俄羅斯項目濕粘物料處理工藝特點分析

徐松林，朱向國

俄羅斯項目濕粘物料處理工藝特點分析

Analysis of Waterish and Sticky Material Handling Process Characters for Russian Project

徐松林，朱向國

本文著重闡述了俄羅斯SCP、TULA、FER三廠原料處理工藝特點和存在的問題，并結合生產調試實際情況進行了分析。三廠地理位置相近，同為莫斯科南部200km附近，因此，原料性能相似。但石灰石白堊特性并不明顯，水分和泥質性不高，處理難度不是很大，但粘土水分大、塑性指數極高，是較難處理的物料。另外，三廠處于嚴寒地區(qū)，黏濕凍問題較突出。

城市垃圾焚燒飛灰；阿利尼特；水化產物；顯微結構

1　俄羅斯SCP項目簡介

俄羅斯Serebryanskiy Cement Plant（簡稱SCP）位于俄羅斯首都莫斯科東南196km的梁贊市郊。SCP項目是一條5 000t/d熟料四級預分解窯的水泥生產線項目，2007年由天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司（簡稱天津院）承擔工程設計，由于受世界性金融危機的嚴重影響，項目中止較長時間，2012年11月項目建成投產，2013年7月同時獲項目PAC和FAC。

表1　SCP項目工藝設計和實際生產原料配比和水分情況

1.1原料配比和水分

SCP項目設計采用石灰石、粘土、砂巖和鐵礦石四組分配料，實際生產采用石灰石、黑粘土（業(yè)主稱Jurassic）、黃粘土（或稱砂土Sandy clay）和鐵粉四組分配料。

工藝設計、實際生產原料配比和水分情況如表1。

從表1可以看出，設計（或實驗）數據和實際生產值有一定的差距，特別是石灰石水分差距較大。原料的綜合水分會影響到預熱器和輥磨的選型以及工藝方案的選擇。

1.2設備的配置

SCP項目主要車間主機設備配置如表2。

從表2可以看出，主機選型基本可以滿足粘濕凍物料生產要求。如石灰石采用雙轉子破碎機；粘土及砂巖采用沖擊式破碎機，這種沖擊輥加齒輥的破碎機是專門為處理濕粘及凍狀的物料破碎而研制；高粘濕的輔料采用國產的BEDESCHI取料機。

1.3原料調配站

設石灰石、砂巖、鐵粉和粘土四組分配料，設計參數見表3。

從表3可以看出，原料調配站儲量儲期為常規(guī)設計，但其輔料倉出料口寬、面積大，錐部角度大，并設置了超常寬的板喂機和稱量給料機。有利于粘濕物料的穩(wěn)定生產。

1.4石灰石、粘土（粘濕物料）處理流程及特點（見圖1）

由表1、2、3和物料處理流程圖分析來看，SCP廠特點是：

（1）石灰石采用單獨的雙轉子錘式破碎機和圓形預均化庫，因石灰石屬白堊類，具有粉質性，本身水分較高，流動性較差，所以在圓形均化庫和常規(guī)刮板取料機條件下不摻高粘濕性粘土是合理的技術方案。

（2）黑、黃兩種粘土分別破碎（均采用沖擊式新型粘土破碎機），分堆預均化并單獨進調配倉，具有互備作用。

表2　SCP項目5 000t/d主機設備配置情況

表3　SCP項目原料調配站儲量儲期

圖1　俄羅斯SCP項目石灰石、粘土單獨破碎及預均化系統(tǒng)流程圖

（3）在生產上采取晾曬濕粘土措施。在我方建議下，業(yè)主專門找了一塊空場地晾曬粘土（10萬噸），將原粘土水分約25%降至20%左右，對穩(wěn)定生產起到了有效的作用。如果再加一個2萬噸的粘土堆棚來控制雨季時的水分則更好。

（4）粘土、鐵粉、礦渣、石膏等生料、水泥的輔料采用矩形預均化庫和BEDESCHI型堆取料機，對濕粘性和軟凍狀物料較適應。

（5）原料調配站儲量儲期按常規(guī)設計，但其輔料（粘土、鐵粉）倉錐部角度大，出料口也大，并設置了超常寬的板喂機和稱量給料機，生產反映良好。

該項目處理流程主要存在如下問題：

（1）對水分偏干的石膏來說矩形堆場及BEDESCHI堆料機天橋式卸料落差大，揚塵較嚴重。

（2）矩形庫里物料品種偏多，當雨季物料較濕粘和嚴寒季節(jié)微凍狀（物料）時，取料量少，物料轉換和上料滿足生產比較困難。

（3）粘土破碎出料口角度、寬度均偏小，角度＜660°，寬度僅600mm，故在斜坡上經常積料堵塞（見圖2）。

圖2　粘土破碎機

（4）石灰石（呈濕狀粉砂性）調配倉下料口僅為1 000mm×1 000mm，角度為60°，均偏小，并設置皮帶式稱量給料機，實際生產時其堵塞較頻繁。

1.5物料凍結狀況

在2012年12月下旬調研期間，莫斯科正值嚴寒時期。我們重點關注物料凍結狀態(tài)對生產的影響，關鍵部位是均化堆場及調配站料倉。

石灰石預均化采用?90m圓形堆場，當時白天室外溫度為-15℃左右，室內溫度約在-10℃以下，石灰石水分為4.2%，石灰石料堆未被凍結，原因是初寒時間不長。

輔料均化采用矩形堆場240m× 20m×10m（地上地下各5m），配備BEDESCHI天橋式堆料機和齒形斗式取料機，矩形倉內儲存粘土、砂土、鐵粉、礦渣和石膏，其中石膏（水分2.2%）堆取料時揚塵較大。當時室外溫度為-15℃左右，由于堆場封閉較嚴，矩形倉內溫度在-7℃左右，水分較大的鐵粉（25.1%）和黑粘土（20.5%）凍結不堅硬，用工具可刨開。因此，BEDESCHI斗式取料機帶堅固的齒形斗式取料應可行，但取料能力影響程度如何尚不能正確判斷（當時生產線停）。后來調試組反映（2013年3月）取料能力從設計200t/h降至60～70t/h，上料系統(tǒng)不能滿足正常生產要求，窯處于低位運行。

由于SCP項目在工藝設計上充分考慮了高粘濕物料的應對措施，因此，實際調試生產運行中不存在技術方案或路線的重大錯誤，業(yè)主方比較認可。當然，在高寒地區(qū)高粘濕物料條件下，設計經驗略顯不足，設計細節(jié)和設備、設施上還存在不少問題和瑕疵，但這些問題可以通過整改加以解決。

表4　TULA項目工藝設計和實際調試生產原料配比和水分情況

2　俄羅斯TULA項目簡介

俄羅斯Heidelberg Tula Plant Project（簡稱TULA）位于俄羅斯首都莫斯科正南南190km的圖拉市郊。TULA項目是一條5 000t/d熟料四級預分解窯的水泥生產線項目，該項目于2007年由天津院有限公司承擔工程設計，2011年10月投產，2012年試生產水泥110多萬噸。在我院調試組技術整改和業(yè)主更換部分原料的情況下，該項目取得了良好的生產業(yè)績，是當年海德堡公司在俄羅斯水泥項目中年產量最高的工廠。

2.1原料配比及物理性能

TULA項目設計采用石灰石、粘土1和2、爐渣或鐵礦石四組分配料，工藝設計和實際調試生產原料配比和水分情況如表4。

從表4可以看出，設計（或實驗）數據提供的原料綜合水分并不高，最大綜合水分只有6.81%，但實際調試生產期間用的粘土較設計時要高很多，最大綜合水分為10.93%，因此實際的生產運行狀況與設計技術方案產生了較大偏差。

2.2工藝設計主機配置

TULA項目主要車間主機設備配置如表5。

從表5可以看出，在工藝主機設備選型上適當考慮了粘濕性物料。如石灰石和粘土混合料破碎采用帶混料器的雙轉子破碎機；混合料預均化采用雙料耙的刮板取料機；采用四級預熱器和窯頭廢氣作為烘干熱源等。這些主機配置基本符合所提供的原料性能要求，當混合料的綜合水分最高為6.8%時，其預均化堆場取料機產量影響在可接受范圍，即可以滿足窯5 500t/h能力生產要求。

2.3原料調配站設計

原料調配站原設計石灰石和粘土、備用料、高鈣石灰石和鐵礦石四組分配料，設計與實際參數見表6。

從表6可以看出原料調配站儲量儲期按常規(guī)設計。對于粘濕性物料，采用板喂機+稱量秤的方案也是常規(guī)設計之一，但生產運行上明顯不適應，堵塞現象較嚴重，這與實際物料水分較高有關。2.4石灰石、粘土及輔料（黏濕物料）處理流程及特點（見圖3）

表5　TULA項目5000t/d主機設備配置情況

從表4、5、6和圖3來看，TULA廠主要特點是：

（1）石灰石和粘土進同一臺雙轉子錘式破碎機進行混合破碎。破碎機入口設置一個混料器，混勻兩種物料，物料均勻落至兩個轉子中間。石灰石和粘土混合破碎時，其實際生產能力能達到考核要求。

表6　TULA項目原料調配站儲量儲期

圖3　俄羅斯TULA項目石灰石和粘土混合破碎及預均化系統(tǒng)流程圖

（2）在破碎機出口膠帶機上設置在線分析儀，用于檢測石灰石和粘土兩種物料的成分。

（3）石灰石和粘土混合料采用圓形預均化堆場均化，常規(guī)的回轉橋式堆料機堆料，采用雙向耙+刮板取料機取料（見圖4）。

（4）原料調配采用四個調配倉，濕粘物料采用板喂機+稱量皮帶秤，其他采用稱量皮帶秤（見表6）。除計量設備外，在入磨膠帶機上還設置在線分析儀。

（5）原料輔料和水泥混合材及煤等全部采用火車進廠（見圖3）。

（6）同SCP項目一樣，考慮到原料綜合水分較高，窯尾采用四級預熱器。

但該項目在原料處理方面主要存在如下較嚴重問題：

（1）采用石灰石和粘土混合均化時，在調試期間刮板取料機產量只有200t/h，而考核要求達到550t/h。

（2）原料調配站的各倉均有不同程度的堵塞現象，特別是雨季和冬季倉出料口頻繁堵料，嚴重影響生產。2.5物料凍結狀況及其生產影響

根據2012年12月下旬TULA現場考察報告，當時現場氣溫在-18～-30℃，回轉窯處于3 000t/d左右低產運行狀態(tài)，主要原因是：

（1）原料開采、運輸和上料無法滿足生產需求。TULA項目石灰石采用凹陷開采，礦床成分復雜，部分夾有黑粘土。由于冰寒地凍，開采效率大為降低。

（2）石灰石和粘土混合料圓形均化堆場（庫）室內溫度低，料堆表面部分凍結。盡管圓形庫密封嚴實，室內較室外溫度高7～10℃，粘土被更換成礦渣，混合料綜合水分在5%～6%左右，但仍有部分物料呈凍結團塊，影響取料能力。

（3）原料調配倉濕物料易被凍結，盡管實際生產時控制各倉儲量是設計的1/5（鐵粉1/10），下料處設有電加熱器，但生產上稍有疏忽就被凍堵，或者凍結團塊堵塞較小的出料口。

圖4　雙向耙+刮板取料機

2.6存在的主要問題及分析

前面提及如果原料生產實際水分與設計相當，那么對生產的影響會小得多。但實際生產采用的各原料水分較設計均提高很多（見表4），對混合料預均化庫和調配站產生了較大影響。

（1）混合料預均化庫的主要問題是：在石灰石與粘土混合均化時，調試期間刮板取料機產量只有200t/h，而考核要求達到550t/h。原因是TULA廠石灰石和SCP廠一樣屬白堊類、粉質性石灰石，松軟易碎，水分較高，流動性差。摻加25%水分、配比高于15%的高塑性粘土后，混合料粘滯力大、流動性更差，故取料機（料耙+刮板）產量大幅降低是正常現象。因此，業(yè)主不得不采用礦渣替代粘土以滿足生產要求，但礦渣600rub/t較粘土70rub/t生產成本高得多，因此，業(yè)主試圖通過系統(tǒng)改造繼續(xù)采用價格低廉的粘土。

（2）原料調配站的主要問題是：原設計的混合料倉（石灰石+粘土）在調試生產時堵塞較頻繁，因此，在2012年9月我院提出了兩個技術修改方案給業(yè)主，方案一是改大出料口和板喂機（B1 250×5 000→B1 600×8 000）規(guī)格；方案二是僅修改出料口（2 500×1 200→3 700×1 200），但遺憾的是業(yè)主并沒有采納我院技改方案。在2013年12月的回訪報告中得知：業(yè)主將除混合料倉外的輔助原料倉出料口加設歐洲產的強制卸料器。

當時修改的依據是參照同期的俄羅斯SCP項目調配站倉出料口和板喂機規(guī)格，SCP項目基本采納我院技術和自主設計方案，而TULA項目被強制執(zhí)行海德堡專家的意見要求。

3　俄羅斯FER項目簡介

Russia Ferzikovo Project（簡稱FER）位于俄羅斯首都莫斯科西南200km的卡魯加州的Ferzikovo鎮(zhèn)。FER項目是一條5 000t/d熟料五級預分解窯的水泥生產線項目，該項目于2010年由CBMI承擔工程設計供貨，業(yè)主為拉法基公司，屬EP+鋼結構+安裝總包項目。2010年7月開工建設，至出熟料工期為40個月，2012年4月開始設備安裝，于2013年底竣工，2014年初調試生產運行。

石灰石和粘土礦山破碎距廠區(qū)約6km，共用一條長膠帶機分別運輸進廠。

3.1設備設施配置情況

FER項目主要車間主機設備配置如表7。

從表7中可以看出，卡魯加的FER項目在應對高濕粘物料上采用的主機配置和工藝措施上與SCP項目基本類似，各有特點。FER項目石灰石和粘土類單獨破碎及均化；粘土采用矩形倉和齒形斗式取料機；原料調配站采用減壓倉和HASLER板鏈秤。但該廠預分解系統(tǒng)采用了5級預熱器系統(tǒng)，燃天然氣。

3.2原材料情況

石灰石、粘土距廠區(qū)6km的礦區(qū)單獨破碎，共用長膠帶機分別運輸進廠，經膠帶機分別送至各自的預均化堆場。由于共用長膠帶機的原因，粘土破碎機能力等同石灰石破碎機能力。鐵粉、砂巖、石膏和礦渣由火車運輸進廠，經卸車坑和膠帶機分別送至原料及水泥的輔助物料封閉的簡易均化堆場。

原料的配比和物料水分（設計估算值）見表8。

表7　FER項目5 000t/d主機設備配置情況

表8　FER項目原料的配比和物料水分（設計估算值）

表9　FER項目原料調配站儲量儲期

從表8來看，FER項目石灰石的最大水分為6.5%，預計正常情況下實際生產水分為4%左右，入磨綜合水分≤10.8%。采用五級預熱器并利用窯頭廢氣送至窯尾原料磨系統(tǒng)，正常氣候條件下能夠滿足烘干原料入磨綜合水分≤10.8%要求。

3.3原料調配站

石灰石和粘土分別采用均化堆場，與SCP項目類似。原料調配站設有6個料倉，2個石灰石倉，其中一個為水泥磨用，故實際上原料設石灰石、粘土、砂巖、鐵粉和石膏共5個倉，其規(guī)格和容量等見表9。

從表9中可以看出，石灰石倉容量是傳統(tǒng)實際的1/5左右，其他料倉均采用較小的減壓倉，這也與HASLER板鏈秤要求有關。倉容小的優(yōu)點是：

（1）物料儲量少，倉壓小不易被壓死；

（2）板鏈秤精度高，設備較輕薄，抗倉重倉壓小，不易壓彎設備；

（3）倉內物料少，一旦故障停磨時間長，物料倒空較容易，被粘結或凍結時清倉較容易。

倉容小的缺點是：

（1）要求取料機單獨取料，本項目專設矩形粘土均化庫及BEDESCHI齒形斗式堆取料機；

（2）采用單獨供料，本項目石灰石和粘土分別單獨用膠帶機輸送供料，其他三種儲期較長，則共用一條膠帶機；

（3）要求取料機運轉率高，運行能力平穩(wěn)可靠，最好有備用措施。

應該指出的是，雖然HASLER板鏈秤（上海組裝生產）的價格是其他國產廠的2～2.5倍，但其精度高達1.0%，而且鏈板頭部設有自清掃裝置。原料配比1.0%的精度完全可以滿足生產要求。

板鏈秤喂料斗與倉錐是活動連接，在其上加振動器，可減少或避免人工捅料的幾率。

調配倉內全部采用不銹鋼襯板，投資雖較樹脂板（其外壁不能加熱）高一些，但其使用壽命長，更適用于濕顆?；蚧旌狭?。粘土采用階梯式專為粘性物料設計的料倉，正面看出料口足夠大，但三側面錐角僅70°，儲料量達80t；當粘土水分在25%、塑性指數在30～50左右時，存在堵塞風險。

3.4原料處理流程（粘土為BEDESCHI堆取料機，見圖5）

俄羅斯FER廠粘濕物料（石灰石，粘土）處理特點是：

（1）石灰石和粘土采用單獨破碎及預均化，但共用一條長膠帶機（6km）；

（2）為與長膠帶機能力配套，粘土破碎機、堆料機能力分別為900t/h和1 080t/h；

（3）粘土單獨采用矩形均化庫（2×8 000t）和BEDESCHI堆取料機；

（4）粘土單獨取料，單獨送至粘土階梯型倉；

（5）調配倉均為減壓小容量式倉，上海HASLER秤配振動給料斗。

但該流程有如下缺陷：

（1）粘土水分較高，未設計戰(zhàn)略堆棚，對破碎、均化和儲存系統(tǒng)將會帶來較大影響；

（2）粘土水分高達25%～30%時，階梯型倉堵塞現象不可避免；

（3）當原料磨故障停車時，調配倉未設倉排空循環(huán)系統(tǒng)。

該項目粘土處理主要存在如下問題：

（1）當時環(huán)境溫度為-23℃，受料倉內的粘土影響（特別是StechevskyIII，水分為25%～30%），粘土破碎機易凍結并和倉壁粘結；

（2）當粘土水分較高時，齒輥破碎機出料為面條狀，并形成二次粘連結塊，其輥齒不適合＞25%水分的粘土；

（3）膠帶機傾角15°不適合易凍結的物料，易產生打滑現象；

（4）膠帶機清掃器質量不良，仍有較多物料粘接帶面；

（5）膠帶機頭部罩子內的擋料板易粘接物料，形成堵塞風險，粘土分料閥同樣；

（6）粘土調配倉內Stechevsky存料高度僅為1～2m，要求取料機連續(xù)運轉，但取料機換堆時將會受斷料影響；

（7）中控操作不能對粘土取料機進行控制和調節(jié)。

以上問題現場根據LFG專家意見已做了部分整改。

圖5　俄羅斯FER項目石灰石及粘土處理系統(tǒng)流程圖

4　俄羅斯SCP、TULA和FER三廠的特點比較與分析

從表10可以看出，SCP、TULA和FER三廠的特點具有相同性及差異性，作如下簡析：

4.1相同性

（1）三廠均位于莫斯科南部（東南至西南）周邊，據莫斯科不到200km；礦物脈系相同，氣候也基本相同。

（2）三廠主要原料均采用石灰石和粘土，石灰石屬白堊類，具有粉質性較松軟，含有一定的水分，易破碎和粉磨，輥磨裝機配置為400t/h，＜3 500kW，調試反映其實際生產負荷率不到60%。

4.2差異性

（1）SCP廠業(yè)主是俄羅斯本地業(yè)主，生產技術和管理缺乏，技術（方案）依賴性較強；TULA和FER兩廠業(yè)主分別是技術及生產實力雄厚的德國海德堡和法國拉法基公司，在項目設計及調試生產過程中技術（方案）能力強勢。

（2）SCP和FER兩廠石灰石和粘土采用的是單獨破碎，分別預均化。其優(yōu)點是保證兩種物料處理系統(tǒng)的生產穩(wěn)定連續(xù)，但FER廠目前沒有達到設計意圖。SCP廠由于采取了粘土晾曬的辦法，控制粘土水分＜20%，加之粘土破碎和調配倉各有兩套系統(tǒng)，因此，目前基本滿足生產和達到設計目標。

（3）TULA廠石灰石和粘土采用的是預混合破碎及均化，其意圖是減輕或消除粘土對生產系統(tǒng)的粘堵影響，同時也節(jié)省投資。但由于石灰石是粉質性的并具有一定水分，流動性本身就差，與較高配比和水分及塑性的粘土混在一起，其混合料流動性更差，采用圓形堆場（取料線路長）和雙耙+刮板取料機產量遠遠不夠，這是技術方案的失誤，應采用斗式取料機，側端式取料。

（4）SCP廠粘土均化雖采用矩形堆場國產BEDESCHI堆取料機，但由于其堆場內有五種料且干濕均有，干料揚塵嚴重；當濕粘物料流動性變差時，產量小，物料轉換滿足不了生產要求。FER廠粘土單獨破碎和均化，但粘土破碎為迎合長膠帶機能力選型太大（產量900t/h），有粘堵時處理非常困難；堆料機能力亦高，生產控制和穩(wěn)定性難度加大；由于兩個料堆為2×8000t，其堆料時間不到10h，均化效果有影響。目前調試生產系統(tǒng)問題較多，建議設法控制粘土水分＜20%（源頭）；簡易措施是粘土在礦山晾曬或粘土控制水分≤25%再與石灰石搭配進矩形均化場。

（5）SCP廠原料調配總體較成功，但石灰石倉錐部角度和出口均偏小，粘土破碎出料口角度（65.9°）小。TULA廠調配站是三個廠中問題最多的，技術偏差較大。FER廠設計有突破創(chuàng)新，粘土調配倉錐部角度（70°）偏小，即使在粘土水分＜20%其塑性較高時。

表10　SCP、TULA和FER三廠的特點比較

5　結語

（1）俄羅斯SCP、TULA和FER三廠在處理粘濕凍物料上各有特點，雖TULA廠與合同要求偏大，但三廠總體是成功的。

（2）項目合同前期，原料勘察工作一定要做細做實，實驗樣品具有代表性，實驗分析基本符合生產實際，即采用的設計技術方案符合原料物化性能、地形地貌和氣象條件情況。

（3）如果石灰石原料屬凹陷開采的泥灰?guī)r、白堊等，其水分超過12%～15%時，應考慮破碎前的晾曬和風干或堆棚等，高濕粘土質物料（水分超30%）采用烘干系統(tǒng)等，預分解窯系統(tǒng)的廢氣量即使是四級預熱器也難以烘干綜合水分12%以上的原料，除非利用輔助熱源。

（4）采用優(yōu)良的設備清掃器，濕粘性物料經過的設備均應設有自清裝置，如皮帶機、板喂機、板鏈秤、取料機等。經過或接觸的料倉和溜子均需設光滑襯板。凍狀物料膠帶機角度不宜超過8°等。

（5）在嚴寒地區(qū)，不僅需要采取獨特的工藝措施，還需建筑、暖通各專業(yè)協(xié)同，如原料系統(tǒng)的各車間采用封閉的保溫廠房，盡可能利用天然的熱源，如太陽能和地熱等。

（6）任何設計技術方案以生產可靠、達標達產為主的同時，還需兼顧業(yè)主要求、基建投資、運行成本、技術合理和當地的法律法規(guī)等。

表1　水泥配比及設計指標

TQ172.61

A

1001-6171（2015）03-0085-07

通訊地址：天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司，天津300400；2014-09-02；編輯：呂光