随着国家利废政策的出台，粉煤灰等废物综合利用越来越受到水泥企业重视，近年来，一些老厂开始着手对粉煤灰掺入水泥工艺进行技改。在实际生产过程中，有时出现粉煤灰断料现象，有时出现粉煤灰下料止不住现象。某水泥厂在进行技改过程中不仅受到现场条件的限制，而且在实际使用中还要面对粉煤灰流量波动大，粉煤灰计量控制困难的问题。通过集思广益，提出多种改造工艺可行性方案，通过分析和优化，实施后取得了较好的效果。
1、技改方案及论证
某水泥厂有2台3.0×11m闭路水泥磨，磨头设计有三个物料仓，用于熟料、石膏和颗粒状石灰石储存，采用磨头计量控制物料流量。由于磨头与联合储库相连，已经没有位置布置粉煤灰库，这给技术改造带来困难。本着简化工艺，便于生产操作的原则，提出以下技改可行性方案：
表1 袋除尘器技术性能参数
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设备名称
技术参数 |
粉煤灰库顶
袋式除尘器 |
粉煤灰库顶
袋式除尘器 |
水泥磨尾
袋式除尘器 |
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规格型号 |
LFX4－16型 |
LFX4－8型 |
WDMC128－7型 |
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处理风量 /m3/h |
6240 |
3000 |
80600 |
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过滤面积 /m2 |
65 |
32 |
1120 |
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室数 /个 |
4 |
4 |
7 |
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滤袋数量 /条 |
120 |
60 |
896 |
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过滤风速 /m/min |
1.2 |
1.2 |
1.0～1.2 |
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阻力 /Pa |
1400 |
1400 |
1400 |
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清灰方式 |
气箱脉冲 |
气箱脉冲 |
气箱脉冲 |
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风机功率 /kw |
7.5 |
4.0 |
220 |
1.1 由于磨头没有多余的位置，利用闭路磨的特点，将粉煤灰库布置在水泥磨尾，即磨房两侧，以靠近磨尾提升机和利于检修车辆通行为原则，同时要考虑到大型粉煤灰车辆能够靠近粉煤灰库。
1.2 在新增粉煤灰掺入水泥磨工艺系统的除尘方面有两种可行性方案，每种方案各有特点。
1.2.1方案一是粉煤灰库独立除尘方案（见图1a）：加大粉煤灰库顶除尘器处理风量，采用LFX4－16型袋式除尘器（技术性能参数见表1）对粉煤灰库顶和粉煤灰输送斜槽除尘，其风机功率为7.5kw；其特点是除尘器选型较大，风机功率大，对斜槽除尘的风管长度超过20m，风量控制比较困难，如果斜槽除尘管道选择尺寸较小，容易造成风管磨损较快，同时也容易造成库顶除尘管道“短路”；如果斜槽除尘管道尺寸较大，容易出现管道堵塞现象，给岗位操作增加工作量。因粉煤灰输送斜槽上除尘点离转子秤距离较近，一些还没有进入转子秤的粉煤灰很容易被强负压拉走，尤其在生产PO42.5级水泥时，粉煤灰掺入量较�。�3～4.5t/h），影响粉煤灰的计量准确性。
1.2.2 方案二是利用水泥磨尾负压，将斜槽尾部用风管（φ250mm）连接到水泥磨磨尾罩的上部（见图1b），利用磨尾WDMC128－7型袋式除尘器（技术性能参数见表1）除尘；为了便于水泥磨检修，除尘连接风管采用法兰连接，并设置风量调节阀（以达到斜槽不扬尘为宜，风量不宜过大）。粉煤灰库顶除尘器只承担粉煤灰库的除尘，采用LFX4－8型袋式除尘器（技术性能参数见表1），风机功率4kw；工艺布置上取消灰斗，采取除尘器箱体直接安装在库顶，这不仅减轻粉煤灰库顶的载荷，而且也降低除尘的高度，降低风灾隐患；为了防止掉袋对粉煤灰库的影响，在除尘器箱体的下部安装50×50钢丝网。
1.2.3 由于粉煤灰B250斜槽除尘需要的通风量为3000m3/h左右，水泥磨磨尾除尘器的富裕能力完全可以满足需要；考虑到除尘管道磨损和堵塞问题，从节约能源和便于生产维护的考虑，确定采用方案二。
1.3通过调研发现，粉煤灰计量方式较多，依据现场环境条件，通过综合分析，提出2种粉煤灰计量方案。
1.3.1方案一：为降低设备投资，早期粉煤灰计量装置多采用在粉煤灰库下安装螺旋秤（见图2a），其设计思想是粉煤灰经螺旋秤（技术性能参数见表2）计量后，根据设定的给料量，将信号反馈给琐风式密封钢性叶轮给料器，通过调整琐风式密封钢性叶轮给料器的转速来控制喂料量。但在实际使用过程中由于粉煤灰下料波动很大，螺旋秤频繁给琐风式密封钢性叶轮给料器下达指令，因控制设备的滞后性，琐风式密封钢性叶轮给料器难以及时作出反映，因此，不能实现设计的控制思路，使得实际生产中的粉煤灰给料波动较大，甚至有人怀疑是螺旋秤的计量精度有问题�；褂幸桓鲋匾蚴欠勖夯叶运龇缡矫芊飧中砸堵指掀髂ニ鹚俣瓤欤褂靡欢问奔浜�，使得琐风式密封钢性叶轮给料器间歇较大，加上粉煤灰的下料不均匀，经过琐风式密封钢性叶轮给料器的粉煤灰直接进入螺旋秤，很容易出现粉煤灰流量难以控制的状况。
1.3.2 方案二：根据长期观察，解决粉煤灰准确计量问题，关键要解决粉煤灰的稳流问题。为此选用转子秤（技术性能参数见表2），其工艺布置见图2b。其设计思想是粉煤灰经转子秤计量后，根据设定的给料量，将信号反馈给单管螺旋锁风喂料机，通过调整单管螺旋锁风喂料机的转速来控制喂料量。在实际生产过程中有时会出现粉煤灰断料或冲料现象，使得粉煤灰流量难以控制，由于单管螺旋锁风喂料机有2.5～3.0m长度，对瞬时的粉煤灰冲料起到延时作用，给调整单管螺旋锁风喂料机提供了时间，对出现冲料现象有稳流的效果，使得计量比较准确。在发现断料时，只有及时人工处理方能解决。
1.3.3 随着粉煤灰利用退税政策的实施，税务部门对粉煤灰计量设备要求越来越严格，不仅要求现场计量的准确性，而且要求计量设备有累计和储存的功能，以便于税务部门检查。综合上述二种方案，为确保计量准确，利于水泥磨的稳定喂料操作，确定采用方案二。
表2 计量设备技术性能参数
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设备名称
技术参数 |
转子秤 |
螺旋秤 |
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规格型号 |
DZC30 |
LX-1600×300 |
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流量范围 /t/h |
2~20 |
2~20 |
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给料精度 /% |
±0.5 |
±3.0～5.0 |
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装机功率 /kw |
9.7 * |
7.7 ** |
注：* 装机功率中包含单管螺旋锁风喂料机（7.5kw）；
** 装机功率中包含琐风式密封钢性叶轮给料器（2.2kw）。
2、生产过程中存在问题
经过多次开展技术研讨，不断优化技改方案，使得技改设计更加合理。但在使用过程中也时常出现一些问题，现归纳如下：
2.1 与矿渣相比，粉煤灰价格较低，不需要烘干，同时有退税的优惠政策，因此，粉煤灰受到多数水泥厂的青睐。正是由于上述原因，粉煤灰的市场供应格局发生变化，当水泥销售旺季时粉煤灰供不应求，而水泥销售淡季时又供过于求。在水泥销售旺季时，因粉煤灰库存较低（低于5m料位）时，经常出现粉煤灰下料不畅或断料现象。操作上采用人工对粉煤灰库充气来松库，这样容易出现粉煤灰冲料现象，时常使得粉煤灰溢出计量和输送设备，每次粉煤灰溢出事故发生时，外溢粉煤灰量数十吨，这不仅造成粉煤灰埋没输送和计量设备，而且也造成环境污染，给岗位人员增加了清理卫生的工作量，有时甚至造成水泥磨停产。
2.2 粉煤灰掺入水泥技改完成后，运行初期，生产运行正常，粉煤灰库顶除尘效果良好；但2个月后，粉煤灰库顶时常出现扬尘现象，有时在晴天时突然好转；同时送粉煤灰的汽车驾驶员反映粉煤灰入库时间大大延长（增加1/3～1/2时间）。
2.3 在生产PC32.5级水泥时，粉煤灰掺加量为12～15t/h，粉煤灰加入磨尾提升机后， 8＃水泥磨提升机正常运行，7＃水泥磨提升机出现严重扬尘现象，造成水泥磨尾粉尘弥漫；当减少粉煤灰掺加量时，扬尘现象消失。随后，多次出现7＃水泥磨提升机链条经常断裂现象，使得水泥磨频繁停机，影响水泥磨生产。
3、改进措施
3.1 针对粉煤灰下料不畅问题，经过反复观察比较，问题的原因是粉煤灰库内料位较低，或是粉煤灰含水份较大。对此采取以下处理措施：
3.1.1 在生产实际过程中严格控制粉煤灰的料位高度，粉煤灰库内最低料位不低于6m为宜。当粉煤灰的库存料位接近6m时，应及时向粉煤灰库内补充粉煤灰，以确保最低料位。
3.1.2 当粉煤灰不下料或下料不畅时，在向粉煤灰充气前，要检查计量秤和输送设备的检查门，必须确保全部关闭牢固（防止冲料时粉煤灰外溢）；关闭螺旋闸阀，然后开始对粉煤灰库充气，停止充气后，慢慢开启螺旋闸阀，逐步达到设定流量。
3.1.3 如果粉煤灰含水份较大，或库存粉煤灰较少，需要充气才能下料时，螺旋闸阀的开启度要尽量小，同时要求岗位人员增加检查频次，尽早发现粉煤灰外溢，防止冲料外溢事故的发生。
3.2 针对粉煤灰库顶扬尘和粉煤灰入库时间延长问题，开始怀疑是除尘器故障所致，但经过仔细检查，除尘器运行正常。原因是由于粉煤灰库是采用钢板制成的，在雨雪天气时，容易在除尘器的防掉袋网上出现板结现象，使得除尘器通风阻力大幅度增加，影响除尘效果；晴天粉煤灰干燥时，防掉袋网上板结的粉煤灰容易脱落，通风改善，除尘效果转好。随后要求岗位人员用锤头每周对粉煤灰库顶除尘器支架槽钢进行敲击几下（雨雪天勤敲击）即可。
3.3 为了便于工艺布置，粉煤灰加入水泥磨尾提升机的回斗侧，粉煤灰落入提升机后，再用斗子铲粉煤灰入提升机斗中。由于8＃水泥磨尾NE150型提升机斗子较深，容量大（见表3），进料口位置对其影响较小；7＃水泥磨尾TH500型提升机的斗子浅，容量小，加上实际输送能力较小，当选粉机的循环负荷较大时，提升机的能力显得不足。采取措施如下：
3.3.1将粉煤灰的下料口改为提升机的进料侧，使得粉煤灰直接入斗子中，较少提升机的能耗；
3.3.2 将7＃水泥磨提升机的一般链改为高强链，将提升机斗子总数量增加1/3，提高提升机的输送能力；
3.3.3 定期检测水泥磨选粉机的循环负荷，通过控制水泥磨喂料操作来控制选粉机的循环负荷（120～150%），不仅达到水泥磨稳产高产，而且减少水泥磨尾提升机的负荷。当选粉机的循环负荷发生较大波动时，应查明原因，及时采取措施，确保水泥磨的产质量。
表3 提升机技术性能参数
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设备名称
技术参数 |
8#水泥磨
提升机 |
7#水泥磨
提升机 |
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规格型号 |
NE150型 |
TH500型 |
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输送能力 /m3/h |
170 |
123 |
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链斗速度 /m/s |
0.7 |
1.5 |
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电机功率 /kw |
30 |
22 * |
注：* 原配置的电机功率18.5kw，在增加斗子后，改为22kw。
4、实施效果
粉煤灰掺入水泥磨技改项目实施后，取得良好的经济效益，具体体会如下：
4.1 采取水泥磨尾掺入粉煤灰工艺方案，不仅解决磨头空间小的问题，而且使得粉煤灰经过选粉后再入磨，有利于水泥磨产量的提高，尤其使用粒度较细的粉煤灰时，效果更好。由于当前电厂的粉煤灰多尾选粉后的级外灰，颗粒较粗，采用水泥磨尾掺入粉煤灰工艺，容易使得水泥颗粒分布变窄，由于受到粉煤灰掺加量的限制，影响程度不是很大，不会影响水泥理化性能。
4.2通过优化除尘工艺设计， 简化了工艺流程，不仅便于实际生产，减少维护工作量，同时除尘器选型减小，节约投资和运行费用。仅除尘器节能一项，每年节约节电7272元；加上滤袋等除尘器配件消耗支出，每年可节约费用将超过1万元。其除尘节约电能支出计算如下：
8760×0.85×380×（7.5－4）×1.732×0.8×0.53÷1000＝7272（元）
4.3 在优化工艺设计后，尽管除尘器的规格型号大大减小，由于粉煤灰库顶是独立的除尘，无论是粉煤灰掺入水泥生产时，还是粉煤灰入库作业时，其除尘效果良好。在出现除尘器防掉袋网板结时，曾计划采取安装振动器清理，考虑到粉煤灰库顶除尘器是露天布置，为防止振动器震动造成焊缝裂缝而渗水问题，最后还是采用人工敲击清理方案，利于定期对粉煤灰库检查。
4.4 在这之前，该水泥厂曾在一台水泥磨上使用螺旋秤计量，其仪表显示计量数值与化验室测定数值相差很大，粉煤灰计量设备起不到计量控制的目的。尤其是水泥销售旺季时，水泥库存少，难以做到多库搭配，只有将水泥质量控制前移到水泥磨环节，而此时，粉煤灰供应紧张，粉煤灰库难以达到合理的库存，使得粉煤灰流量波动加大，螺旋秤已经无法起到控制和计量的作用，这时的粉煤灰控制只能评岗位人员的观察和经验来操作，化验室只得从严控制，水泥磨产质量受到严重影响。在使用转子秤后，粉煤灰的流量波动由调整分单管螺旋锁风喂料机来稳流，提高了计量的准确性，与化验室测定数量相关性大大提高，利于实际生产控制。
5、 结束语
5.1 粉煤灰计量准确的关键是稳流，与计量设备的精度关系不是很大。转子秤的单管螺旋锁风喂料机采用变螺距设计结构，起到稳流的作用。但是，在粉煤灰流量出现大的波动时，完全靠转子秤的单管螺旋锁风喂料机是不够的，这时需要岗位人员到现场及时手工调整螺旋闸阀，等粉煤灰流量相对稳定后，岗位人员才能离开。从利于生产控制操作的考虑，建议手动螺旋闸阀改为电动控制比较合理。
5.2 水泥厂扬尘点较多，除尘应因地制宜，就近选择除尘设备；在选择除尘方案时应尽可能减少除尘管道长度和弯头的数量，以利于节能和提高除尘效果，同时也有利于日常维护管理。由于技改项目对粉尘排放标准要求提高（≤30mg/Nm3），建议袋式除尘器采用覆膜滤料。
