高寒地区水泥厂冬季粘湿物料的处理

张江涛，刘保良

1　基本概况

我公司为东北地区设计了十几条水泥生产线，积累了较丰富的东北地区冬季粘湿物料防堵防冻设计经验，但实际生产中仍存在诸多问题。另外，近年来我公司承担的国外项目逐渐增多，设计难度也逐渐增大，其中俄罗斯、土耳其等高寒地区项目中的粘湿物料处理成为业界面临的主要难题。为此，我们对东北高寒地区的双阳、明城、哈尔滨、浩良河等数条水泥生产线的粘湿物料处理进行了专项调研，并对调查情况进行了总结分析，提出了三个生产工艺处理方案流程，供高寒地区粘湿物料堵冻处理的设计参考。

2　项目案例

2．1　亚泰双阳水泥厂

亚泰双阳水泥厂有6条生产线，均为我公司设计和主机设备供货。一线到四线均为2 000t/d生产线，五线和六线为5 000t/d生产线。

（1）该厂气候条件

历年年平均气温4．8℃，极端最低气温-38．4℃。

（2）六条生产线原料水分及原料干基配比（表1）

（3）原料处理工艺及设备（表2）

（4）原料处理流程（图1）

（5）冬季物料处理环节采取的措施

据工厂生产管理者介绍，2004年前原料配料采用粘土，由于国家对土壤资源调控，从2004年后全部改用粉煤灰代替粘土，镍渣代替铁矿石进行生产。

表1　六条生产线原料水分及原料干基配比，%

表2　双阳厂原料处理工艺及设备

图1　双阳厂原料处理流程简图

从以前使用粘土的情况来看，要将冬季所用粘土用量计算出来，在每年的10～11月利用推土机及挖掘机对粘土进行翻动晾晒，通过翻晾使粘土松散并可使水分降低大约5%以上，粘土晾晒1～2个月后再堆放到堆棚里，这样处理后基本解决了粘土在生产过程中的冻堵问题。

对于粘湿料仓，仓顶进料口以及皮带秤出料口均加设格栅篦子（见图3），防止冻结的大块粘土进仓进磨；仓内铺设耐磨的高分子树脂衬板，仓锥部外敷设热蒸气或热水管并做外保温（见图3）；磨头仓锥体加振打电机，当出料口断料时启动振动器进行瞬时振打；调配站或磨头仓建筑进行全封闭采暖保温。原煤仓冬季下料也易堵，其采暖保温方式同原料调配仓。

铁矿石、铝矾土等辅料进厂后，采用露天加堆棚的储料方式，但尽量堆存在堆棚里，避免冬季雨雪增湿物料。无雨雪时，先用堆棚外的物料，堆棚里的物料作为备用或应急之用。生产操作时，为保证物料输送顺畅，停磨检修时调配仓内不存湿性物料。

原煤输送胶带机角度偏大，冬季运行时皮带上的冻状原煤易打滑，胶带机尾部落料点应有水平段。建议设计时，依据物料的水分考虑胶带机输送角度。例如，水分为≤10%～12%的原煤，其胶带机输送角度≯8°；粘土类粘湿物料胶带机≯12°。下料点均处于水平。

该项目通过采取以上措施后，冬季粘湿料冻结、堵塞、打滑的故障率大大降低，提高了生产运转率。

双阳水泥厂粘湿物料处理过程中的一些典型照片见图2～7。

2．2　亚泰明城水泥厂

亚泰明城水泥厂有两条5 000t/d熟料水泥生产线，均为天津水泥院设计和主机设备供货。

（1）厂址气候条件

历年年平均气温4．8℃，极端最低气温-38．4℃，厂址距双阳厂20km。

（2）原料水分（表3）

（3）原料处理工艺及设备（表4）

表3　原料水分，%

（4）原料处理流程（图8）

（5）冬季时在物料处理环节采取的措施

据工厂生产管理者介绍，2007年前原料配料采用粘土，也是在秋季进行晾晒处理。但由于国家对土壤资源的调控，2007年后明城厂用粉煤灰代替粘土进行生产。

在露天堆场、辅料及煤下料口都增设了格栅

图2　磨头仓锥部采暖保温

图3　粉煤灰板式喂料机下料口加格栅板

图4　硅石磨头仓锥体增加振打电机

图5　硅石磨头仓下料口增加格栅板

图6　调配钢仓底部利用电加热板加热仓体

图7　板式喂料机内壁增加树脂衬板

生料磨形式原料堆存及上料形式调配仓形式板，防止大块物料进入预均化库；在煤下料斗上加振打器。

表4　明城厂原料处理工艺及设备

图8　原料处理流程简图

铁矿石水分大，含土较多，在辅料堆场内加入少量较干的硅石，利用挖掘机进行搅拌，提高铁矿石的流动性；铁矿石堆场取料时，尽量取料堆里侧未冻结的物料，同时挑出大块物料。

原料调配站内部采用暖气或烧火炉的方式进行保温，避免湿性物料与仓壁冻结。

在冬季生产时始终保持调配库内料位恒定（以避免仓内窜入冷风）。当出现较长时间停磨时，大量冷风漏入仓口容易冻料堵塞。若出现冻堵料时，主要通过放炮及切割料斗放料进行处理。

原料卸车坑及调配库仓内加设树脂衬板，但冬季作用不大；另外建议设计调配仓时加大锥部出料口，增加捅料孔，或加搅拌装置，保证下料的流畅。

收尘器脉冲阀及阀门执行器通过加设伴热带及电热帽等形式进行保温，否则在环境温度为-15℃左右时，阀膜片冻硬失灵。

原煤仓利用煤磨循环风管热风对仓体进行保温，避免煤与仓壁冻结。

亚泰明城厂原料处理一览图见图9～14。

2．3　浩良河水泥厂

浩良河水泥厂现有两条生产线，第一条2 000t/d生产线为南京水泥工业设计研究院有限公司设计，第二条5 000t/d生产线为南京凯盛国际工程有限公司设计。

图9　预均化库铁矿石掺入部分硅石

图10　粉煤灰联合储库

图11　火车卸煤机

图12　铁矿石露天堆场　

图13　硅石下料口增设格栅板

图14　调配库底部加炉子提高环境温度

表5　原料水分，%

表6　浩良河厂原燃料处理工艺及设备

（1）厂址气候条件

历年年平均气温2．2℃，极端最低气温-38．6℃。

（2）原料水分（表5）

（3）原燃料处理工艺及设备（表6）

（4）原料处理流程简图（图15）

（5）冬季在物料处理环节采取的措施

厂里自有粘土矿，矿山离厂区不到10km。每年入冬之前对粘土进行秋翻两遍，翻耕1．5m厚度相当于当地冻土层厚度，晾晒过的粘土回填入坑内，对冻土层以下的粘土原料起到保温的作用以备冬季正常取料。

粘土用汽车运输进厂后露天堆存，生产时用汽车挖掘机对原料进行翻拨，将大块物料砸碎或剥离出来，待入春化冻后使用。采用挖掘机预混粘土与干炉渣，一块进行翻拨，增加原料的流动性，防止粘结；混合料通过装载机上料，在线配料，但配料量不稳定，入窑生料波动较大。另铁质原料和硅石采用离线配料，入料较稳定。

粘土上料斗顶部加300mm×250mm的格栅，大块的粘土物料剥离出来或人工采用风镐破碎。

粘土上料的板式喂料机底部加设火炉，防止冬季板式喂料机板缝冻料卡堵。

煤及辅料堆场物料冻住取不出来时，用挖掘机及人工对物料的端面进行翻拨处理。

调配库底钢仓未做保温及采暖，内部增加树脂衬板，仓下料锥体加捅料孔，调配库全封闭。

浩良河厂原料处理一览图见图16～21。

2．4　哈尔滨水泥厂

哈尔滨水泥厂共有四条生产线，第一条1 000t/d，原料调配为石灰石、硅石、铁粉；第二条2 500t/d，原料调配为石灰石、粘土、铁粉；第三、四条5 000t/d，原料调配为大理石、硅石、尾矿、硫酸渣。此次我们重点调查第一、二条生产线的原料处理系统。

图15　浩良河厂原料处理流程简图

图16　粘土和干炉渣用挖掘机预混

图17　干炉渣堆场

图19　板式喂料机下部加炉子保持温度　

图20　硅石进入预均化库

图21　调配仓锥体加树脂衬板和捅料孔

（1）厂址气候条件

历年年平均气温3．6℃，极端最低气温-38．1℃。

（2）原料配比及原燃料水分（表7）

（3）原燃料处理工艺及设备（表8）

（4）2 500t/d原料处理流程简图（图22）

（5）冬季在物料处理环节采取的措施

粘土供货分包给供应商，水泥厂在每年的十月份将冬季所需粘土量提供给供应商做准备，供应商将粘土在入冬前进行晾晒，保证粘土水分控制在16%以下。

在入厂前确保粘土等辅助物料中的大块及冻块物料已被挑出，厂内没有设置破碎工艺，并且采取按需供料的方式，每天输送物料进厂，不在厂区内进行长期堆存。

粘土和铁矿石上料仓顶部加设长条钢篦板，过滤掉大块的粘土物料，料仓内只存少量料，尽量让物料流动起来，仓内部加设高分子树脂衬板，仓底角度大的两侧做保温，仓壁上加电热管，并在合适位置加设捅料孔。

表7　原料配比及原燃料水分，%

表8　哈尔滨厂原燃料处理工艺及设备

图22　哈尔滨厂2 500t/d原料处理流程简图

原煤仓做保温，在仓底锥壁外表面上加设钢板，以便棚仓时进行人工振打；1 000t/d调配仓锥体内部加树脂衬板，外部加电加热管并保温。

哈尔滨厂原料处理一览见图23～28。

3　对比分析与简要评价

3．1　对比分析

我们对双阳、明城、哈尔滨、浩良河四个水泥厂调查发现，这四个水泥厂在冬季时处理粘湿物料的措施有相似之处，对比分析后归纳如下：

（1）对于冬季使用的粘土应进行预处理。即在秋季将粘土进行晾晒，降低和控制粘土含水量（≤16%～18%）。

（2）工厂内粘土应单独储存，采用吊车库储存和抓斗起重机取料（冬天用挖掘机协助取料）。操作时尽量减少粘土在储库、调配库等地的停留时间。

（3）在卸料坑等下料口处设置格栅板。去除大块物料，防止物料在输送过程中卡堵。

（4）在粘土磨头仓、调配库设置捅料孔、振打装置。内部增加树脂衬板（基本无大块坚硬物料时），外部设置保温。

（5）提高调配库底、磨头仓周围的环境温度，保证粘湿物料输送设备正常运行。

3．2　简要评价

东北四厂粘湿物料处理的特点、相应出现的问题及简要评价见表9。

4　结语

4．1　高寒地区实际生产中应注意的问题

图23　粘土堆棚　

图24　堆棚内粘土

图25　粘土堆棚用抓斗起重机取料

图26　下料口增加格栅板　

图27　粘土下料经皮带秤送至入磨胶带机　

图28　粘土调配仓下锥体设有电加热管

表9　东北四厂粘湿物料处理的特点、相应出现的问题及简要评价

（1）粘土水分的处理：在入冬之前对粘土进行秋翻、晾晒，到入冬后将粘土放入储库储存，以备冬季使用，这样可在一定程度上消除粘土因过粘和过湿而影响生产运转率的问题。

（2）在冬季适当增加取料设备工作班制，从而使调配仓尽量处于低料位运行，以便设备故障停车时，减轻清堵工作。

（3）粘土等粘湿物料在堆棚堆存时，可适当掺入少量炉渣、石灰石等干性物料进行预混，提高其流动性，并利用挖掘机等设备持续翻料，避免因长期堆存导致物料结块。

（4）对于物料的转接部位，例如卸车坑、转运站等地点增加岗位和巡检人员。

4．2　高寒地区粘湿物料处理在工艺设计过程中应注意的问题

（1）高粘湿物料采取在线配料的方案，直接入磨。

（2）对粘湿物料设计时宜采用吊车库的形式，利用抓斗起重机取料。

（3）卸车坑均加钢格栅，将结块物料及时取出，同时可加设振打电机利于下料。

（4）卸车坑及调配仓内铺设高分子树脂衬板，避免物料粘结库壁。

（5）对原煤仓、磨头仓部位做保温，可采取加电热板、通高温水蒸气、热水等采暖措施，尽量提高料仓温度。

（6）对于高寒地区的水泥生产线，应尽量采用封闭的布置方式，减少露天布置，可使车间温度不至于过低而影响生产，同时也便于工人的生产操作。

（7）物料转运点处胶带机角度不宜过大，设计要比正常设计角度值略低，同时入胶带溜子要做成靴型，使物料流向与胶带机运行方向一致。

（8）调配库仓底在锥部应多设置捅料孔，配合设置振打电机及空气炮，利于下料。

（9）袋收尘器脉冲阀需要采用温控箱进行保温。

（10）板式喂料机导料槽内壁设置树脂衬板，防止边壁粘料影响板式喂料机输送能力。

4．3　粘湿物料处理流程建议

4．3．1粘湿物料处理流程一（图29）

优点：物料在线配料，避免了堆存及调配仓下料的问题，另外增加在线分析仪可以保证入窑生料的稳定性。

图29　粘湿物料处理流程一

图30　粘湿物料处理流程二

缺点：粘湿料前期预处理量较大，生产成本较高；吊车库建设成本高，增加了在线分析仪，造成一次性投资较高。采用长形预均化库堆存，使用桥式斗轮取料机，还需要进一步论证其可靠性。

4．3．2粘湿物料处理流程二（图30）

优点：一次性投资低。

缺点：物料上料自动化程度低，增加了人工；配料波动大，入窑生料不稳定。

4．3．3粘湿物料处理流程三

增加粘湿料烘干机，利用窑的废气或自加热风炉。烘干以后按正常流程处理即可。

优点：可以完全解决粘湿物料出现的问题。

缺点：一次性投资较高，生产成本增加。

上述高寒地区粘湿物料处理流程，基本依据东北四厂考察总结而提出，自动化程度和均化效果欠缺，供业界同仁参考。■