丁云才，郭天代，劉孔軍

阿克蘇天山多浪4 000t/d生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

丁云才，郭天代，劉孔軍

1　概述

阿克蘇天山多浪水泥有限公司是新疆天山水泥集團(tuán)在南疆布局的第一條最大規(guī)模的生產(chǎn)線，由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司于2009 年12月承擔(dān)工程設(shè)計(jì)，天山集團(tuán)南疆事業(yè)部于2010年4月組織施工建設(shè)，歷經(jīng)八個(gè)月，2010年12月生產(chǎn)線全面竣工，為目前國(guó)內(nèi)相同規(guī)模生產(chǎn)線建設(shè)速度最快的水泥工程之一。

該生產(chǎn)線設(shè)計(jì)規(guī)模為4 000t/d，但熟料生產(chǎn)線產(chǎn)量一直穩(wěn)定在5 000～5 200t/d，熟料綜合電耗為59.6kWh/t（合同值熟料綜合電耗≤62kWh/t），熟料熱耗為3 038.86kJ/kg（合同簽署熟料熱耗≤3 051.4kJ/kg），這在我國(guó)西部地區(qū)（海拔約1 200m）尚屬首例。

經(jīng)過(guò)三年的穩(wěn)定運(yùn)行和良好的運(yùn)行指標(biāo)，該項(xiàng)目于2013年11月獲得中國(guó)建材協(xié)會(huì)優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。

2　生產(chǎn)線主機(jī)設(shè)備配置（見(jiàn)表1）

3　生產(chǎn)線主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1優(yōu)化原料調(diào)配系統(tǒng)

該項(xiàng)目位于新疆阿克蘇地區(qū)，礦產(chǎn)資源豐富但含有工業(yè)有害成分較多，主要表現(xiàn)在石灰石中鎂的不均勻性，以及輔助原料中堿、氯、硫的超標(biāo)。如果對(duì)這些有害成分稍高的礦產(chǎn)資源棄之不用，勢(shì)必增加開(kāi)采成本和資源浪費(fèi)。對(duì)于石灰石中部分高鎂資源，本項(xiàng)目有針對(duì)性地在原料調(diào)配站設(shè)置兩座石灰石碎石庫(kù)，一座高鎂石灰石倉(cāng)。通過(guò)入磨膠帶上設(shè)置的γ-在線分析儀，每分鐘定性地檢測(cè)出入磨混合料的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、NaO、SO3等化學(xué)成分，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)采集、分析、計(jì)算、反饋等功能，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)生料的KH、SM、AM三種率值，達(dá)到生料質(zhì)量控制的目的。一舉將傳統(tǒng)的后置式質(zhì)量控制改變?yōu)榍爸檬劫|(zhì)量控制，為最大限度地利用高鎂石灰石資源，創(chuàng)造了“事前指導(dǎo)”的充分條件，避免了因礦山較大剝采比而造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。由于將該項(xiàng)目的均化“鏈”向水泥廠的原材料端“移動(dòng)”，因此后續(xù)設(shè)置的均化功能被有意弱化（詳見(jiàn)3.2論述），這在本項(xiàng)目上首次得以成功嘗試和應(yīng)用，收到很好的經(jīng)濟(jì)效果。

目前根據(jù)原料工藝性能試驗(yàn)報(bào)告，熟料率值控制指標(biāo)如下：

KH=0.910±0.020 SM=2.60±0.010 AM=1.60±0.010

3.2取消第一均化鏈

由于項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)生料質(zhì)量前置控制，同時(shí)充分考慮到該項(xiàng)目地處我國(guó)西部地區(qū)，原材料干燥，原料調(diào)配站連續(xù)給料有保證，因此設(shè)計(jì)中首次在國(guó)內(nèi)水泥工程項(xiàng)目上完全取消傳統(tǒng)新型干法水泥生產(chǎn)線中的第一“均化鏈”——石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)和輔助原料預(yù)均化堆場(chǎng)，取而代之的是適度放大的帶有荷重傳感器的原料調(diào)配站。使之既有計(jì)量和配料功能，又有緩沖和儲(chǔ)存功能，成為生產(chǎn)線上確保連續(xù)生產(chǎn)的重要一環(huán)（見(jiàn)表2）。

根據(jù)業(yè)主2011年4月生料化學(xué)成分分析報(bào)表統(tǒng)計(jì)，生料出磨合格率平均達(dá)98%，生料入窯合格率平均達(dá)99%。從數(shù)據(jù)可以看出，生料均化庫(kù)對(duì)均化指標(biāo)的貢獻(xiàn)率僅約1%，說(shuō)明采用γ-在線分析儀的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，能使出磨生料成分均勻程度完全達(dá)到入窯要求，為日后整個(gè)生產(chǎn)線的燒成系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好基礎(chǔ)，進(jìn)一步證明該項(xiàng)目取消第一均化鏈，從設(shè)計(jì)方案和項(xiàng)目投資角度來(lái)說(shuō)，都是非常正確的。具體體現(xiàn)以下優(yōu)勢(shì)：

表1　生產(chǎn)線主機(jī)設(shè)備配置

（1）節(jié)省項(xiàng)目投資，初步估算可以節(jié)約1 000萬(wàn)元以上。

（2）節(jié)約項(xiàng)目征地面積，按石灰石預(yù)均庫(kù)（規(guī)格?80m）和輔料預(yù)均化庫(kù)規(guī)格（46.5m×200m）計(jì)算，初步節(jié)省土地約20畝左右（不包括相關(guān)的道路設(shè)施）。

（3）降低項(xiàng)目裝機(jī)功率，按四臺(tái)堆取料機(jī)計(jì)算，估算功率為438kW，意味著每年節(jié)省電438×0.4×320×24= 1 345 536kWh，節(jié)能效果明顯。

（4）降低項(xiàng)目生產(chǎn)成本和崗位員工成本。筆者認(rèn)為在西部地區(qū)，物料普遍干燥，如果設(shè)置原料預(yù)均化堆場(chǎng)，物料在堆場(chǎng)內(nèi)揚(yáng)塵很難控制，工人工作環(huán)境很差。倘若采用噴水降塵，也會(huì)增加水資源的浪費(fèi)以及原料在磨內(nèi)烘干的能耗。因此取消原料預(yù)均化堆場(chǎng)，實(shí)為本項(xiàng)目?jī)?yōu)化的最大亮點(diǎn)之一。

表2　原料調(diào)配站配置

3.3弱化生料均化庫(kù)

本項(xiàng)目采用TP-3型控制流均化庫(kù)。當(dāng)生料入庫(kù)后，就相當(dāng)于進(jìn)入了7個(gè)“子庫(kù)”，由于在一個(gè)充氣周期內(nèi)7個(gè)卸料區(qū)的充氣時(shí)間是遞減的，這就形成了7個(gè)“子庫(kù)”在一個(gè)卸料周期內(nèi)也分別遞減，從而實(shí)現(xiàn)了生料層的垂直切割又能縱向滑動(dòng)混合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生料庫(kù)內(nèi)成分均衡穩(wěn)定。

由于本項(xiàng)目設(shè)有γ-在線分析儀，生料化學(xué)成分被以每分鐘一次（可調(diào)）的檢測(cè)速度反饋給化驗(yàn)室，并對(duì)生料配比及時(shí)調(diào)整。這樣頻繁的調(diào)節(jié)，間接地在生料均化庫(kù)內(nèi)形成數(shù)以千計(jì)的化學(xué)成分近似但不盡相同的的生料層，如果以原料磨產(chǎn)量為340t/h，生料庫(kù)直徑18m，生料容重1.3t/m3，以每分鐘調(diào)節(jié)一次計(jì)算，每層厚度僅為17mm。相比傳統(tǒng)的人工每小時(shí)取樣分析，即在高度不變的情況下，生料庫(kù)中的生料層數(shù)被放大了60倍，也就是說(shuō)生料成分的波動(dòng)頻次增加了60倍，自然均化的效果就會(huì)大幅度的提高，這一點(diǎn)不同于傳統(tǒng)的均化庫(kù)，傳統(tǒng)的均化庫(kù)需要延長(zhǎng)物料在庫(kù)內(nèi)的停留時(shí)間，即靠增加庫(kù)容庫(kù)高的辦法達(dá)到均化的目的。

基于對(duì)γ-在線分析儀質(zhì)量控制方面的充分信任，本項(xiàng)目首次采用弱化生料均化庫(kù)的流程方案（圖1），與傳統(tǒng)的生料均化庫(kù)流程方案（圖2）比較，本項(xiàng)目具有如下特點(diǎn)：

（1）取消混料倉(cāng)和斗式提升機(jī)，減少物料中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，保證生料喂料系統(tǒng)的較高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，這對(duì)整個(gè)燒成系統(tǒng)的很高運(yùn)轉(zhuǎn)率是有貢獻(xiàn)的。

（2）減少一臺(tái)供混料倉(cāng)的充氣羅茨風(fēng)機(jī)，和一套空氣輸送斜槽+斜槽風(fēng)機(jī)以及一套收塵器和收塵風(fēng)機(jī)，這體現(xiàn)在整個(gè)喂料系統(tǒng)的裝機(jī)功率減少約65kW。

通過(guò)這些優(yōu)化措施，生料庫(kù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的均化功能為主，變?yōu)閮H起緩沖作用的生料儲(chǔ)存庫(kù)，這是一次大膽的嘗試。若要進(jìn)一步降低庫(kù)下羅茨風(fēng)機(jī)的配置，簡(jiǎn)化電氣控制程序，甚至取消各個(gè)子區(qū)的間隔輪換卸料，真正意義上取消均化功能，需要項(xiàng)目進(jìn)一步思考和探索。

圖1　多浪生料均化庫(kù)流程

圖2　傳統(tǒng)生料均化庫(kù)流程

3.4輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)

目前生料粉磨系統(tǒng)主要有兩種形式：一種是替代風(fēng)掃球磨的輥式磨系統(tǒng)；另一種是最近幾年興起的輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)。根據(jù)粉磨機(jī)理分析，輥壓機(jī)和輥式磨同屬料床粉碎范疇，區(qū)別在于輥壓機(jī)屬于“受限高壓”粉碎，即輥壓機(jī)中物料受到較好的限制，依靠側(cè)擋板強(qiáng)制擋料，盡量降低邊緣效應(yīng)，使得有效的擠壓力較高，以壓輥投影面積壓力計(jì)算，達(dá)到4 000～6 000kN/m2。而輥磨中物料受限程度較差，緊靠擋料圈被動(dòng)攔截物料，倘若物料干燥，則料床很難穩(wěn)定，使得有效擠壓力大幅度減弱，僅為600～800kN/m2。由此可見(jiàn)，輥式磨粉磨效率低于輥壓機(jī)。

從節(jié)能減排角度看，輥式磨系統(tǒng)仍屬于風(fēng)掃粉磨系統(tǒng)，物料提升和選粉需要大量通風(fēng)，因此系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電耗較高，約為7.0kWh/t；而輥壓機(jī)系統(tǒng)物料提升采用斗式提升機(jī)，屬于機(jī)械提升，因此系統(tǒng)風(fēng)機(jī)選型僅考慮選粉功能。故此系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電耗較小，僅為4.0kWh/t，節(jié)能效果明顯。

綜上所述，本項(xiàng)目采用輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，輥壓機(jī)單機(jī)電耗5.3kWh/t，系統(tǒng)綜合電耗14.1kWh/t，較生料輥式磨系統(tǒng)節(jié)電至少3～4kWh/t。

3.5熟料燒成系統(tǒng)

本項(xiàng)目海拔高度約為1 200m，計(jì)算當(dāng)?shù)卮髿鈮毫s為87 708Pa（為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的0.86倍），存在海拔校正問(wèn)題。眾所周知，隨著海拔的升高，大氣密度必然呈一定關(guān)系的下降，直接導(dǎo)致等量氣體的攜帶能力和換熱能力的下降，為了消減海拔對(duì)本項(xiàng)目的不利影響，燒成系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上著重采取了如下措施：

（1）窯頭采用大推力高性能燃燒器，強(qiáng)化窯頭煤粉的燃燒。本項(xiàng)目一次風(fēng)機(jī)壓頭達(dá)39.6kPa，確保噴出燃燒器的氣流有足夠大的動(dòng)量。

為引導(dǎo)廣大未成年學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于“中國(guó)夢(mèng)”的思想內(nèi)涵，學(xué)校積極開(kāi)展了“我的中國(guó)夢(mèng)”主題教育實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)生通過(guò)閱讀“中國(guó)夢(mèng)”系列書籍，積極參加“中國(guó)夢(mèng)”征文活動(dòng)、書畫競(jìng)賽和主題朗誦比賽等多種活動(dòng)，升華了對(duì)“中國(guó)夢(mèng)”主題教育的認(rèn)識(shí)。通過(guò)“中國(guó)夢(mèng)”系列主題教育活動(dòng)地開(kāi)展促使學(xué)生堅(jiān)定理想信念、養(yǎng)成愛(ài)國(guó)情操、增強(qiáng)民族責(zé)任感和自豪感。進(jìn)一步豐富校園文化生活，營(yíng)造積極向上、健康文明的校園文化氛圍，展現(xiàn)出了學(xué)生的風(fēng)采和精神風(fēng)貌。

（2）窯尾采用三噴騰的加大型的分解爐。爐容直徑6.8m，高45.25m，氣體停留時(shí)間＞6.35s（略大于常規(guī)的分解爐＞6s的開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)），保證物料充分的換熱和分解。同時(shí)采用了天津院新近研制開(kāi)發(fā)的新型撒料盒，散料板角度為5°，插入深度約為200mm，加強(qiáng)了物料和氣體的分散混合效果，提高了預(yù)熱器的熱交換效率；C1料管增設(shè)雙道鎖風(fēng)，雙道鎖風(fēng)閥減少了系統(tǒng)內(nèi)的竄風(fēng)，降低了不必要的熱耗損失。此優(yōu)化使本項(xiàng)目預(yù)熱器C1出口溫度降為295℃，節(jié)能效果明顯。

（3）采用第三代充氣梁式高效篦冷機(jī)和小窯門罩方案。確保入窯的二次風(fēng)溫度，從而有效提高窯內(nèi)的燃燒溫度。但是在高海拔地區(qū)，篦冷機(jī)工作壓力下降，氣體體積流量勢(shì)必增加，如何選擇合適的篦冷機(jī)，目前存在三種觀點(diǎn)：

a維持原有的規(guī)格不變，這時(shí)需要保持通過(guò)單位篦板面積的空氣質(zhì)量流量不變，也就意味著熱交換不會(huì)改變。

b適當(dāng)加大篦冷機(jī)的規(guī)格，保持氣體通過(guò)篦冷機(jī)的流體阻力不變，但熱交換會(huì)有些影響，二、三次風(fēng)的溫度也會(huì)有稍許下降。

c完全放大篦冷機(jī)的規(guī)格，保持氣流通過(guò)篦冷機(jī)時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的功率不變。但由于篦冷機(jī)篦床面積增加很多，二、三次風(fēng)的溫度下降很多。

本項(xiàng)目通過(guò)充分論證，確定采用第二方案。篦床面積為109.2m2，單位面積冷卻熟料量在36.6t/m2·d，而一般項(xiàng)目配置在40t/m2·d。這意味著篦冷機(jī)被適當(dāng)放大，隨著后期項(xiàng)目大幅度提產(chǎn)甚至達(dá)到5 000t/d的情況下，生產(chǎn)線仍能保持正常狀態(tài)，熱耗指標(biāo)也非常先進(jìn)，充分說(shuō)明適當(dāng)增大篦冷機(jī)面積是合理的。

3.6旁路放風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合余熱發(fā)電

本項(xiàng)目由于地處我國(guó)西部，原料中的有害成分堿、氯、硫等含量較高，因此項(xiàng)目中設(shè)置旁路放風(fēng)降低有害成分是不二之選。經(jīng)測(cè)算放風(fēng)量最高達(dá)20%。但是放風(fēng)必然增加能耗，如何回收熱量呢？經(jīng)過(guò)多方論證，本項(xiàng)目開(kāi)創(chuàng)性地在全國(guó)采用首例的旁路放風(fēng)結(jié)合余熱發(fā)電技術(shù)。據(jù)生產(chǎn)反饋，該系統(tǒng)有效解決了五大問(wèn)題：

（1）利用余熱鍋爐冷凝大部分鉀鈉等有害灰塵。

（2）旁路放風(fēng)帶走大量的氯硫等有害氣體。

（3）余熱鍋爐利用余熱進(jìn)行發(fā)電。

（4）降低燒成系統(tǒng)結(jié)皮風(fēng)險(xiǎn)，有效提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率。

（5）提高熟料質(zhì)量，28d強(qiáng)度明顯提高。

（6）滿足生產(chǎn)低堿水泥需求，市場(chǎng)前景廣闊。

4　結(jié)語(yǔ)

目前該項(xiàng)目生產(chǎn)一直穩(wěn)定在5 000t/d左右，生產(chǎn)線年運(yùn)轉(zhuǎn)率＞92.3%。通過(guò)阿克蘇天山多浪項(xiàng)目的特點(diǎn)分析，筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)依然是工程的靈魂，只有深入了解項(xiàng)目的特殊性和復(fù)雜性，采用合理的工藝方案和流程，才能實(shí)現(xiàn)超值的回報(bào)。本項(xiàng)目已經(jīng)成為新疆天山集團(tuán)的標(biāo)桿項(xiàng)目和中材水泥對(duì)外宣傳的重要窗口。

［1］水泥工業(yè)技術(shù)與管理［M］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社.■

Brief Introduction of Aksu Tian Shan DuoLang 4 000t/d Production Line

TQ172.622.29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1001-6171（2015）04-0085-04

通訊地址：天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；

2014-11-26；編輯：呂光