原、燃料预均化与生料均化课件

第三章原、燃料预均化与生料均化第三章原、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。

3.1预均化的基本原理

原料预均

（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。

（1）预均化的基本原理及功能

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。原料预均化的基木原理可以简单形象

（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。（2）原料预均化的技术经济意义：

a.有利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：3.2预均化效果的评价方法1样品的波动幅度第一组样品平均值:92.58%

第二组样品平均值:92.03%样品12345678910一组99.593.894.090.293.586.294.090.398.985.4二组94.193.992.593.590.294.890.589.591.589.9第一组样品平均值:92.58%

第二组样品平均值:92.032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92.032样本均值、标准偏差和波动范围（1）样本均值：上（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，xi～xn；x——样本均值；标准偏差是一项表示物料成分均匀性的指标标准偏差值越小，物料的成分越均匀。.（2）标准偏差：.（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%。（3）波动范围上例两组石灰石数据的R1和R2各为5.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；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（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,则第一组的波动幅度比第二组大2.39倍。（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；（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５—８，最高可达１０；经预均化后石灰石ＣａＣＯ３含量的标准偏差最好可达±１％左右。（4）均化效果计算H=Sb1/Sb2３.３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３.３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

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。（1）原料预均化堆场

（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。

（2）预配料堆场

预配料堆场是将成

（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。（3）配料堆场３.４

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。３.４原料预均化堆场的选用条件水泥工业

(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%，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。

(1)根据工艺要求确定

(2)按原料进料的成分波动范围确定

当成分波动范围R<5%时，可以认为原料均匀性良好，不需要采用预均化；当R=5%-10%时表示原料有一定的波动，应结合其他原料的波动情况，包括煤炭的质量、设备条件和其他工艺上的种种因素综合考虑，最后根据生料在入窑前要求达到规定的均齐度而确定；当R>10%时,表示原料波动较大，则必须建设预均化堆场。

(2)按原料进料的成分波动范围确定

当成

(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)结合原料矿山的具体情况统一考虑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。3.5煤炭预均化堆场的选用条件水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预均化堆场布置形式与比较预均化堆场的布置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5~6。（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形堆场示意图。3.6.1矩形预均化堆场矩形预均化堆场的特点如下：

图1矩形预均化堆场料堆的两种布置形式

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。（3）进料皮带机和出料皮带机分别布置在

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。矩形堆场的优点：

3.6.2圆形预均化堆场

3.6.2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。

（1）圆形预均化堆场是使用较多的堆场，

（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。（3）20世纪80年代初期圆形堆场一般

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.均化效果稍差一些圆形堆场的特点：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预均化堆场堆料方式在进料保3.7.1人字形堆料法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。

人字形堆料法其特点如下：3.7.2波浪形堆料法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。（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。波浪形堆料法的特点如下：

3.7.3水平层堆料法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。水平层堆料法如图所示。其特点如下：3.7.4横向倾斜层堆料法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。横向倾斜层堆料法的特点如下:

3.7.5纵向倾斜层堆料法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。纵向倾斜层堆料法的特点如下：3.7.6Chevcon堆料法3.7.6Chevcon堆料法

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。

Chevron堆料法是人字形堆料法和纵向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预均化堆场的取料方式堆料形式取决3.8.1端面取料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。取料机从料堆的一端向另一端或整个环形3.8.2侧面取料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。取料机在料堆的一侧从一端至另一端沿3.8.3底部取料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。

在堆料底部设有缝形仓的矩形均化库，可以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堆料机的分类堆料机一般分3.9.1天桥（顶部）皮带堆料机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，使用较广泛天桥（顶部）皮带堆料机的特点如下：3.9.2悬臂式皮带堆料机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。悬臂式皮带堆料机的特点如下：3.9.3桥式皮带堆料机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，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。桥式皮带堆料机的特点如下：3.9.4耙式堆料机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。耙式堆料机的特点如下：3.10取料机的分类

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取料机的分类1.取料机按取料方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。3.10.1桥式刮板取料机桥式刮板取料机的特点

（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）链耙由链板及许多横向刮板组成，按3.10.2桥式圆盘取料机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。

桥式圆盘取料机的特点如下：

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。

3.10.3耙式取料机

耙式取料机即耙式堆料机

（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。（4）半门式的门架一边支撑在高于料堆顶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影响预均化效果的主要因素1.原料3.1