品的平均值分别为92.58％和92.03％，两者比较接近，而且合格率也相同（60％），两者的均匀性似乎差别不大。但实际上这两组样品的波动幅度相差很大。第一组中有两个样品的波动幅度都在平均值±7％左右，即使是合格的样品，其成分不是偏近上限，就是偏近下限；而第二组样品的成分波动就小得多。两者的标准偏差分别为4.88和1.96，相差较大。显然用合格率来衡量物料成分均匀性的方法是有较大缺陷的，需要改进。
　　为此，根据质量控制和数理统计学原理，在探讨生料均化系统时，我们引用三个主要的参数――标准偏差S、变异系数R和均化倍数（又称均化效果）H，作为评价物料成分均匀性的指标。
　　标准偏差是数理统计学中的一个概念，是随着高斯定律的发现而提出的。它应用于水泥工业时可扼要地理解为：
　　（１）标准偏差是一项表示物料成分（例如CaCO3、SiO2含量）均匀性的指标，其值越小，成分越均匀；　　　
　　（２）标准偏差和算术平均值一起构成变异系数，可以表示物料成分为相对波动情况；
　　（3） 成分波动于标准偏差范围内的物料，在总量中大约占70％，还有近30％的物料其成分的波动比标准偏差还要大。
　　当进料成分围绕其平均值的波动符合高斯定律的正态分布时，上述三条简单的理解是正确的。如果进料成分的波动偏离正态分布较远时，由上式求得的标准偏差只能是一个近似值，往往比它的真值偏大。然而，均化过程出料成分的波动基本上接近正态分布，因此计算所得出的出料标准偏差值较接近于其真值。这样求得的均化倍数就会偏大。所以在一定条件下，直接用出料的标准偏差来表示均化作业的好坏，比单纯采用均化倍数来表示要切合实际。并且工艺生产的要求也不在于追求表面的“倍数”，而是要控制其出料的标准偏差值，保证其成分的均匀性。
2　生料均化链
　　近十余年来均化技术在水泥工业中获得迅速的发展与广泛的应用，并且结合水泥生产的特点逐渐形成了一个与生料制备系统并存的生料均化系统―生料均化链。
　　前已述及，一个完整的生料均化系统必须包括四个环节，即原料矿山的搭配开采、原料预均化、生料磨的配料控制和入窑生料的均化。这四个环节相互连接而组成一条生料均化链，如图3所示。设计好水泥厂生料均化链的技术经济意义主要体现于以下四个方面：
　　（1）可以扩大原料资源，利用矿石夹层，提高资源的综合利用率；
　　（2）可以尽量利用矿山的覆盖或废石，减少剥离，降低开采成本，延长矿山服务年限；
　　（3）确保水泥窑入窑生料的质量与均匀性，以稳定窑的正常热工制度和操作，便于实现自动控制，提高熟料质量、产量及窑的运转率；
　　（4）我国地方水泥工业以立窑为主要窑型，理应对生料的均匀性要求更高。提高均化链的作用有利于小水泥厂的技术进步与技术改造。
2.1　矿山的搭配开采与运输
　　矿山搭配开采的工作内容包括：生产勘探、爆破采掘设计；爆堆成分分布预测及装运设计；多台段采运搭配；入厂原料成分预测、检验与调节等。国内外大型水泥厂石灰石矿山的生产实践表明，掌握搭配开采的原则应为：在经济开采和综合利用资源的前提下，在矿石采运过程中尽可能做到进厂原料成分合格和稳定；但对大型矿山的搭配开采在整个生料均化链中所负担的均化任务不宜太大，通常为总均化工作量的10％左右。因大型矿山的机械化程度高、设备规格大、能力高、台数少、如过分强调进料矿石成分的均匀性而人为地减小开采设备的规格，增加台数，强化搭配采运，势必使整个矿山开采过程复杂化，增加开采成本，这是不经济的。相反，在一些中小水泥厂的矿山上，其搭配开采在整个生料均化链中所负担均化任务的比重就可适当增大，达15％-20％是有可能的，也是经济的。
　　一般，在矿山开采与运输这个环节上，受矿层储存情况和开采设计的影响，其矿石原料进厂成分的波动是不可避免的，且具有长周期、低频率、高振幅的特性，搭配开采的任务就是适当地缩短其波动周期和降低其波动振幅。
2.2　原料预均化与储存
　　原料预均化与储存主要是由预均化堆场来完成的。它在生料均化链中主要起两个作用：其一，消除进厂矿石原料成分以天计的长周期波动；其二，显著地降低原料成分波动的振幅，缩小其标准偏差。在料堆或堆场的储存期（天数）内，使出料的成分达到一定的均匀性，满足生料磨配料控制的要求。因而预均化堆场出料的成分波动具有周期短、频率高、振幅低的特性。
　　预均化堆场在生料均化链中担负着约占总均化工作量的35％-40％的任务，其出料CaCO3的标准偏差SB2可缩小到±1％-±1.5％；或者在进料成分波动较大的情况下，其均化效果SB1／SB2可达7-10，为生料磨提供成分已知而又较均齐的喂料。
　　目前我国有些中小型水泥厂所用的简易预均化堆场或预均化库，其出料CaCO3的标准偏差SB2约±2％-±2.5％，均化效果虽然不很高，但对于稳定窑的生产大有好处。
2.3　生料磨配料控制
　　生料磨在均化链中的主要作用是控制和调节配料，虽然就提高其出料CaCO3含量的均匀性来看，它并没有多大作用，但它保证出磨生料的平均成分在一定时期内接近目标值，且提高了生料中SiO2、Al2O3、Fe2O3等其它成分的均匀性。生料磨在均化链中完成的均化工作量约为总量的0-10％，之所以会有这么大的范围，这主要取决于配料控制的措施与水平、重量喂料机的精度和生料磨系统的类型。由于生料磨配料控制中的延时性与滞后性，及其在生产调节中的惯性与稳定性的影响，生料磨出料的成分波动具有以小时计的中等周期、中等频率、低振幅的特性。
2.4　入窑生料的均化与储存
　　这是生料均化链的最后一环，它担负着均化总量的40％的任务。生料均化库的主要功能就是消除出磨生料所带来的成分波动，使出库生料的均匀性满足入窑要求，CaCO3标准偏差达到±0.2％以下，保证入窑生料成分高度均齐，最终完成整个生料均化链的全部任务。
　　综合上述，生料均化链中各环节的主要功能可归纳为表-2。
　　注：生料成分的加权平均值达到目标值所需用的时间谓之波动周期，各次波动周期的平均值
称为平均均化周期。
3　生料磨头配料及控制
　　在对原料进行粉磨之前，需确定原料的品种和各种原料的配合比例，称之为生料配料。生料配料计算主要以熟料矿物组成和各项率值为依据，然后根据原料化学成分计算各种原料的配合比例。磨头配料控制的目的是使入窑（出磨）生料成分符合目标值的要求，保证生料成分的平均值接近目标值。按照新型干法水泥生产的要求，一般控制出磨生料CaCO3滴定值在目标值的±2％范围之内。
　　值得提出的是，出磨生料的CaCO3滴定值或CaO值虽与控制指标相近，但其KH值偏高。这主要因为出磨生料含有水分，对于CaCO3滴定值实际上是合格甚至偏高的生料，反而误认为偏低，从而增加石灰石的配比，使生料KH值偏高。另一种情况是因为原料中的SiO2含量偏低，导致KH值偏高，因此，单纯控制CaCO3或CaO不足以保证生料成分合格，最好能同时控制三个率值。
&&&& 生料的三个率值主要由其中的四种氧化物（SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO）所构成，所以控制生料配料的关键是采用在线分析及时对出磨生料成分提供反馈信息。一般采用X射线分析仪或国内自行开发的钙铁分析仪分析出磨生料各种氧化物的含量，并将结果输入以计算机和配料秤为核心的生料质量控制系统，进而对配料进行校正，可以实现正确控制配料的要求。钙铁仪只能分析CaO和Fe2O3，但价格便宜，适于小厂使用。借助在线X射线分析仪和计算机控制的配料系统，其出磨生料成分将在一定范围内围绕目标值而波动，经生料均化库后，就能全面满足入窑生料的质量要求。
4　影响生料库均化能力的因素
　　实践表明，生料均化链前三个环节的进料成分波动具有较大的随机性，因此采用均化效果或均化倍数H值来评价其均化能力，基本符合生产实际，可以满足生产工艺的管理要求。但对生料均化库来说，其进料是具有配料控制功能的生料磨的出料，由于工艺过程的需要，生料磨出料成分始终在人为地调节控制之下，围绕着目标值周期性地波动。
&&&&&& &（来源：中国水泥网& 转载请注明出处）
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小水泥厂生料均化新方法及设备
(作者：袁祖祥&时间：<font color="#CC年10月19日)&[字体：
4& 均化机的构造
&&& 均化机的主体是1个卧式均化箱(10),其B―B剖面的下部为半圆形,上部为方形。均化箱内设有由回转轴(2)、多孔螺旋叶(3)、条形搅拌板(6)组成的机械搅拌装置。均化箱内上部设有一台两端无封头的螺旋输送机(5),由装在回转轴上的链轮及链条(7)驱动。均化箱的底部设有充气装置(15)向箱内充气。可从立窑鼓风机送风主管接一支管供风,因用风量很小,故不必专设鼓风机,整机结构见图2。
&&& 物料由进料螺旋闸门(4)进入均化箱,由多孔螺旋叶将物料推向均化箱的右端,通过出料螺旋闸门(14)连续卸出。在被推动的过程中,有部分物料从多孔螺旋叶的孔中漏掉,这就使物料在前进的过程中产生速度差,也就是使物料得到轴向均化。物料在前进的过程中,同时又受到条形搅拌板(6)的回转搅拌。此外,由于多孔螺旋叶所推动的物料量大于卸料量,这就使均化箱右端的料位升高,由螺旋输送机将这一部分没有卸出的物料返回均化机的左端,参与后一段时间进入均化箱物料的均化。这样可使参与均化的物料体积超过均化箱容积的5倍左右,也就是扩大了参与均化物料的范围,有利于提高均化效果。由于物料同时受到轴向、径向和循环三种形式的均化,而且是连续均化作业,故均化效果和产量都高于国内现有的各种机械均化设备,能满足水泥厂要求质高、量大的特点。又由于充气装置向均化箱内充入均匀分布的、一股挨一股的无数股极细的空气流,可使均化箱内的物料得到膨胀而呈悬浮状态以至流态化,从而提高了均化效率,也大幅度地降低了机械搅拌所需要的动力和降低搅拌件的磨损量。
图2&& 料粉均化机整机示意图
1.链轮及链条;2.回转轴;3.多孔螺旋叶;4.进料螺旋闸门;5.螺旋输送机;6.条形搅拌板;7.人孔和盖;8.排气除尘布袋;9.连通器式料位显示管;10.均化箱;11.溢流管;12.溢流报警器;13.螺旋输送机(将均化后的物料送走,若均化机安装在物料储库顶上,则省去此输送机);14.出料螺旋闸门;15.充气装置;16.杂物清除孔和盖;17.低压大流量空气油水过滤箱;18.充气箱进气管
&&& 在南方潮湿地区进入充气装置的空气必须经过低压大流量空气油水过滤箱,其他地区最好也是这样,以利实现每年只检查一次充气装置。进入均化箱的空气由排气除尘布袋排出。
&&& 均化机产量的变动幅度较大。在安装完毕试运转时,首先将进料螺旋闸门的开度调整至所需产量的位置(在闸门下方的进料管开口处测流量)。闸门开度确定后一般不再调整,除非是均化机产量有变化。
&&& 均化机在暂停运转时,应卸空均化箱内的物料,卸空后尚需继续充气5min,然后关闭送气阀和驱动电动机,同时关闭出料螺旋闸门。下次使用均化机时,首先向充气箱送气,3min后开启驱动电动机,使主轴(2)旋转2min后开始向均化箱送料。然后通过连通器式料位显示管观察均化箱内的料位高度,待料位高度达到料位显式管上的红线位置时,立即开启出料螺旋闸门。此时必须注视料位显示管中料位的变化,要求料位始终保持在红线上下10mm位置。若料位下降即调小出料螺旋闸门的开度;若料位上升则调大出料闸门的开度。出料闸门的开度调整合适后,一般不再调整。如果由于疏忽大意,致使料位上升过高,则均化箱内过多的物料,可自动从溢流管溢出,此时,溢流管上安装的溢流报警器即报警,避免因均化箱内物料过多甚至压实物料,造成驱动电动机超载负荷以至损坏。
5& 使用效果
&&& 使用这种均化技术后,从入窑生料氧化钙含量合格率上反映出的均化效果与多库搭配的库数成正比,与生料出磨合格率成反比。即入窑合格率较出磨合格率提高的幅度与参加多库搭配的库数有关,库数愈多提高的幅度愈大。此外,还与生料出磨合格率的高低有关,一般说来可提高15%～20%。
&&& 甘肃八一水泥厂的使用情况:该厂有两条互相独立的生产线,出磨生料合格率都在75%～80%之间。1号生产线有3座生料库,生料经3座库搭配进入2座间歇式空气搅拌库,入窑氧化钙合格率为87.74%(氧化铁为97.08%);2号生产线有3座生料库,但其中一座库是生料经均化后的入窑库,实际只有2座库的生料搭配进入均化机,入窑氧化钙合格率为87.86%(氧化铁为96.38%)。以上所说的各种合格率都是年平均值,由此可见均化机的均化效果是比较好的。
&&& 该厂采用均化机的工艺布置方案如图3所示。此方案的优点是:不另占场地,而且技改投资较小。缺点是:库底空间太小,检修不方便。特别是由于库底高度的限制,造成溢流管(9)与螺旋输送机(8)的夹角较小,以致均化机内过多的物料不能顺利的从溢流管自动流入螺旋输送机。加之单管螺旋输送机(11)虽配有无级变速器(2)也难以及时准确地调整进入均化机的物料流量,当某一个生料库内物料起拱停止下料时,使预定进入均化机的物料减少50%,而且不易及时发现。又当库内生料起拱后突然塌下时,虽有单管螺旋输送机也难以阻挡。不仅使进入均化机物料的流量很不稳定,而且造成物料充满均化机使驱动电动机超负荷运转,影响电动机的使用寿命。故不推荐老厂改造时采用将均化机安装在库下的这一方案,除非在设计新厂时可采用。即在设计时使库底与地面有合适的高度,以便在均化机的进料口上方增设一个手动螺旋闸门控制进料。还需在单管螺旋输送机与均化机之间增设一台螺旋输送机,将过多的物料送回出磨生料入库提升机,这既可稳定物料进入均化机的流量,并且可以起到机械倒库的作用。
图3& 八一水泥厂均化机工艺布置示意图
1.电动机;2.无级变速器;3、4.均化前的生料库;5.均化后的生料库(入窑库);6.提升机;7.螺旋输送机(将均化后的生料输送入窑);8.螺旋输送机(将均化后的生料输送入提升机6);9.溢流管;10.料粉均化机;11.单管螺旋输送机(正反螺旋);12.漏斗(钢板制作);13.电动机和变速器支承架(角钢焊制)
&&& 使用多库搭配加均化机,单位物料均化电耗与水泥厂的生产规模成反比:年产水泥4.4万t,电耗为1.5kWh/t;年产水泥8.8万t,电耗为1.3kWh/t;年产水泥14万t,电耗为1.1kWh/t,单位产量电耗大于空气搅拌库。因此,年产10万t以上的生产线,可筹集资金建造空气搅拌库;年产在10万t以下的,可考虑使用均化机,将入窑生料合格率搞上去。使用均化机不仅投资小,而且它对管理技术方面的要求不高,非常适合小型水泥厂的技术改造。虽然多支出了一些电费,但由于生料入窑合格率得到提高,从而使熟料质量和产量都得到提高,这方面的经济效益是远远超过电费的。采用均化机后只需几个月即可回收全部投资,生产规模愈大,回收投资的时间愈短。
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