水泥廠部分生產工藝及設備設施改進與優化

金志民，溫旭東

我國水泥工業的關鍵技術裝備在經歷了引進、消化和吸收等階段后，已進入了開發、創新、擁有自主知識產權的時代。目前我國水泥工業設計已普遍采用生料輥壓機系統、節能型低壓損燒成系統、第四代篦冷機、水泥窯協同處置環境廢棄物等裝備和技術。現結合多年的水泥生產運行、改造管理經驗，介紹幾項先進實用的工藝設計和裝備選型的優化措施，供業界同仁參考。

1 防堵優化

受資源限制，水泥生產用原材料來源越來越復雜，不可避免會存在一些粘濕物料，而使用粘濕物料會造成設備下料不暢、堵料等，嚴重影響正常生產運行。為解決此類問題，各水泥企業針對粘濕物料進行了防堵優化。

1.1 配料庫防堵優化

粘濕物料在料倉底部結拱造成斷料一直是影響水泥企業配料工作的難題，可采取以下措施進行解決：將定量給料秤直接設計在料倉下，取消中間板喂機；改變傳統倉下板喂機+定量給料秤的設計方式，在配料庫錐體與定量給料秤減壓倉之間設計二級懸掛倉（圖1）；懸掛倉外殼體裝設庫壁振動器，利用懸掛振動方式破除倉內結拱。此外，設計中還要注意下料口橫截面應盡量大，定量給料秤的裙邊皮帶應比正常配置的寬，同時定量給料秤減壓倉出料口設置斷料檢測裝置（圖2），在斷料時自動振打下料。

圖1 懸掛倉示意圖

圖2 斷料檢測裝置

1.2 煤粉倉防堵優化

水泥廠用煤的水分較高，而煤粉倉又需要一定的煤儲量以滿足生產連續運轉，因此，經過一段時間積累后，料倉錐部容易發生粘料、結拱和堵料，造成料倉滯料，影響料位檢測和生產正常運行。一般情況下，料倉倉壁的傾角均比物料的動安息角大得多，不應發生料倉滯料的情況，分析原因并經實踐證明，料倉滯料與料倉形狀有關，雙曲線形料倉（圖3）是水泥廠儲煤倉的最佳選擇。雙曲線形料倉倉壁受到的正壓力垂直分量比正圓錐形料倉（圖4）小，難以形成粘料條件；同時，在倉壁內再襯以摩擦系數更小的鏡面不銹鋼板，則更不容易粘料。另外，倉錐部外纏繞自控溫型電伴熱帶，可以保溫、抗凝、防凍，解決南方雨水多易結露、結塊問題。通過采取以上措施，基本消除了煤粉倉堵料的現象。

圖3 雙曲線形料倉

圖4 正圓錐形料倉

2 清潔節能生產

設備漏油和熟料庫頂揚塵是實現清潔生產需重點治理的問題。為解決這一問題，需要創新設備選型思路。

2.1 風機選型

在水泥廠之前的設計中，采用的羅茨風機存在噪聲大和漏油現象。考慮到噪聲和工廠清潔生產要求，現在的設計中，采用磁懸浮鼓風機、空氣懸浮鼓風機、無油螺桿鼓風機、渦旋鼓風機代替傳統的羅茨鼓風機，根據不同的風壓、風量要求選用匹配的風機形式。磁懸浮鼓風機、空氣懸浮鼓風機、無油螺桿鼓風機、渦旋鼓風機的運轉部件內部無油且節能，從根本上杜絕了漏油現象。另外，這四種鼓風機的運行噪聲比傳統羅茨鼓風機小得多，基本免維護，有利于清潔生產。五種鼓風機的運行指標對比見表1。

表1 五種鼓風機運行指標對比表

2.2 磁力耦合器代替液力耦合器

雖然液力耦合器在水泥廠部分設備中有應用，但其內部結構復雜，現場安裝找正較為困難，需要定期補油、更換密封和軸承，使用中漏油現象普遍存在。在設計中可以將液力耦合器全部改換為磁力耦合器，磁力耦合器結構簡單，安裝方便，無需潤滑，基本免維護，對環境無污染，可隔離振動，能夠延長電機和減速機的使用維護周期。液力耦合器和磁力耦合器的技術對比情況見表2。

2.3 熟料庫庫頂揚塵治理

熟料庫庫頂的揚塵是水泥廠清潔生產工作的一大治理難點，φ60m的熟料庫庫頂收塵器，風量在≮40 000m3/h的前提下，才能有效保證熟料庫頂環境整潔。新建水泥廠熟料庫庫頂收塵器的處理風量常規設計一般是26 800m3/h左右，有些水泥廠已增大至42 000m3/h。隨著收塵器處理風量的增大，庫頂揚塵狀況明顯改善，當然也不能無限增大風量。此外還應注意鋼結構與混凝土周圈的連接密封和八角樓鋼平臺與鋼結構錐部周圈的連接密封，以保證庫內形成負壓有效吸塵。周圈密封采用耐候膠、巖棉和泛水板相結合的方式，見圖5。

2.4 皮帶機頭罩部位積料清除

優化前的水泥廠皮帶機頭罩的設計見圖6a，使用中，皮帶機頭部張緊滾筒帶來的粉料落到滾筒下方，形成積料區，需經常人工清掃，給管理帶來不便。優化后的皮帶機頭罩設計見圖6b，張緊滾筒設計在接料板空間內，這就使張緊滾筒帶來的物料可直接落在接料板上，繼而滑進下料口，無需耗費人力清除積料。

表2 液力耦合器和磁力耦合器技術對比表

圖5 密封方式

3 其他優化

3.1 檢修安全優化

圖6 皮帶機頭罩優化前后圖

水泥廠的設備可通過中控啟動也可現場啟動，檢修或試機時，在上下工序、中控操作或電力室任一環節疏忽，都會造成人身傷害。為避免這種傷害，建議水泥廠的低壓電機設置VCS（Visual Con?trol System）開關箱。這種開關箱具有開關觸點可視隔離、帶安全聯鎖裝置、帶操作手柄掛鎖裝置、帶箱體密封防護功能，現場啟停按鈕和轉換開關裝在VCS箱上，并在中控DCS系統中顯示具體狀態，具有中控參與安全聯鎖功能。申請購置開關柜時應要求每個回路都有掛牌上鎖裝置，具備能量隔離功能。VCS可視斷點隔離開關箱是用于現場檢修人員人身安全防護的一種隔離開關裝置，防護等級極高，適用于配電設備緊急斷開、就地安全斷開以及電機起停控制、正反轉控制、變速驅動控制等，通過操作手柄、機械聯鎖裝置和隔離開關以及機械聯鎖裝置和箱門聯動的方式可保證現場檢修人員的安全。同時，能夠通過箱門上設置的可視窗口對隔離開關的可視斷點進行實時觀察，從而保證檢修人員的安全操作。

3.2 鋼板倉料位優化

在水泥廠之前的設計中，調配庫多采用混凝土庫，現在采用鋼板倉、中間倉設計的越來越多，但會因倉內物料過少或空倉影響生產，或出現倉滿后繼續進料，物料從倉頂溢出的現象，增加了現場清理工作，也影響了環境衛生。為解決以上問題，可設置倉荷重傳感器，實時在線讀取倉內物料重量，便于操作人員準確掌握倉內物料的重量和料位。

圖7 生料輥壓機系統優化工藝

3.3 生料輥壓機系統優化

將入小倉前的下料溜子改造為均勻穩流的布料裝置，通過多股喂料方式，實現在整個進料寬度內均勻喂料，保證進入輥壓機的物料均勻、穩流、不離析，提高輥壓機做功和生產效率。

在皮帶輸送機來料入輥壓機系統前設置鎖風喂料器。鎖風喂料器采用料位鎖風、轉子輸送、轉板清料方式，能有效防止物料粘結以及設備的卡停、磨損、漏風等，降低循環風機和后排風機的轉速，從而降低生料電耗。生料輥壓機系統優化工藝見圖7。

3.4 熟料皮帶秤優化

傳統設計的熟料配料秤是皮帶秤，皮帶秤的裙邊皮帶不耐高溫、使用壽命短、維護費工較多，影響正常生產運行。新建水泥廠可以將皮帶秤優化為適用于高溫物料計量和控制的鏈板秤。鏈板秤耐高溫、耐磨、不跑偏，采用高精度傳感器（拉力）懸掛稱重，能連續稱重，穩定性好，備件更換方便。

3.5 設備檢查門優化

圖8 提升機檢查門

圖9 破碎機檢查門

新建水泥廠的設備檢查門可優化設計為分體式活動檢查門，見圖8、圖9。該門底部或側面固定在設備殼體上，用U型橡膠密封條密封，采用絞軸銷和活動螺栓連接方式，此檢查門開關效率遠超傳統法蘭螺栓緊固連接門，大大減輕了檢查維護人員的工作量。

4 結語

以上工藝設計和裝備選型優化措施，已在水泥廠實施多年，切實可行、具有可操作性，有利于水泥廠的節能、環保和安全生產，適用于新建水泥廠的設計和老廠提升改造。■