均衡與均化是水泥生產管理的基礎

2022-07-18 06:39:03 字數 4754 閱讀 3562

天瑞水泥集團公司賈華平

一、引言

水泥成份,矽鋁鐵鈣;水泥工藝,兩磨一燒。把料配合理,在合理的工藝線上生產,就能生產出好的產品——事情就是這麼簡單。問題是如何把料配合理,如何確定合理的工藝線,正是這兩個問題把水泥生產給搞複雜了——而這兩個問題的實質是時間上的均衡與空間上的均化。

不論是最終產品水泥的生產,還是半成品熟料的生產,穩定生產是產品穩定的基礎。大家都有了「幾穩保一穩」的經驗,所謂的「幾穩」實際上可以歸結為量穩與質穩——實質上又是時間上的均衡與空間上的均化。

均衡的理念比較簡單,一是要均衡的組織生產,二是避免物流的失控和斷料現象,三是要有準確的計量設施。當然,要得到理想狀態也是很難的。

均化的理念既簡單又複雜,簡單點說容易,就是對「一定的」 物料通過橫鋪側取、側鋪橫取、反覆混合,使其質量趨於均一;複雜的說就難了,水泥生產是乙個動態的過程,需要乙個連續的物料流,而且邊進邊出,量上又沒有「一定的」這個前提,實際上是要求物料流在均衡中獲取均化。

那麼,是否一定要搞這麼複雜呢?水泥生產過程中,要經過原、燃材料配料,粉磨煅燒等一系列複雜物理變化和化學反應過程,要生產出高質量、效能好、成本低的水泥關鍵要有優質熟料,煅燒優質熟料最基本的條件是製備合格而穩定的生料,製備合格穩定的生料又需要合格穩定的原燃材料,而這種合格穩定的原燃材料越來越少,且**高昂。

隨著水泥技術的發展和提高,不是對均衡與均化減小了壓力,而是提出了更高的要求。所以,均衡與均化不是權宜之計,在技術和管理上也需要長期的發展與完善。

大家知道,沸騰煅燒是水泥行業繼預分解工藝之後的又一次重大的技術進步,我國在上世紀80年代就做了一些研究,雖然成效不大,但畢竟指明了發展的乙個方向。

在國際上,日本川崎重工業株式會社於2023年開始沸騰窯基礎研究,首先進行了2t/d試驗窯試驗,2023年又進行了20t/d中試窯4年的執行試驗,發展了關鍵的造粒技術和裝置,2023年2月至2023年底進行了2年的200t/d窯工業試驗,看到了巨大的發展希望:投資與預分解窯基本相當,占地面積大幅度降低,維護管理更加簡單,噸熟料煤耗降低約20%,噸水泥電耗降低約20% 。

2023年11月該技術在我國淄博市建成1000t/d生產線,但經投料試執行無法正常生產,這麼好的一項技術就放在了那裡。

卡在了那裡呢,就卡在均化上—— 該技術的關鍵是在分解爐與燒成爐之間有乙個造粒爐,造粒爐的造粒要求控制溫度在±2 ℃,低了造不成粒,高了又結團堵塞—— 要滿足這一要求,就要實現煤和料在量和質上的穩定,一是對計量和餵料的均衡要求高,二是對原燃材料的成分均化要求高。新技術對均衡與均化提出了更高的要求!

淄博市建設中的1000t/d流化床窯

二,均衡與均化的意義

為了穩定水泥窯的正常熱工操作制度,提高熟料質量,增加產量,保證窯系統的長期安全執行,水泥生產對入窯生料成分的均勻性提出了嚴格的要求。

生料的均化過程貫穿於生料製備的全過程。一般認為,礦山搭配開採、原料預均化堆場、生料粉磨過程的均化作用和生料均化庫等四個環節構成生料均化鏈。每經過乙個環節都會使原料或半成品進一步得到均化。

各個環節的均化作用不同,均化效果也不一樣。

原料預均化堆場和生料均化庫是均化過程的主要環節,它們佔全部均化工作量的80%。那麼剩餘的20%呢?熟料以後的生產是否也需要均化呢?

回答是肯定的,我們有必要將均衡與均化貫穿於水泥生產的全面及全過程中。全方面與全過程的均衡與均化可給生產帶來如下好處:

1,有利於穩定水泥窯熱工制度,提高產量,維持長期安全運轉。降低能耗和維修維護費用;

2,能有效降低對原料品位的要求,充分利用低品位原料和廢料,延長礦山使用年限,減少廢料剝離。降低開採費用和採購費用;

3,有利於提高產品質量,提高產品在市場上的競爭力。擴大銷售市場和提高銷售利潤;

4,降低出廠水泥的標準偏差,壓低出廠水泥的超標率,減少不必要的浪費,降低生產成本;

5,水泥在庫內均化後,可提高多庫搭配出廠的準確性,加快庫存水泥的周轉次數,減少庫存水泥的資金占用;

6,水泥在庫內均化後,可直接在庫底或庫側散裝裝車,不必另建專用的散裝水泥庫,降低基建投資;

7,均衡可縮小袋重偏差,提高袋重合格率,壓低每袋水泥的富裕重量,減少不必要的浪費,降低生產成本;

8,均衡實際上是時間上的均化,他能使空間上的均化產生更好的效果;

9,通過全方面與全過程的均衡與均化,減小對原燃材料預均化堆場和生料均化庫的依賴,縮小或取消這兩種庫,大幅度降低基建投資。

三,全方面全過程的均化

這個題目太大,技術上並不高深,談起來難度較大。只好粗淺的談點自己的認識,只能起乙個拋磚引玉的作用了。

1,均化效果的概念與考究

目前對乙個均化系統,通常用進料和出料的標準偏差之比e = s1/s2來衡量其均化能力,這個定義不盡合理。

比如同乙個生料均化庫,它的均化能力e應該是一定的。但實踐告訴我們,當s1大時,e就會大;當s1小時,e就跟著變小—— 同樣是這個庫,怎麼會有不同的均化能力呢?

這個定義無法對不同的庫進行其均化能力的比較,沒有實際意義。這個院吹噓他的庫在某廠的均化能力達到13,能說明他設計的好碼?那個廠抱怨某院給他們設計的庫均化能力不到3,能說明人家設計的差嗎?

不問究竟的你說我說,把均化技術的評價搞的混亂不堪。

如果硬要比較一下,應該有個比較,首先要有個合理點的比較準則。本人認為一下兩個定義都比現有定義更合理些,可供參考:

① e = (s1-s2)/s1

② 就像檢驗水泥強度要用標準砂一樣,檢驗均化能力也要用一種標準物料。為了有操作性,也可簡化為用一定標準偏差的物料,即將s1設為定值,仍採用現有定義公式:e = s1/s2

2,均化的終極目標與措施

均化為了什麼,比如生料,就是要使在一定空間內的生料,實現其化學成分的均一。其過程是配料和攪拌,兩者是相輔相成的,配得好可以少攪拌,配得差就得多攪拌,可見配料也是個關鍵環節。

配料的最佳方法是什麼呢?就是我們在質量管理上提出多年的「先檢驗後使用」原則。這對連續性的大工業生產而言,要確實做到「先檢驗後使用」是不現實的,但這給我們指明了方向,我們可以向這個方向趨近。

**檢測就是乙個很好的方法,它可以在5-20秒內提供乙個檢測結果,根據檢測結果每分鐘可以調整一下配料比例,基本接近了「先檢驗後使用」。

理想的**分析配料系統是:在每個組分的配料秤前加一台**分析儀,以及時檢測該組分的化學成分,根據各組分的檢測結果,通過計算機及時調整各組分的配料比例,使配料的各組分基本實現「先檢驗後使用」,並在出磨生料上保留現有螢光分析儀檢測,以最終檢驗配出的生料到底怎樣,對**分析儀配料系統進行校正。

該系統能大大的減小對各組分原料預均化堆場、生料均化庫的依賴,減小甚至取消這兩種庫的建設,節約占地、減少投資。

十幾年來,國內已陸續有少數生產線配置了**分析儀,並取得了越來越多的成功經驗,與已廣泛使用的x螢光分析儀相比,它對原料成分控制的水平和能力要主動、準確、均勻得多。

雲南祥雲建材****使用**分析儀的效果

雲南祥雲建材****的**分析儀控制系統

遺憾的是,國內大部分**分析儀用於事後檢驗,仍然沒有在配料上前饋使用,原因主要是比螢光分析儀投資要高得多。實際上這是乙個誤區,與單一的螢光分析儀比確實貴了不少,但與原料預均化堆場比,它實在是太便宜了。

3,先檢驗後使用的生料均化庫

生料均化庫是目前預分解窯生產系統的乙個重要設施,他的均化效果好壞對入窯生料質的穩定影響很大,由於它用於大工業生產的物料流上,各研究單位對其下了很大的功夫,設計了多種上進下出、邊進邊出的生料均化庫,但結果都不盡理想。

前面講過,均化效果取決於時間上的均衡與空間上的均化,在一種設施不能同時滿足兩者時,應用「先檢驗後使用」 的基本理念將兩者割裂開來,先解決空間上的均化,再解決時間上的均衡,就簡單多了。

德國的polysius公司是世界上著名的水泥裝備公司,他對一些工廠的設計,大部分仍然採用了「先檢驗後使用」的原始庫型,但卻具有良好的均化效果。

polysius給某3200t/d線設計的生料均化庫是兩個雙層庫,由此將入庫、均化、出庫從時間上分割開來;雙層庫的上層為間歇式攪拌庫,配料系統累積調整實現庫滿時最終平均值合格,停止入庫後用氣力攪拌至質量基本均一,然後將上層攪拌庫的合格生料卸入下層的儲存庫待用。

這種設計好像是繁瑣了點,但非常實用。不但具有良好的均化效果,而且對生產管理帶來諸多便利。

4,關於窯灰的去向問題

窯灰的化學成分與生料不同,對易磨性好的石灰石窯灰的kh高,對易磨性差的石灰石其kh又低,特別是窯灰的有害成分含量比生料高許多;窯灰的量也在隨時波動,其高值可以達到其低值的兩倍以上。窯灰往**去,直接影響到入窯生料的穩定性,特別對有害成分高的原燃材料,是乙個非常值得關注的問題。

目前設計的燒成系統,多數設計了入窯和入庫兩條通道;多數水泥廠有兩種用法,一是①不管開不開磨都入庫,二是②開磨時入庫,停磨時入窯;少數工廠採用③開不開磨都入窯。

這三種方案都存在弊端:方案①在停磨時入庫,入進去的是純窯灰,如何與庫內現有的生料進行均化;方案②開磨時入庫使入窯生料中含有乙份窯灰,停磨時入窯使入窯生料中變成了兩份窯灰;方案③的好處是恆定了入窯生料中乙份生料乙份窯灰不變,誰跑的窯灰誰吃進去,這似乎是合理的,但無法解決由於窯灰量的波動導致的入窯生料總量的波動。

實際上原來曾經有④窯灰入喂料倉的方案,這等於對方案③進行了完善,遺憾的是隨著生料均化庫的改進,使得方案④行不通了。

如果繼續採用方案①和②,又要取得較高的入窯生料穩定性,就必須強調窯磨的聯動率,盡量保持窯磨的同步執行。

一般設計中,磨的能力總是大於窯的能力,磨的高產執行與庫滿停磨就成了一項節電措施,導致事實上沒人在抓窯磨聯動率。還有乙個方案⑤在生料均化庫側建設窯灰小倉,這實際上是方案③的變通與完善。

方案⑤的窯灰倉無需過大,能儲存乙個班的窯灰量足以,他的作用不是儲存窯灰,而是緩衝窯灰在量上的波動;窯灰倉下要設卸料裝置,其開度比正常的窯灰量略大即可,起到在量上的濾波作用;窯灰倉下要設計量裝置,以便與喂料倉下的計量器具合成控制總的入窯量。

5,**生料均化鏈

如圖所示,乙個完整的生料均化系統應包括四個環節:①原料礦山的搭配開採、②原燃材料的預均化、③生料磨的配料控制、④入窯生料的均化。

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