水泥庫出料難出空難原因分析及解決方案

水泥庫出料難出空難原因分析及解決方案

湖北馳中機械裝備有限公司   朱清明 朱 選

一、粉體物料筒倉儲存概況

現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)過程中，水泥及其他粉料加工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，為了穩(wěn)定生產(chǎn)、控制質(zhì)量、調(diào)節(jié)銷售，在生產(chǎn)中間過程及產(chǎn)品儲存中均大量使用到大型筒倉，筒倉直徑從幾米~60 米以上，儲量從幾百噸~10萬噸以上，水泥生產(chǎn)企業(yè)在利用筒倉儲存水泥、粉煤灰、礦粉時出料難、出空難最為突出，經(jīng)常出現(xiàn)架空不出料、漏斗流出料等現(xiàn)象（見圖一、圖二、圖三、圖四），同時卸空率普遍僅有50~70%，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)管理及產(chǎn)能發(fā)揮。

    圖一 漏斗流出料                                圖二 倉底架空不出料

圖三 多孔倉出料現(xiàn)場                            圖四 漏斗流出料現(xiàn)場

研究結(jié)果表明大型筒倉在儲存水泥、粉煤灰、礦粉等粉體物料時，不同品種的粉體物料對固結(jié)的影響差別較小，因此為便于表述，故對水泥、粉煤灰、礦粉等粉體物料，下文統(tǒng)稱粉體，對水泥庫、粉煤灰?guī)臁⒌V粉庫等統(tǒng)稱為筒倉。

二、粉體流動特性及水泥廠原料和產(chǎn)品顆粒組成概況

粉體是固體顆粒的集合體，工業(yè)生產(chǎn)將各種礦物加工成粉體其目的是為計量、輸送、混合及化學(xué)反應(yīng)等提供更好的條件，隨著追求化學(xué)反應(yīng)效果等目的，粉體顆粒加工越來越細(xì)，導(dǎo)致粉體儲存物性發(fā)生變化。粉體力學(xué)研究表明顆粒大小對粉體可壓縮性和流動性產(chǎn)生較大影響，不同粒徑對流動性影響如下。

粒徑大于200μm   粉體的流動性--------很好；

粒徑100~200μm   粉體的流動性--------一般；

粒徑小于100μm   粉體的流動性--------較差；

粒徑小于50μm   粉體的流動性--------很差；

粒徑小于25μm   粉體的流動性--------極差。

三、水泥生產(chǎn)企業(yè)筒倉儲存粉體影響卸空率的共性問題

筆者通過多年現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，水泥生產(chǎn)中不同品種的粉體物料，采用不同規(guī)格筒倉儲存，由于儲存時間長短和出料方式不同，會造成筒倉內(nèi)積存的粉體數(shù)量出現(xiàn)較大變化，影響卸空率，現(xiàn)簡介如下：

3.1粉體品種對卸空率的影響：

3.1.1、水泥儲存時：42.5水泥及有特種要求生產(chǎn)的水泥，不易出庫，內(nèi)部積存固結(jié)料多；

3.1.2、粉煤灰儲存時：I級灰及質(zhì)量較好的原灰不易出庫，內(nèi)部積存固結(jié)料多；

3.1.3、礦粉儲存時：不易出庫，內(nèi)部積存固結(jié)料多；

3.1.4、生料儲存時：易出庫，內(nèi)部積存固結(jié)料較少，出現(xiàn)堵料幾率較低。

通過對上述儲存在筒倉中不同品種的粉體進(jìn)行分析對比發(fā)現(xiàn)，顆粒越細(xì)出料越難，與前文中顆粒粒徑與流動性的關(guān)系相符，與粉體品種關(guān)聯(lián)不大。

3.2儲存時間對卸空率的影響

大部分現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，相同品種的粉體，相同的儲存條件，筒倉內(nèi)靜態(tài)儲存時間越長，粉體越不易卸出，越易堵出料口，卸空率越低，越易出現(xiàn)偏庫現(xiàn)象。

3.3出料方式對卸空率的影響

間斷出料的筒倉易出現(xiàn)堵出料口、易偏庫、且積存固結(jié)料多、卸空率低；連續(xù)生產(chǎn)、連續(xù)出料的筒倉不易堵出料口，筒倉內(nèi)積存固結(jié)料量也較少。

3.4筒倉規(guī)格對卸空率的影響

筒倉直徑及儲料高度的影響：直徑小于18m，儲料高度25m以下的筒倉無法出空的料量為30%左右；直徑大于18m，儲料高度25m以上的筒倉無法出空的料量達(dá)30~50%；直徑20m以上，儲料高度25m以上的大型筒倉，如果有間斷出料加冬儲，無法出空的料量可達(dá)50~70%。

四、筒倉內(nèi)粉體物料固結(jié)形成機理簡析

粉體存在固體、液體、氣體三種物態(tài)，粉體進(jìn)入筒倉大多為液態(tài)、氣態(tài)的混合狀態(tài)，流動性好。筒倉直徑較小時，儲料高度較低，儲料量也較少，連續(xù)生產(chǎn)粉體快進(jìn)快出，粉體內(nèi)部原有氣體保留充分，粉體活性好，粉體不易固結(jié)，處于整體流狀態(tài)出料，筒倉內(nèi)積存固結(jié)料量也較少；筒倉直徑加大后，儲料高度加高，儲料量增加，粉體不再快進(jìn)快出，往往是入料量大于出料量或采取間斷出料模式，儲存在筒倉內(nèi)的粉體滯留時間延長，粉體顆粒因粉體顆粒間存在間隙，顆粒出現(xiàn)受力不平衡發(fā)生運動，顆粒在重力的相互作用和顆粒間的粘附力、摩擦力、靜電力作用下，粉體的物性發(fā)生改變，顆粒間氣體不斷排出，顆粒間距離縮小，顆粒出現(xiàn)重新排列、填充，顆粒發(fā)生變形嚙合，粉體被壓縮；溫度變化又使粉體收縮，隨著儲存時間延長粉體不斷發(fā)生疊層固結(jié)，固結(jié)強度不斷增加，休止角發(fā)生改變，最終形成漏斗流出料（見圖五）。例如冬儲水泥的筒倉第二年出料時往往堵出料口，出料口清通后，上部又架空，架空解決后常常又出現(xiàn)漏斗流，漏斗流形成的流料休止角常常大于60°，倉壁處固結(jié)料位高度達(dá)15m，嚴(yán)重的達(dá)20m以上（見圖五、圖六）。大部分粉體筒倉一般3~5年（部分1~2年）底部便形成高強度的固結(jié)粉體（需要借助風(fēng)鎬清理），中部形成一定強度的固結(jié)粉體（需要借助鐵鍬清理），上部形成低活性固結(jié)料（強度不高仍需借助工具清理）。如果冬儲+三年以上不清倉，卸空率往往只能達(dá)到50~70%。

五、現(xiàn)行針對粉體筒倉出料難、出空難采取的措施辦法

為了解決筒倉儲存粉體易固結(jié)、出料難、出空難的行業(yè)難題，目前采取的方法主要有：

5.1安裝整體流設(shè)備：目的是使粉體出料時保持整體流狀態(tài)，具備破除底部結(jié)拱能力，當(dāng)筒倉較小、出料量大、連續(xù)出料時有一定效果，如果出料量小、間斷出料，卸空率則會很低，對大直徑筒倉效果較差。

5.2安裝流化設(shè)備（充氣箱、流化棒、充氣板等）：安裝有流化設(shè)備的粉體筒倉，底部粉體未固結(jié)時，流化氣體對粉體的助流效果明顯，當(dāng)?shù)撞糠垠w固結(jié)后，往往氣體走軟不走硬，直接跑氣，流化設(shè)備開啟后氣體大部分都浪費掉。

5.3 設(shè)計多廊道、多出料孔：筒倉直徑加大后，為了提高卸空率，設(shè)計成多廊道、多出料口，存在的問題首先是造價提高了；二是廊道增加、輸送通道延長、能耗增加；三是設(shè)備數(shù)量增加、系統(tǒng)復(fù)雜、故障率提高，四是出料循環(huán)周期加長，往往第一孔和最后一個孔出料相差多日，易出現(xiàn)出料口內(nèi)部粉體固結(jié)，出料口堵塞，即便出料也是漏斗狀出料，嚴(yán)重時多個出料口堵塞，導(dǎo)致大面積無法出料，有些大型筒倉二十幾個下料口的卸空率就低于十幾孔的卸空率（見圖六）。

5.4 從5.1~5.3可知，筒倉設(shè)計、使用單位試圖從筒倉結(jié)構(gòu)及設(shè)備的角度解決這一難題，實際應(yīng)用效果不好。為了解決出料難題又在清理上找辦法，目前針對清理采取的措施主要有：

5.4.1、從倉頂伸入機械裝置對倉壁、倉底固結(jié)料進(jìn)行清理，但每次清理需要安裝設(shè)備，需要人員入庫配合清理，否則清理效果不好，設(shè)備安裝難度大、清理耗時長。

5.4.2、從倉頂伸入氣動打散裝置對倉壁、倉底固結(jié)料進(jìn)行清理，由于該設(shè)備在倉內(nèi)為柔性調(diào)節(jié)，清理時對倉壁及堆高料有效果，對底部固結(jié)料效果很差，難以實現(xiàn)徹底清倉。

5.4.3、從倉頂伸入震動裝置對倉壁、內(nèi)部堆積料進(jìn)行清理，該方法有一定的效果，但對底部固結(jié)料效果很差。

5.4.4、在倉壁安裝空氣炮，該方法對倉壁處不厚的堆積料有效果，但對下部厚料層及大倉中心料無效果，使用時振動負(fù)載對倉壁有影響，尤其是鋼板倉。

5.5.5、倉壁（倉頂）開孔機械+人工入庫清理，該方法可徹底清理筒倉，但清理耗時長、費用高、安全風(fēng)險高。

圖五 筒倉內(nèi)部粉體疊加固結(jié)              圖六多孔倉下料口堵塞

六、CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)-長期有效解決出庫難、出空難的技術(shù)方案

通過對粉體物性的研究分析，對比工程應(yīng)用效果，筆者認(rèn)為大型筒倉儲存粉體物料，由于生產(chǎn)管理需要及市場因素的影響，大多數(shù)筒倉是需要間斷出料和進(jìn)行季節(jié)性儲存的，粉體物料固有的物性使粉體在筒倉內(nèi)出現(xiàn)固結(jié)是無法避免的，已經(jīng)固結(jié)的粉體采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)二次流化由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)，自行流出筒倉的是難以實現(xiàn)的。CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是針對筒倉實際使用的現(xiàn)狀，通過對粉體及儲存過程的深入研究，對現(xiàn)有技術(shù)措施及設(shè)備功效的對比分析，對工藝的深入了解開發(fā)設(shè)計的出料設(shè)備，該套設(shè)備原理簡潔清晰，操作簡單方便，通過徹底有效的清倉，縮短儲存固結(jié)周期，改善粉體的流動性，安裝后可長期有效解決粉體筒倉出庫難、出空難的難題，該系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)原理如下：

CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)設(shè)計有流化出料系統(tǒng)和清倉出料系統(tǒng)各一套，流化出料系統(tǒng)由扇形布置的多條充氣箱、羅茨風(fēng)機、供氣管道及配氣系統(tǒng)、中心流化裝置等組成，日常出料時啟動羅茨風(fēng)機通過供氣管道及配氣系統(tǒng)向充氣箱供氣，被流化的粉體物料流向中心流化裝置，進(jìn)行均化攪拌后從出料口流出，完成正常出料，該流化系統(tǒng)電耗為國內(nèi)現(xiàn)有大型粉體筒倉出料電耗的50%左右。清倉出料系統(tǒng)由清倉螺旋軸、公轉(zhuǎn)導(dǎo)向軌道、公轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、密封裝置、控制系統(tǒng)等組成，當(dāng)出料量達(dá)到90%左右時，啟動清倉機繞中心運行1~2周，約10~48小時（小倉短、大倉長）即可完成清倉任務(wù)，卸空率可以達(dá)到98%，且不需要人工入倉輔助。CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)操作既可自動也可手動，CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)原理見圖七，應(yīng)用現(xiàn)場及效果見圖八、圖九。

圖七 CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)原理

圖八 CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)安裝調(diào)試中

圖九CZ-高效清倉出料系統(tǒng)清倉進(jìn)行中

CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)目前已投入使用的筒倉有20m、28m、30m、45m等多種規(guī)格，對比現(xiàn)有粉體筒倉中采用的設(shè)備改造技術(shù)和清倉技術(shù)，實際應(yīng)用效果優(yōu)勢明顯：首先是清倉完全不需要人工輔助即可實現(xiàn)98%以上的高卸空率，做到了真正的安全高效；其二清倉能力強，底層的固結(jié)粉體，清倉機可直接攪散再流化，能避免堵塞出料口，清倉過程僅需10~48小時就可完成，可以靈活選擇時間進(jìn)行清倉，有利于生產(chǎn)管理，做到了真正的能力強、時間短；其三由于清倉時間短、方便、安全，每年可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行一次或多次清倉，筒倉底部無高強度固結(jié)粉體形成，倉內(nèi)粉體活性好，具備更好的料流活性，易實現(xiàn)整體流出料，出料能耗更低；其四CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)設(shè)計的高效流化出料系統(tǒng)，配合CZ-3高效清倉出料系統(tǒng)的定期清倉，可保證出料實現(xiàn)長期低能耗無故障穩(wěn)定運行、水泥品質(zhì)更穩(wěn)定。