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1、第三章 原、燃料预均化与生料均化,3.1 预均化的基本原理,原料预均化1905年首先用于美国的钢铁工业，1959年用于水泥工业，1965年法国拉法基水泥集团又用于对石灰石及黏土两种组分预配料，都取得了良好效果。随后，在许多国家，特别是原料资源少、品位低的国家广泛应用。目前来看，预均化技术是水泥工业充分利用低品位资源，保证可持续发展的有效途径，是水泥窑系统稳定、优质高产、长期安全运转的技术保证。,（1） 预均化的基本原理及功能,水泥生产需要大量的原材料，为了保证生产过程的连续性，要求原料有一定的储存量，这些原料进厂后，先在堆场内储存，然后再取出进入配料系统。简单的储、取过程，只发挥了储库或堆场的
2、一个功能，就是储存的功能。预均化技术就是在原料的存、取过程中运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备储存与均化的双重功能。,原料预均化的基木原理可以简单形象地描述为“平铺直取”，就是在原料堆放时，由堆料机连续地把进来的物料，按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠、厚薄一致的料层，而在取料时，则通过选择与堆料方式相适应的取料机和取料方式，在垂直于料的方向上，同时切取所有料层，这样在取料的同时完成了物料的混合均化，起到了预均化的作用。,（2）原料预均化的技术经济意义：,a.有利于稳定水泥窑入窑生料成分稳定 b.有利于扩大资源利用范围 c.有利于利用矿山夹层废石，扩大矿山使
3、用年限 d.满足矿山储存及均化双重要求，节约建设投资 20世纪80年代以来，原料预均化技术随着新型干法水泥生产的发展，得到广泛的应用。,3.2 预均化效果的评价方法,1 样品的波动幅度 例：两组石灰石的碳酸钙含量在90%94%之间，合格率均为60%.每组10个样品的检测结果为：,第一组样品平均值:92.58%第二组样品平均值:92.03%,2 样本均值、标准偏差和波动范围,（1）样本均值：,上述两组石灰石数据的平均X为92.58和92.03,（2）标准偏差：式中：S样本的标准偏差（%）； n 数据数量； xi物料中某成分的各次测量值，xixn； x样本均值； 标准偏差是一项表示物料成分均匀性的
4、指标标准偏差值越小，物料的成分越均匀。,.,（3）波动范围,上例两组石灰石数据的R1和R2各为5.01%和2.15%。,小结,水泥厂的各种质量检测数据一般均呈正态分布规律，故在求得样本均值和标准偏差之后，可以简要理解为：（a）标准偏差越小，成分越均匀；（b）标准偏差直接表示波动幅度，单位为原统计数据所用单位；,（c）标准偏差同样本均值共同表示以均值为基础的波动范围；（d）在全部数据中，以均值为中心，S范围的数据占总数据68.3%，2S范围内的数据占总数据的95.4%，3S范围内的数据占总数据的99.7%;（e）标准偏差S可以相互比较，如前述两组石灰石，S1=4.68,S2=1.96,则第一组的
5、波动幅度比第二组大2.39倍。,（4）均化效果计算,H=Sb1/Sb2式中：H均化效果，单位为倍数；Sb1均化前进料的标准偏差；Sb2均化后进料的标准偏差；一般水泥生产中，原燃料预均化堆场的均化效果可达，最高可达；经预均化后石灰石含量的标准偏差最好可达左右。,.预均化堆场的类型,预均化堆场按功能可分为三种类型：1原料预均化堆场2预配料堆场3 配料堆场,（1）原料预均化堆场 预均化堆场是将成分波动较大的单一品种物料石灰石、原煤等，以一定的堆取料方式在堆场内混合均化，使其出料成分均匀稳定。这种堆场应用最为普遍，如石灰石堆场、原煤堆场等。,（2）预配料堆场 预配料堆场是将成分波动较大的两种或两种以上
6、原料，按一定的配合比例进入堆场，经混合均化，使其出料成分均匀，并基木符合下一步配料要求。如石灰石、黏土预配料堆场。,（3）配料堆场 配料堆场是将全部品种的原料，按照配料要求，以一定的比例进入堆场，经过混合均化，在出料时达到成分均匀稳定，并且完全符合生料成分要求。这种堆场由于具有完全的配料功能，须具备完善的取样、试样处理、在线快速分析等手段，比较复杂，一般很少用。,. 原料预均化堆场的选用条件,水泥工业生产中，判断是否需要建设预均化堆场，可根据原料成分波动及生产要求条件确定。,(1)根据工艺要求确定 例如：大型预分解窑生产线，对生料的波动限制较严，一般要求生料进料CaCO3标准偏差不大于0.2%
7、，因此，当进料石灰石CaCO3标准偏差大于3%，而其他原料如粘土，煤的成分波动也较大时，就应该考虑采用石灰石预均化堆场。,(2)按原料进料的成分波动范围确定,当成分波动范围R10%时,表示原料波动较大，则必须建设预均化堆场。,(3) 结合原料矿山的具体情况统一考虑 如：矿山的覆盖层厚薄、喀斯特发育情况、裂隙土和夹层的多少,低品位矿山的数量和位置等因素。,3.5 煤炭预均化堆场的选用条件,水泥企业遇到煤炭质量波动时，亦应该考虑建设预均化堆场。尤其在市场供应煤炭矿点难以稳定、煤炭灰分波动在5%时，建设预均化堆场即有必要。也有的学者认为：预分解窑单位熟料热耗低，煤灰在窑、炉掺入比较均匀，灰分有些波动
8、影响不会太大，但是灰分往往又同煤的热值及挥发份含量密切相联。如果煤粉热值及挥发份波动较大，则对预分解窑均衡稳定生产十分不利。 因此，当煤炭供应矿点得不到保证，需结合煤炭灰分，挥发份、热值等波动状况以及本生产线工艺、装备适应能力综合权衡。,3.6预均化堆场布置形式与比较,预均化堆场的布置形式分为两种： 1.矩形预均化堆场 2.圆形预均化堆场,3.6.1矩形预均化堆场,矩形预均化堆场的特点如下： （1）堆场内一般有两个料堆，一个堆料，一个取料，相互交替进行堆、取料作业，以保证生产过程的连续性。堆场长与宽之比一般为56。 （2）两个料堆可根据地形，采取直线或平行布置，图1所示为两个料堆呈直线布置的矩
9、形堆场示意图。,图1 矩形预均化堆场料堆的两种布置形式,（3）进料皮带机和出料皮带机分别布置在堆场两侧。取料机一般停在料堆之间，可向两个方向任意取料。堆料机通过活动的S型卸料机在进料皮带机上截取原料，沿纵长方向向 任何一个料堆堆料。也有的堆场采用顶部活动皮带堆料。 （4）料堆平行布置虽然在总平面布置上比较方便，但是取料机要设置中转台车以便平行移动于两料堆间，堆料机也要选用回转式或双臂式以适用于平行的两个料堆，设备及土建投资均高于前者，因此采用平行料堆的矩形堆场较少。,矩形堆场的优点： 1.可采用多种堆取料方式 2.均化效果好，矩形堆场的缺点： 1.占地面积大 2.设备和土建投资较高。,3.6.
10、2圆形预均化堆场,（1）圆形预均化堆场是使用较多的堆场，其特点如下：原料由皮带机送到堆场中心，由可以作3600 回转的悬臂皮带机进行堆料。 （2）取料由桥式刮板取料机完成，桥架的一端连接在堆场中心的立柱上，另一端架设在料堆外围的圆形轨道上，可作3600 回旋。取出的原料经刮机送到堆场底部的中心卸料口，由地沟内的出料皮带机运走。,（3）20世纪80年代初期圆形堆场一般采用3x1200作业法，圆环形料堆分为三部分，其中的1/3容积正在进行堆料作业，1/3容积正在进行取料作业， 1/3作为储备料堆。实际上有2/3的料堆可作为取料料堆。因此圆形堆场的2/3容量为有效容量。一般同样储量的圆形堆场比矩形堆
11、场的占地面积可减少30%。 （4）20世纪80年代初期以后德国PHB公司发明了圆形堆场连续作业的彼哈车夫康系统，改变了过去的圆形堆场分三段（3x1200）的作业方法，消灭了堆料中的过渡带和端锥，使圆形堆场内形成一个永不断开的循环料堆化。,圆形堆场的特点： 1.占地面积少，约可节省30%40%的土地 2.设备及土建投资也较矩形堆场低30%40% 3.均化效果稍差一些,3.7 预均化堆场堆料方式,在进料保持衡定的条件下，均化效果取决于堆料和取料的方式。为求得较高的均化效果，理论上要求堆料时料层平行重叠，厚薄一致。在实际作业时，由于设备的实际可行性和经济上的原因，只能采用近似均匀一致的铺料方法。根据
12、设备的条件和均化的要求，堆料方式有人字形堆料法、波浪形法、水平层法、横向倾斜层法、纵向倾斜层法以及Chevron法。,3.7.1人字形堆料法,人字形堆料法其特点如下： （1）采用带卸料小车的皮带机堆料，堆料机沿着纵长方向在料堆两端之间往复运转即可完成堆料过程。 （2）堆料时除第一层为等腰三角形料堆外，以上各层均为人字形堆料，故称为人字形堆料法。 （3）优点是使用设备简单，均化效果较好，应用比较并遍。 （4）缺点是物料颗粒离析比较显著，堆料两侧及底部大颗粒较多。,3.7.2 波浪形堆料法,波浪形堆料法的特点如下： （1）采用带卸料小车的皮带机堆料。皮带机需要能上下、前后及水平运动，完成堆料过程。
13、 （2）堆料时，物料首先在底层堆成许多平行的等腰三角形的长条料带，然后第二层铺在三角形料带之间，呈菱形。接着依次铺上其他各个菱形料层。 （3）这种堆料法的优点在于减少颗粒的的离析作用。特别在物料颗粒相差较大或不同成分在大小颗粒物料中相差很大时，可取得良好的均化效果。 （4）缺点在于堆料点需要在整个堆场宽度范围内移动、伸缩、回转，因此，堆料设备价格较高，操作亦较复杂。所以，仅在有少量物料堆料时使用。,3.7.3 水平层堆料法,水平层堆料法如图所示。其特点如下： （1）堆料时，首先在堆场底部均匀地水平铺料，然后逐层上铺。由于物料的休止角的原因，上边各层物料宽度需逐层减小。因此可消除物料颗粒的离析作
14、用。 （2）由于需在整个堆料平面上均匀铺料，因此要求堆料机除横向移动外，还能在一定范围内回转。有的情况下还需在卸料处安装撒料盘，故堆料装置比较复杂，投资较大。（3）主要用于物料的混合作业。当各种物料颗粒、休止角、水分等差别较大，而又需要均匀混合时，可选此堆料方式。,3.7.4 横向倾斜层堆料法,横向倾斜层堆料法的特点如下: （1）该法是将堆料按自然休止角铺成许多平行的倾斜料层。第一层是先在堆场的一侧堆成一各三角形物料条带，然后将堆料机内移，在第一层三角形料带上铺料，依次铺至堆场中央，即可形成横向倾斜层料堆。 （2）要求堆料机必须在堆场宽度的1/2范围内伸缩回转作业。 （3）适合选取堆、取合一的
15、装备，因此投资减少。 （4）缺点在于物料离析严重，大颗粒几乎全部落到料堆底部，因此均化效果很不理想，仅适用于那此对物料均化要求不高的作业。,3.7.5 纵向倾斜层堆料法,纵向倾斜层堆料法的特点如下： （1）堆料时从堆场料堆的一端开始，卸料点均在料堆纵向中心线上。由于料堆纵向距离比宽度大，因此料层数比横向倾斜堆料法多，而每层料量少，所以均化效果由于横向倾斜堆料法。 （2）这种堆料法的第一层料面为圆锥状，第二层之后的堆料料面则为覆盖圆锥料面一侧的曲面，故亦可成为圆锥形堆料法。 （3）堆、取料设备简单，投资较少。 （4）缺点是料层较厚，物料离析较严重，均化效果不理想。,3.7.6 Chevcon堆料
16、法,Chevron堆料法是人字形堆料法和纵向倾斜层堆料法的混合堆料法，适用于圆形堆场。 堆料过程与人字形相似，但堆料机下料点的位置不是固定在料堆中心线上.而是随每次循环移动一定的距离。这种堆料法不仅可以克服“端锥效应”，而且由于料堆中、前、后原料的重叠，长期偏差和进场原料突然变化产生的影响也可被消除，均化效果较好。但该系统投资较高，自动化系统管理维修要求严格。,3.8 预均化堆场的取料方式,堆料形式取决于堆料设备，但取料时的取料方式与设备必须配套，方可取得预期的均化效果。 一般预均化堆场取料方式有三种：1.端面取料2.侧面取料3.底部取料,3.8.1 端面取料,取料机从料堆的一端向另一端或整个
17、环形料堆推进。取料在料堆整个横断面上进行，最理想的取料是同时切取料堆断面各部位的物料，循序前进。 这种取料方法，最适用于人字形、波浪形和水平层料堆，可取得较好的均化效果。常用的取料设机是桥式刮板取料机、桥式圆盘取料机和桥式斗轮取料机等。,3.8.2 侧面取料,取料机在料堆的一侧从一端至另一端沿料堆纵向往返取料。，这种取料方式不能同时切取截面上各部位的物料，只能在侧面沿纵长方向一层层刮取物料，因此最适用于横向倾斜斜层。而且取料的一侧是卸料机在纵向中心线移动的一侧。纵向倾斜层料堆用侧面取料的方法也可以获得一定的均化效果，但不如端面取料的效果。 这种取料方式一般都采用耙式取料机，又名链式耙取料机。,
18、3.8.3 底部取料,在堆料底部设有缝形仓的矩形均化库，可以在底部取料。这种取料方式要求堆料方式是纵向倾斜层或圆锥形料堆，只有这种料堆，沿底部纵向取料才能切取所有料层。 这种取料方式的均化效果也不如端面取料。底部取料采用轮式取料机。,3.9 堆料机的分类,堆料机一般分为天桥（顶部）皮带堆料机、悬臂式皮带堆料机、桥式皮带堆料机和耙式堆料机四种。 它们一般都同皮带输送机连接，将运输来的物料按一定方式堆料。对堆料机的选型要同物料特性（湿度、黏度、粒度、休止角等）相适应。它的作业方式同均化效果有密切关系。,3.9.1 天桥（顶部）皮带堆料机,天桥（顶部）皮带堆料机的特点如下： （1）可利用预均化堆场厂
19、房屋架装设，将皮带堆料机沿料堆纵向中心线安装，同时装备S型卸料小车或用移动式皮带机往返堆料。 （2）皮带堆料机可适用人字形或纵向倾斜层堆料。 （3）为防止堆料时物料落差过大，可安装活动伸缩管或可升降卸料点的活动皮带机。 （4）设备简单，使用较广泛,3.9.2 悬臂式皮带堆料机,悬臂式皮带堆料机的特点如下： （1）悬臂式皮带堆料机有固定式、回转式、轨道式等形式。 （2）适用于矩形堆场侧面堆料及在圆形堆场内围绕中心堆料。 （3）卸料点可通过调整悬臂皮带机的俯视角度而升降，使物料保持最小落差。 （4）使用比较广泛。,3.9.3 桥式皮带堆料机,桥式皮带堆料机的特点如下： （1）安装在可移动的桥架上，
20、横跨料堆或环绕圆环形料堆回转，利用S型卸料车可以在料堆上任何地方卸料。 （2）可适应人字形、波浪形、水平层等多种堆料作业。 （3）常用于黏性物料吊车库式预均化堆场，可在厂房内或露天作业。 （4）由于不能随料堆高低调整卸料点，因此圆形堆场很少采用。水泥工业亦采用不多。,3.9.4 耙式堆料机,耙式堆料机的特点如下： （1）又称链式耙或刮板堆料机。物料通过耙杆中的开孔送到下股耙链，物料利用链耙进行堆料。物料厚度通过改变输送速度来调整。 （2）可兼做堆、取料双重作业，设备价格较低。 （3）可适应从侧面进行横向倾斜层法及人字形法堆料。进行堆料时，耙杆的斜度要同物料的休止角相适应。,3.10 取料机的分
21、类,1.取料机按取料方式可分为端面侧面和底部取料三类，其中以端面取料方式应用比较普遍； 2.按取料设施可分为斗轮、刮板、圆盘、链斗、圆筒等多种，其中以刮板机应用较多； 3. 按结构又可分为桥式、门式等。,3.10.1 桥式刮板取料机,桥式刮板取料机的特点如下： （1）它适用于矩形、圆形堆场的室内外作业和端面取料。 （2）其结构为在桥架上安设了水平链耙，有的链耙稍有斜度，将耙出的物料卸入出料皮带运输机。,（3）链耙由链板及许多横向刮板组成，按物料端面休止角调整桥架上的松料耙齿，使其紧贴料面，平行往复耙料，使耙松了的物料从端面斜坡向下滚落至底部，由链耙将其连续送到皮带输送机运走。 （4）松料装置一
22、般常用三角形耙架，可以调节其倾角使之适应料面坡度，耙架可沿桥架在料堆面作横向行走，耙齿可压入料层一定深度耙料，使料堆的物料向下滚落。 （5）绳索松料器同钢性耙架松料器相比，其磨损较小，电耗亦较省。,3.10.2 桥式圆盘取料机,桥式圆盘取料机的特点如下： （1）适用于端面取料，可兼备混合均化、汇集物料、输送物料进入出料皮带运输机的多重功能。 （2）它由一个可回转的圆盘和桥架所组成。圆盘外径与料堆底部宽度相近，料堆底部构筑成凹形底面，圆盘可倾斜500，因此可与料堆端面保持水平接触。（3）圆盘一般由钢管构成，有24根轮辐，上面装有耙齿，圆周边缘装有刮板。取料时，桥架沿物料作纵向定速移动，圆盘则以定
23、速转动。 （4）圆盘取料机可用于圆形，矩形堆场的室内或露天作业。 （5）设备构造简单，维修方便，容易操作，电耗亦较小。,3.10.3 耙式取料机,耙式取料机即耙式堆料机，其特点如下： （1）耙式取料机可分为悬臂式和门式两种。 门式机又分为半门式和全门式两种。 （2）悬臂式耙式取料机其正转时堆料，逆转时即可取料。 （3）门式耙式取料机亦为侧面取料设备，构造与悬臂式类似。不同 之处仅是半门式或全门式代替了台车上的桅杆，由沿料堆纵向的门架吊接链耙。,（4）半门式的门架一边支撑在高于料堆顶部的构件梁上；全门式的门架支点全在门架轨道上。半门式只要一个链耙；全门式一般有一个主耙，一个副耙，当主耙完成大部分
24、工作量后，副耙则开始运转，将剩余物料推向主耙，这样在大型堆场中主、副耙配合操作可节电2.5%左右，并可实行自动操作。 （5）耙式取料机适宜同横向倾斜层或纵向倾斜层堆料法匹配。虽均化效果不高，但其建设、维修费用较低，常用于对物料均化效果要求不高的生产工艺。,3.11 影响预均化效果的主要因素,1.原料成分波动呈非正态分布 2.原料的离析作用 3.料锥端部锥体部分造成的不良影响 4.堆料机布料不均匀 5.堆料总层数影响等,3.11.1 原料成分的波动,采用预均化堆场的意义在于可以充分利用矿山的夹层和低品位矿石，但是如果矿山原料成分波动剧烈且不注意搭配开采时，有可能使进入堆场的原料成分波动呈非正态分
25、布，原料低品位部分会远离正态分布曲线，甚至出现周期性的剧烈波动，使原料在沿纵向堆料时产生长周期波动，以致增加出料的标准偏差。因此原料矿山开采时要注意搭配，特别在利用夹层和低品位矿石时要合理搭配开采台段、采区，严格规定各区的采掘量和运输方式。,3.11.2物料的离析作用,由于物料自然体止角的作用，堆料时，较大的颗粒总是滚到料底部的两边，而细颗粒则留在料堆的上部。大小颗粒成分往往不同，比如石灰石，大颗粒一般碳酸钙含量高，这就会引起料堆横断面上成分的波动，即所谓的短滞后现象或横向成分波动。 为了减少物料离析作用的影响，首先要在破碎阶段尽量减小物料颗粒级差，选用适当的堆料和取料方式。,3.11.3 料
26、堆的端锥效应,料堆都有端部，特别是矩形料堆，每个料堆有两个呈半圆锥形的端部。开始取料时，料堆端部的料层与取料机切面不是垂直而是平行，因此均化效果受到一定的影响。此外，端锥部分的物料离析现象更为严重，也会降低均化效果。 为了减少端锥效应的影响，应适当增大料堆的长宽比，因为同样容积的窄料堆端锥效应相对较小。,3.11.4 堆料机布料不匀的影响,理论上要求，堆场每层物料纵向单位长度重量应相等，但实际上很难做到。 一方面，大桥皮带机堆料时，当堆料方向与主皮带机上前进方向一致时，布料相对一速度就高一些，而当堆料方向与主皮带机上物料前进方向相反时，布料相对速度就低一些； 另一方面，进堆场原为的进料量不匀也会影响均化效果。因此为了减少堆料过程的影响，应准确控制进料量和堆料皮带的速度。,3.11.5 料堆层数的影响,从理论上讲，料堆横截面上物料成分的标准偏差与料堆布料层数的平方根成反比，因此布料层数愈多，标准偏差愈小，但是由于物料颗料相对较大以及物料自然体止角的作用等影响，越到高层，布料面积越小，物料越薄，均化效果相对较差。 均化效果并不总是随布料层数增加而增加，一般来说，堆料层数在400-600层之间较合适。,
