俄罗斯项目湿粘物料处理工艺特点分析

2015-08-30徐松林朱向国

水泥技术 2015年3期

徐松林，朱向国

俄罗斯项目湿粘物料处理工艺特点分析

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

徐松林，朱向国

本文着重阐述了俄罗斯SCP、TULA、FER三厂原料处理工艺特点和存在的问题，并结合生产调试实际情况进行了分析。三厂地理位置相近，同为莫斯科南部200km附近，因此，原料性能相似。但石灰石白垩特性并不明显，水分和泥质性不高，处理难度不是很大，但粘土水分大、塑性指数极高，是较难处理的物料。另外，三厂处于严寒地区，黏湿冻问题较突出。

城市垃圾焚烧飞灰；阿利尼特；水化产物；显微结构

1　俄罗斯SCP项目简介

俄罗斯Serebryanskiy Cement Plant（简称SCP）位于俄罗斯首都莫斯科东南196km的梁赞市郊。SCP项目是一条5 000t/d熟料四级预分解窑的水泥生产线项目，2007年由天津水泥工业设计研究院有限公司（简称天津院）承担工程设计，由于受世界性金融危机的严重影响，项目中止较长时间，2012年11月项目建成投产，2013年7月同时获项目PAC和FAC。

表1　SCP项目工艺设计和实际生产原料配比和水分情况

1.1原料配比和水分

SCP项目设计采用石灰石、粘土、砂岩和铁矿石四组分配料，实际生产采用石灰石、黑粘土（业主称Jurassic）、黄粘土（或称砂土Sandy clay）和铁粉四组分配料。

工艺设计、实际生产原料配比和水分情况如表1。

从表1可以看出，设计（或实验）数据和实际生产值有一定的差距，特别是石灰石水分差距较大。原料的综合水分会影响到预热器和辊磨的选型以及工艺方案的选择。

1.2设备的配置

SCP项目主要车间主机设备配置如表2。

从表2可以看出，主机选型基本可以满足粘湿冻物料生产要求。如石灰石采用双转子破碎机；粘土及砂岩采用冲击式破碎机，这种冲击辊加齿辊的破碎机是专门为处理湿粘及冻状的物料破碎而研制；高粘湿的辅料采用国产的BEDESCHI取料机。

1.3原料调配站

设石灰石、砂岩、铁粉和粘土四组分配料，设计参数见表3。

从表3可以看出，原料调配站储量储期为常规设计，但其辅料仓出料口宽、面积大，锥部角度大，并设置了超常宽的板喂机和称量给料机。有利于粘湿物料的稳定生产。

1.4石灰石、粘土（粘湿物料）处理流程及特点（见图1）

由表1、2、3和物料处理流程图分析来看，SCP厂特点是：

（1）石灰石采用单独的双转子锤式破碎机和圆形预均化库，因石灰石属白垩类，具有粉质性，本身水分较高，流动性较差，所以在圆形均化库和常规刮板取料机条件下不掺高粘湿性粘土是合理的技术方案。

（2）黑、黄两种粘土分别破碎（均采用冲击式新型粘土破碎机），分堆预均化并单独进调配仓，具有互备作用。

表2　SCP项目5 000t/d主机设备配置情况

表3　SCP项目原料调配站储量储期

图1　俄罗斯SCP项目石灰石、粘土单独破碎及预均化系统流程图

（3）在生产上采取晾晒湿粘土措施。在我方建议下，业主专门找了一块空场地晾晒粘土（10万吨），将原粘土水分约25%降至20%左右，对稳定生产起到了有效的作用。如果再加一个2万吨的粘土堆棚来控制雨季时的水分则更好。

（4）粘土、铁粉、矿渣、石膏等生料、水泥的辅料采用矩形预均化库和BEDESCHI型堆取料机，对湿粘性和软冻状物料较适应。

（5）原料调配站储量储期按常规设计，但其辅料（粘土、铁粉）仓锥部角度大，出料口也大，并设置了超常宽的板喂机和称量给料机，生产反映良好。

该项目处理流程主要存在如下问题：

（1）对水分偏干的石膏来说矩形堆场及BEDESCHI堆料机天桥式卸料落差大，扬尘较严重。

（2）矩形库里物料品种偏多，当雨季物料较湿粘和严寒季节微冻状（物料）时，取料量少，物料转换和上料满足生产比较困难。

（3）粘土破碎出料口角度、宽度均偏小，角度＜660°，宽度仅600mm，故在斜坡上经常积料堵塞（见图2）。

图2　粘土破碎机

（4）石灰石（呈湿状粉砂性）调配仓下料口仅为1 000mm×1 000mm，角度为60°，均偏小，并设置皮带式称量给料机，实际生产时其堵塞较频繁。

1.5物料冻结状况

在2012年12月下旬调研期间，莫斯科正值严寒时期。我们重点关注物料冻结状态对生产的影响，关键部位是均化堆场及调配站料仓。

石灰石预均化采用ϕ90m圆形堆场，当时白天室外温度为-15℃左右，室内温度约在-10℃以下，石灰石水分为4.2%，石灰石料堆未被冻结，原因是初寒时间不长。

辅料均化采用矩形堆场240m× 20m×10m（地上地下各5m），配备BEDESCHI天桥式堆料机和齿形斗式取料机，矩形仓内储存粘土、砂土、铁粉、矿渣和石膏，其中石膏（水分2.2%）堆取料时扬尘较大。当时室外温度为-15℃左右，由于堆场封闭较严，矩形仓内温度在-7℃左右，水分较大的铁粉（25.1%）和黑粘土（20.5%）冻结不坚硬，用工具可刨开。因此，BEDESCHI斗式取料机带坚固的齿形斗式取料应可行，但取料能力影响程度如何尚不能正确判断（当时生产线停）。后来调试组反映（2013年3月）取料能力从设计200t/h降至60～70t/h，上料系统不能满足正常生产要求，窑处于低位运行。

由于SCP项目在工艺设计上充分考虑了高粘湿物料的应对措施，因此，实际调试生产运行中不存在技术方案或路线的重大错误，业主方比较认可。当然，在高寒地区高粘湿物料条件下，设计经验略显不足，设计细节和设备、设施上还存在不少问题和瑕疵，但这些问题可以通过整改加以解决。

表4　TULA项目工艺设计和实际调试生产原料配比和水分情况

2　俄罗斯TULA项目简介

俄罗斯Heidelberg Tula Plant Project（简称TULA）位于俄罗斯首都莫斯科正南南190km的图拉市郊。TULA项目是一条5 000t/d熟料四级预分解窑的水泥生产线项目，该项目于2007年由天津院有限公司承担工程设计，2011年10月投产，2012年试生产水泥110多万吨。在我院调试组技术整改和业主更换部分原料的情况下，该项目取得了良好的生产业绩，是当年海德堡公司在俄罗斯水泥项目中年产量最高的工厂。

2.1原料配比及物理性能

TULA项目设计采用石灰石、粘土1和2、炉渣或铁矿石四组分配料，工艺设计和实际调试生产原料配比和水分情况如表4。

从表4可以看出，设计（或实验）数据提供的原料综合水分并不高，最大综合水分只有6.81%，但实际调试生产期间用的粘土较设计时要高很多，最大综合水分为10.93%，因此实际的生产运行状况与设计技术方案产生了较大偏差。

2.2工艺设计主机配置

TULA项目主要车间主机设备配置如表5。

从表5可以看出，在工艺主机设备选型上适当考虑了粘湿性物料。如石灰石和粘土混合料破碎采用带混料器的双转子破碎机；混合料预均化采用双料耙的刮板取料机；采用四级预热器和窑头废气作为烘干热源等。这些主机配置基本符合所提供的原料性能要求，当混合料的综合水分最高为6.8%时，其预均化堆场取料机产量影响在可接受范围，即可以满足窑5 500t/h能力生产要求。

2.3原料调配站设计

原料调配站原设计石灰石和粘土、备用料、高钙石灰石和铁矿石四组分配料，设计与实际参数见表6。

从表6可以看出原料调配站储量储期按常规设计。对于粘湿性物料，采用板喂机+称量秤的方案也是常规设计之一，但生产运行上明显不适应，堵塞现象较严重，这与实际物料水分较高有关。2.4石灰石、粘土及辅料（黏湿物料）处理流程及特点（见图3）

表5　TULA项目5000t/d主机设备配置情况

从表4、5、6和图3来看，TULA厂主要特点是：

（1）石灰石和粘土进同一台双转子锤式破碎机进行混合破碎。破碎机入口设置一个混料器，混匀两种物料，物料均匀落至两个转子中间。石灰石和粘土混合破碎时，其实际生产能力能达到考核要求。

表6　TULA项目原料调配站储量储期

图3　俄罗斯TULA项目石灰石和粘土混合破碎及预均化系统流程图

（2）在破碎机出口胶带机上设置在线分析仪，用于检测石灰石和粘土两种物料的成分。

（3）石灰石和粘土混合料采用圆形预均化堆场均化，常规的回转桥式堆料机堆料，采用双向耙+刮板取料机取料（见图4）。

（4）原料调配采用四个调配仓，湿粘物料采用板喂机+称量皮带秤，其他采用称量皮带秤（见表6）。除计量设备外，在入磨胶带机上还设置在线分析仪。

（5）原料辅料和水泥混合材及煤等全部采用火车进厂（见图3）。

（6）同SCP项目一样，考虑到原料综合水分较高，窑尾采用四级预热器。

但该项目在原料处理方面主要存在如下较严重问题：

（1）采用石灰石和粘土混合均化时，在调试期间刮板取料机产量只有200t/h，而考核要求达到550t/h。

（2）原料调配站的各仓均有不同程度的堵塞现象，特别是雨季和冬季仓出料口频繁堵料，严重影响生产。2.5物料冻结状况及其生产影响

根据2012年12月下旬TULA现场考察报告，当时现场气温在-18～-30℃，回转窑处于3 000t/d左右低产运行状态，主要原因是：

（1）原料开采、运输和上料无法满足生产需求。TULA项目石灰石采用凹陷开采，矿床成分复杂，部分夹有黑粘土。由于冰寒地冻，开采效率大为降低。

（2）石灰石和粘土混合料圆形均化堆场（库）室内温度低，料堆表面部分冻结。尽管圆形库密封严实，室内较室外温度高7～10℃，粘土被更换成矿渣，混合料综合水分在5%～6%左右，但仍有部分物料呈冻结团块，影响取料能力。

（3）原料调配仓湿物料易被冻结，尽管实际生产时控制各仓储量是设计的1/5（铁粉1/10），下料处设有电加热器，但生产上稍有疏忽就被冻堵，或者冻结团块堵塞较小的出料口。

图4　双向耙+刮板取料机

2.6存在的主要问题及分析

前面提及如果原料生产实际水分与设计相当，那么对生产的影响会小得多。但实际生产采用的各原料水分较设计均提高很多（见表4），对混合料预均化库和调配站产生了较大影响。

（1）混合料预均化库的主要问题是：在石灰石与粘土混合均化时，调试期间刮板取料机产量只有200t/h，而考核要求达到550t/h。原因是TULA厂石灰石和SCP厂一样属白垩类、粉质性石灰石，松软易碎，水分较高，流动性差。掺加25%水分、配比高于15%的高塑性粘土后，混合料粘滞力大、流动性更差，故取料机（料耙+刮板）产量大幅降低是正常现象。因此，业主不得不采用矿渣替代粘土以满足生产要求，但矿渣600rub/t较粘土70rub/t生产成本高得多，因此，业主试图通过系统改造继续采用价格低廉的粘土。

（2）原料调配站的主要问题是：原设计的混合料仓（石灰石+粘土）在调试生产时堵塞较频繁，因此，在2012年9月我院提出了两个技术修改方案给业主，方案一是改大出料口和板喂机（B1 250×5 000→B1 600×8 000）规格；方案二是仅修改出料口（2 500×1 200→3 700×1 200），但遗憾的是业主并没有采纳我院技改方案。在2013年12月的回访报告中得知：业主将除混合料仓外的辅助原料仓出料口加设欧洲产的强制卸料器。

当时修改的依据是参照同期的俄罗斯SCP项目调配站仓出料口和板喂机规格，SCP项目基本采纳我院技术和自主设计方案，而TULA项目被强制执行海德堡专家的意见要求。

3　俄罗斯FER项目简介

Russia Ferzikovo Project（简称FER）位于俄罗斯首都莫斯科西南200km的卡鲁加州的Ferzikovo镇。FER项目是一条5 000t/d熟料五级预分解窑的水泥生产线项目，该项目于2010年由CBMI承担工程设计供货，业主为拉法基公司，属EP+钢结构+安装总包项目。2010年7月开工建设，至出熟料工期为40个月，2012年4月开始设备安装，于2013年底竣工，2014年初调试生产运行。

石灰石和粘土矿山破碎距厂区约6km，共用一条长胶带机分别运输进厂。

3.1设备设施配置情况

FER项目主要车间主机设备配置如表7。

从表7中可以看出，卡鲁加的FER项目在应对高湿粘物料上采用的主机配置和工艺措施上与SCP项目基本类似，各有特点。FER项目石灰石和粘土类单独破碎及均化；粘土采用矩形仓和齿形斗式取料机；原料调配站采用减压仓和HASLER板链秤。但该厂预分解系统采用了5级预热器系统，燃天然气。

3.2原材料情况

石灰石、粘土距厂区6km的矿区单独破碎，共用长胶带机分别运输进厂，经胶带机分别送至各自的预均化堆场。由于共用长胶带机的原因，粘土破碎机能力等同石灰石破碎机能力。铁粉、砂岩、石膏和矿渣由火车运输进厂，经卸车坑和胶带机分别送至原料及水泥的辅助物料封闭的简易均化堆场。

原料的配比和物料水分（设计估算值）见表8。

表7　FER项目5 000t/d主机设备配置情况

表8　FER项目原料的配比和物料水分（设计估算值）

表9　FER项目原料调配站储量储期

从表8来看，FER项目石灰石的最大水分为6.5%，预计正常情况下实际生产水分为4%左右，入磨综合水分≤10.8%。采用五级预热器并利用窑头废气送至窑尾原料磨系统，正常气候条件下能够满足烘干原料入磨综合水分≤10.8%要求。

3.3原料调配站

石灰石和粘土分别采用均化堆场，与SCP项目类似。原料调配站设有6个料仓，2个石灰石仓，其中一个为水泥磨用，故实际上原料设石灰石、粘土、砂岩、铁粉和石膏共5个仓，其规格和容量等见表9。

从表9中可以看出，石灰石仓容量是传统实际的1/5左右，其他料仓均采用较小的减压仓，这也与HASLER板链秤要求有关。仓容小的优点是：

（1）物料储量少，仓压小不易被压死；

（2）板链秤精度高，设备较轻薄，抗仓重仓压小，不易压弯设备；

（3）仓内物料少，一旦故障停磨时间长，物料倒空较容易，被粘结或冻结时清仓较容易。

仓容小的缺点是：

（1）要求取料机单独取料，本项目专设矩形粘土均化库及BEDESCHI齿形斗式堆取料机；

（2）采用单独供料，本项目石灰石和粘土分别单独用胶带机输送供料，其他三种储期较长，则共用一条胶带机；

（3）要求取料机运转率高，运行能力平稳可靠，最好有备用措施。

应该指出的是，虽然HASLER板链秤（上海组装生产）的价格是其他国产厂的2～2.5倍，但其精度高达1.0%，而且链板头部设有自清扫装置。原料配比1.0%的精度完全可以满足生产要求。

板链秤喂料斗与仓锥是活动连接，在其上加振动器，可减少或避免人工捅料的几率。

调配仓内全部采用不锈钢衬板，投资虽较树脂板（其外壁不能加热）高一些，但其使用寿命长，更适用于湿颗粒或混合料。粘土采用阶梯式专为粘性物料设计的料仓，正面看出料口足够大，但三侧面锥角仅70°，储料量达80t；当粘土水分在25%、塑性指数在30～50左右时，存在堵塞风险。

3.4原料处理流程（粘土为BEDESCHI堆取料机，见图5）

俄罗斯FER厂粘湿物料（石灰石，粘土）处理特点是：

（1）石灰石和粘土采用单独破碎及预均化，但共用一条长胶带机（6km）；

（2）为与长胶带机能力配套，粘土破碎机、堆料机能力分别为900t/h和1 080t/h；

（3）粘土单独采用矩形均化库（2×8 000t）和BEDESCHI堆取料机；

（4）粘土单独取料，单独送至粘土阶梯型仓；

（5）调配仓均为减压小容量式仓，上海HASLER秤配振动给料斗。

但该流程有如下缺陷：

（1）粘土水分较高，未设计战略堆棚，对破碎、均化和储存系统将会带来较大影响；

（2）粘土水分高达25%～30%时，阶梯型仓堵塞现象不可避免；

（3）当原料磨故障停车时，调配仓未设仓排空循环系统。

该项目粘土处理主要存在如下问题：

（1）当时环境温度为-23℃，受料仓内的粘土影响（特别是StechevskyIII，水分为25%～30%），粘土破碎机易冻结并和仓壁粘结；

（2）当粘土水分较高时，齿辊破碎机出料为面条状，并形成二次粘连结块，其辊齿不适合＞25%水分的粘土；

（3）胶带机倾角15°不适合易冻结的物料，易产生打滑现象；

（4）胶带机清扫器质量不良，仍有较多物料粘接带面；

（5）胶带机头部罩子内的挡料板易粘接物料，形成堵塞风险，粘土分料阀同样；

（6）粘土调配仓内Stechevsky存料高度仅为1～2m，要求取料机连续运转，但取料机换堆时将会受断料影响；

（7）中控操作不能对粘土取料机进行控制和调节。

以上问题现场根据LFG专家意见已做了部分整改。

图5　俄罗斯FER项目石灰石及粘土处理系统流程图

4　俄罗斯SCP、TULA和FER三厂的特点比较与分析

从表10可以看出，SCP、TULA和FER三厂的特点具有相同性及差异性，作如下简析：

4.1相同性

（1）三厂均位于莫斯科南部（东南至西南）周边，据莫斯科不到200km；矿物脉系相同，气候也基本相同。

（2）三厂主要原料均采用石灰石和粘土，石灰石属白垩类，具有粉质性较松软，含有一定的水分，易破碎和粉磨，辊磨装机配置为400t/h，＜3 500kW，调试反映其实际生产负荷率不到60%。

4.2差异性

（1）SCP厂业主是俄罗斯本地业主，生产技术和管理缺乏，技术（方案）依赖性较强；TULA和FER两厂业主分别是技术及生产实力雄厚的德国海德堡和法国拉法基公司，在项目设计及调试生产过程中技术（方案）能力强势。

（2）SCP和FER两厂石灰石和粘土采用的是单独破碎，分别预均化。其优点是保证两种物料处理系统的生产稳定连续，但FER厂目前没有达到设计意图。SCP厂由于采取了粘土晾晒的办法，控制粘土水分＜20%，加之粘土破碎和调配仓各有两套系统，因此，目前基本满足生产和达到设计目标。

（3）TULA厂石灰石和粘土采用的是预混合破碎及均化，其意图是减轻或消除粘土对生产系统的粘堵影响，同时也节省投资。但由于石灰石是粉质性的并具有一定水分，流动性本身就差，与较高配比和水分及塑性的粘土混在一起，其混合料流动性更差，采用圆形堆场（取料线路长）和双耙+刮板取料机产量远远不够，这是技术方案的失误，应采用斗式取料机，侧端式取料。

（4）SCP厂粘土均化虽采用矩形堆场国产BEDESCHI堆取料机，但由于其堆场内有五种料且干湿均有，干料扬尘严重；当湿粘物料流动性变差时，产量小，物料转换满足不了生产要求。FER厂粘土单独破碎和均化，但粘土破碎为迎合长胶带机能力选型太大（产量900t/h），有粘堵时处理非常困难；堆料机能力亦高，生产控制和稳定性难度加大；由于两个料堆为2×8000t，其堆料时间不到10h，均化效果有影响。目前调试生产系统问题较多，建议设法控制粘土水分＜20%（源头）；简易措施是粘土在矿山晾晒或粘土控制水分≤25%再与石灰石搭配进矩形均化场。

（5）SCP厂原料调配总体较成功，但石灰石仓锥部角度和出口均偏小，粘土破碎出料口角度（65.9°）小。TULA厂调配站是三个厂中问题最多的，技术偏差较大。FER厂设计有突破创新，粘土调配仓锥部角度（70°）偏小，即使在粘土水分＜20%其塑性较高时。