水泥厂部分生产工艺及设备设施改进与优化

金志民，温旭东

我国水泥工业的关键技术装备在经历了引进、消化和吸收等阶段后，已进入了开发、创新、拥有自主知识产权的时代。目前我国水泥工业设计已普遍采用生料辊压机系统、节能型低压损烧成系统、第四代篦冷机、水泥窑协同处置环境废弃物等装备和技术。现结合多年的水泥生产运行、改造管理经验，介绍几项先进实用的工艺设计和装备选型的优化措施，供业界同仁参考。

1 防堵优化

受资源限制，水泥生产用原材料来源越来越复杂，不可避免会存在一些粘湿物料，而使用粘湿物料会造成设备下料不畅、堵料等，严重影响正常生产运行。为解决此类问题，各水泥企业针对粘湿物料进行了防堵优化。

1.1 配料库防堵优化

粘湿物料在料仓底部结拱造成断料一直是影响水泥企业配料工作的难题，可采取以下措施进行解决：将定量给料秤直接设计在料仓下，取消中间板喂机；改变传统仓下板喂机+定量给料秤的设计方式，在配料库锥体与定量给料秤减压仓之间设计二级悬挂仓（图1）；悬挂仓外壳体装设库壁振动器，利用悬挂振动方式破除仓内结拱。此外，设计中还要注意下料口横截面应尽量大，定量给料秤的裙边皮带应比正常配置的宽，同时定量给料秤减压仓出料口设置断料检测装置（图2），在断料时自动振打下料。

图1 悬挂仓示意图

图2 断料检测装置

1.2 煤粉仓防堵优化

水泥厂用煤的水分较高，而煤粉仓又需要一定的煤储量以满足生产连续运转，因此，经过一段时间积累后，料仓锥部容易发生粘料、结拱和堵料，造成料仓滞料，影响料位检测和生产正常运行。一般情况下，料仓仓壁的倾角均比物料的动安息角大得多，不应发生料仓滞料的情况，分析原因并经实践证明，料仓滞料与料仓形状有关，双曲线形料仓（图3）是水泥厂储煤仓的最佳选择。双曲线形料仓仓壁受到的正压力垂直分量比正圆锥形料仓（图4）小，难以形成粘料条件；同时，在仓壁内再衬以摩擦系数更小的镜面不锈钢板，则更不容易粘料。另外，仓锥部外缠绕自控温型电伴热带，可以保温、抗凝、防冻，解决南方雨水多易结露、结块问题。通过采取以上措施，基本消除了煤粉仓堵料的现象。

图3 双曲线形料仓

图4 正圆锥形料仓

2 清洁节能生产

设备漏油和熟料库顶扬尘是实现清洁生产需重点治理的问题。为解决这一问题，需要创新设备选型思路。

2.1 风机选型

在水泥厂之前的设计中，采用的罗茨风机存在噪声大和漏油现象。考虑到噪声和工厂清洁生产要求，现在的设计中，采用磁悬浮鼓风机、空气悬浮鼓风机、无油螺杆鼓风机、涡旋鼓风机代替传统的罗茨鼓风机，根据不同的风压、风量要求选用匹配的风机形式。磁悬浮鼓风机、空气悬浮鼓风机、无油螺杆鼓风机、涡旋鼓风机的运转部件内部无油且节能，从根本上杜绝了漏油现象。另外，这四种鼓风机的运行噪声比传统罗茨鼓风机小得多，基本免维护，有利于清洁生产。五种鼓风机的运行指标对比见表1。

表1 五种鼓风机运行指标对比表

2.2 磁力耦合器代替液力耦合器

虽然液力耦合器在水泥厂部分设备中有应用，但其内部结构复杂，现场安装找正较为困难，需要定期补油、更换密封和轴承，使用中漏油现象普遍存在。在设计中可以将液力耦合器全部改换为磁力耦合器，磁力耦合器结构简单，安装方便，无需润滑，基本免维护，对环境无污染，可隔离振动，能够延长电机和减速机的使用维护周期。液力耦合器和磁力耦合器的技术对比情况见表2。

2.3 熟料库库顶扬尘治理

熟料库库顶的扬尘是水泥厂清洁生产工作的一大治理难点，φ60m的熟料库库顶收尘器，风量在≮40 000m3/h的前提下，才能有效保证熟料库顶环境整洁。新建水泥厂熟料库库顶收尘器的处理风量常规设计一般是26 800m3/h左右，有些水泥厂已增大至42 000m3/h。随着收尘器处理风量的增大，库顶扬尘状况明显改善，当然也不能无限增大风量。此外还应注意钢结构与混凝土周圈的连接密封和八角楼钢平台与钢结构锥部周圈的连接密封，以保证库内形成负压有效吸尘。周圈密封采用耐候胶、岩棉和泛水板相结合的方式，见图5。

2.4 皮带机头罩部位积料清除

优化前的水泥厂皮带机头罩的设计见图6a，使用中，皮带机头部张紧滚筒带来的粉料落到滚筒下方，形成积料区，需经常人工清扫，给管理带来不便。优化后的皮带机头罩设计见图6b，张紧滚筒设计在接料板空间内，这就使张紧滚筒带来的物料可直接落在接料板上，继而滑进下料口，无需耗费人力清除积料。

表2 液力耦合器和磁力耦合器技术对比表

图5 密封方式

3 其他优化

3.1 检修安全优化

图6 皮带机头罩优化前后图

水泥厂的设备可通过中控启动也可现场启动，检修或试机时，在上下工序、中控操作或电力室任一环节疏忽，都会造成人身伤害。为避免这种伤害，建议水泥厂的低压电机设置VCS（Visual Con⁃trol System）开关箱。这种开关箱具有开关触点可视隔离、带安全联锁装置、带操作手柄挂锁装置、带箱体密封防护功能，现场启停按钮和转换开关装在VCS箱上，并在中控DCS系统中显示具体状态，具有中控参与安全联锁功能。申请购置开关柜时应要求每个回路都有挂牌上锁装置，具备能量隔离功能。VCS可视断点隔离开关箱是用于现场检修人员人身安全防护的一种隔离开关装置，防护等级极高，适用于配电设备紧急断开、就地安全断开以及电机起停控制、正反转控制、变速驱动控制等，通过操作手柄、机械联锁装置和隔离开关以及机械联锁装置和箱门联动的方式可保证现场检修人员的安全。同时，能够通过箱门上设置的可视窗口对隔离开关的可视断点进行实时观察，从而保证检修人员的安全操作。

3.2 钢板仓料位优化

在水泥厂之前的设计中，调配库多采用混凝土库，现在采用钢板仓、中间仓设计的越来越多，但会因仓内物料过少或空仓影响生产，或出现仓满后继续进料，物料从仓顶溢出的现象，增加了现场清理工作，也影响了环境卫生。为解决以上问题，可设置仓荷重传感器，实时在线读取仓内物料重量，便于操作人员准确掌握仓内物料的重量和料位。

图7 生料辊压机系统优化工艺

3.3 生料辊压机系统优化

将入小仓前的下料溜子改造为均匀稳流的布料装置，通过多股喂料方式，实现在整个进料宽度内均匀喂料，保证进入辊压机的物料均匀、稳流、不离析，提高辊压机做功和生产效率。

在皮带输送机来料入辊压机系统前设置锁风喂料器。锁风喂料器采用料位锁风、转子输送、转板清料方式，能有效防止物料粘结以及设备的卡停、磨损、漏风等，降低循环风机和后排风机的转速，从而降低生料电耗。生料辊压机系统优化工艺见图7。

3.4 熟料皮带秤优化

传统设计的熟料配料秤是皮带秤，皮带秤的裙边皮带不耐高温、使用寿命短、维护费工较多，影响正常生产运行。新建水泥厂可以将皮带秤优化为适用于高温物料计量和控制的链板秤。链板秤耐高温、耐磨、不跑偏，采用高精度传感器（拉力）悬挂称重，能连续称重，稳定性好，备件更换方便。

3.5 设备检查门优化

图8 提升机检查门

图9 破碎机检查门

新建水泥厂的设备检查门可优化设计为分体式活动检查门，见图8、图9。该门底部或侧面固定在设备壳体上，用U型橡胶密封条密封，采用绞轴销和活动螺栓连接方式，此检查门开关效率远超传统法兰螺栓紧固连接门，大大减轻了检查维护人员的工作量。

4 结语

以上工艺设计和装备选型优化措施，已在水泥厂实施多年，切实可行、具有可操作性，有利于水泥厂的节能、环保和安全生产，适用于新建水泥厂的设计和老厂提升改造。■