水泥能耗標準的修訂與節能降耗技術（下）

狄東仁，陶從喜，柴星騰

（上接2018年第1期）

在不斷的工程實踐中，天津院有限公司從固定端斜坡角度、篦板的結構形式、固定篦床和活動篦床之間高差的減少等，對第四代篦冷機進行優化改進，在滿足工藝熱回收率的前提下，進一步減少篦床阻力，降低系統電耗。繼而，引進中置輥式破碎技術，進一步提高熟料熱量的回收利用率，降低出冷卻機熟料溫度，改善熟料易磨性，降低粉磨系統電耗。在此基礎上，采用CFD模擬技術研究了篦冷機內部物料及氣流的分布規律（圖4），為篦冷機的結構優化提供技術支撐。

圖4 篦冷機內空氣和熟料溫度場分布

3.1.5 燒成系統節能降耗技術的工程應用

天津院有限公司研發的上述燒成系統節能降耗技術與裝備已應用于河南孟電水泥有限公司5 500t/d水泥生產線。孟電公司有兩條5 500t/d生產線，一線于2016年6月竣工點火，目前該生產線已穩定投產運行一年多，主要指標見圖5；二線于2017年2月點火，5月通過業主考核驗收，考核煤耗93.02kg標煤/t熟料。燒成系統主要配置為：窯尾高效低氮六級預熱器系統，兩檔短窯，帶中置輥式破碎機的第四代行進式冷卻機，高效低氮的煤粉燃燒器，主要運行指標見圖5。孟電燒成系統運行參數見圖6。

3.2 粉磨節能降耗技術

3.2.1 生料輥磨粉磨技術

生料輥磨系統具有粉磨效率高、烘干能力強、原料適應性好、工藝流程簡單等特點，電耗比球磨系統低15%～30%，節能效果明顯，一直是生料粉磨的主選方案。

圖5 孟電一線運行狀況

圖6 孟電燒成系統運行參數

圖7 TRM6041生料輥磨

表4 TRM6041生料輥磨系統配置

2012年5月TRM6041生料輥磨在河北礦峰水泥公司正式投入運行，這也是迄今為止國產化最大規格的輥磨，磨盤直徑φ6m，裝機功率5 000kW，設計產量540t/h，磨機的外形見圖7。磨機及系統的主要設備參數見表4。

實際運行情況如下：

原料易磨性Bi=13.3kWh/t（易磨性較差）

產量 592t/h（干基）

生料細度 R80μm=18.3%

磨機電耗 7.8kWh/t

系統電耗15.6kWh/t（從原料配料到成品入庫）

振動情況 水平0.7mm/s，垂直1.4mm/s

部分早期的生料輥磨如2 500t/d生產線配套的MLS3626生料輥磨，存在生料細度偏粗、磨機出力不足、產量偏低、維護工作量大等問題，針對這些問題，天津院有限公司借助自身的輥磨開發設計經驗，提出了利用TRM輥磨技術進行升級改造的方案，主要內容包括：

（1）選粉機改造。采用引進技術許可設計的LV型選粉機替代MLS3626磨機自帶的選粉機，規格為φ5 000mm×2 120mm，保留原有傳動。其特點是：通過優化氣體速率，允許更多的物料直接進入選粉機；通過在輥磨內安裝LV氣室，避免成品細粉重新落到磨盤上再循環；減少磨機和分離器的壓損，有效減少物料內循環。

（2）磨盤改造。原有MLS3626磨機的軌道直徑為φ3 600mm，以擋料圈內側計量，則磨盤直徑超過φ4 200mm，為了滿足與TRM型磨機磨輥配合的要求，需要對磨盤的襯板進行改造，以滿足平盤錐輥的配合要求。

（3）磨輥模塊改造。按照磨盤直徑φ4 200mm要求，原磨盤轉數25.7r/min保持不變，根據磨機功率計算結果，選擇TRMR42.4配套的4個磨輥，磨輥直徑φ2 000mm，輥寬750mm。部分改造案例見表5。

3.2.2 生料輥壓機終粉磨系統技術

因輥壓機擠壓力遠高于輥磨，而且料床受限狀態更好，所以一次通過物料的擠壓效率較高，能量利用率高于輥磨；更為重要的是，輥壓機系統中的物料提升是通過斗式提升機完成，而輥磨主要是依靠氣體攜帶進入上部選粉機內，導致輥磨風機電耗高于輥壓機。為不斷挖潛粉磨效率，降低粉磨電耗，提高水泥企業效益，采用生料輥壓機終粉磨系統技術成為近年來生料粉磨系統的重要選擇。生料輥壓機終粉磨系統與球磨機系統和輥磨系統相比，可分別節電8～10kWh/t和3～5kWh/t，同時，由于生料中粗顆粒含量少，且顆粒有更多裂紋，其易燒性更好。

天津院有限公司首臺TRP180/140生料輥壓機于2011年底在中材萍鄉投入運行，5 000t/d生產線配套的大型生料輥壓機TRP220/160系統于2013年在祁連山漳縣和古浪先后投產，引領了我國該系統技術與裝備的發展。

5 000t/d水泥熟料生產線配套的單套輥壓機終粉磨系統，要求產量≮450t/h，這是目前國內水泥行業采用的規格最大的輥壓機。對于邦德功指數為11kWh/t左右的中等易磨性生料，粉磨至0.08mm方孔篩篩余12%～14%時，輥壓機本身電耗約為7.5kWh/t。為此開發的TRP220-160生料輥壓機，裝機功率應當達到4 000kW，運行功率應為裝機功率的85%左右。到目前為止，共有四套TRP220-160生料輥壓機終粉磨系統投入運行，分別是2013年投產的祁連山古浪、祁連山漳縣項目，2015年投產的大冶尖峰生料粉磨系統改造項目和2016年投產的廣州珠水生料粉磨系統改造項目。因該系統采用了生料輥壓機系統專用的TVSu型立式選粉機，有效地控制了生料成品的200μm篩篩余，從而改善了生料易燒性，降低了系統電耗。

表5 部分生料輥磨改造效果

3.2.3 水泥輥壓機預粉磨技術

經過近三十年的發展，輥壓機預粉磨系統從最初的循環預粉磨和混合粉磨，經過聯合粉磨，發展到當下的半終粉磨，總的趨勢是輥壓機功率與球磨機功率之比越來越大。水泥輥壓機預粉磨系統是目前中國水泥制造工藝的主導方案，其基本特點：（1）采用了高效節能的輥壓機裝置，系統電耗顯著降低；（2）保留了球磨機，使水泥性能基本保持了傳統球磨機水泥的基本特性；（3）將粉磨作業一分為二，便于系統產能的大型化設計。各種預粉磨系統的優缺點詳見表6。

循環預粉磨和混合粉磨（少部分選粉機粗粉回輥壓機）是輥壓機問世初期普遍采用的系統，流程簡單，便于已有球磨機的改造。因擠壓物料未經選粉（即循環擠壓），含有大量細粉，易造成料床失穩，循環量受限，因此輥壓機規格不能太大，提產和節電幅度有限。入球磨物料含有粗顆粒，對球磨機的操作管理不利。

聯合粉磨系統是伴隨V型選粉機的應用而出現的二代輥壓機預粉磨系統，因擠壓物料經過分選后粗粉再循環擠壓，輥壓機的規格開始大型化，入球磨機物料比表面積達到2 000cm2/g左右，且不含粗顆粒，提產和節能幅度大增。首套國產化聯合粉磨系統于2004年在天津振興水泥公司投入運行。

單動態選粉機半終粉磨系統是在總結聯合粉磨系統經驗的基礎上，于2006年開發的第三代輥壓機預粉磨系統，在亞泰哈爾濱水泥廠首次應用。該系統的最顯著特點是，出V型選粉機的細粉再經過二次分選，合格細粉進入成品，粗粉入球磨，球磨機的粉磨效率進一步提高，同時解決了聯合粉磨系統循環風機的磨損問題，提高了運轉率。

表6 水泥輥壓機預粉磨系統特點

雙動態選粉機半終粉磨系統是單動態選粉機半終粉磨系統的一種變形，將動態選粉機一分為二，便于調控V型選粉機用風，進而提高輥壓機系統的分選效率和擠壓效率，利于系統操作。該系統的應用前提是，單位產品輥壓機功耗較大，半成品比表面積＞2 000cm2/g，前置動態選粉機可以分選出較多的合格細粉。

巴基斯坦CCC二線總承包項目采用TRP1800/1400、2×1 400kW輥壓機+φ4.2m×13m、3 550kW球磨機+單動態選粉機的半終粉磨系統，運行情況如下：

水泥配比：熟料91%，石膏4.5%，石灰石4.5%

比表面積：3 300cm2/g

干基產量：260t/h

系統電耗：≤30kWh/t

3.2.4 水泥輥磨終粉磨技術

水泥粉磨是水泥生產耗電量最大的環節，不僅影響最終成品的質量，而且直接影響水泥生產成本。水泥輥磨終粉磨技術是用輥磨將熟料、石膏和各種混合材粉磨成符合市場要求的水泥成品。在國外，該技術日臻成熟，并得到廣泛應用，但在國內，與原料磨、煤磨的應用相比，滯后較多。

天津院自“十一五”期間即開始了水泥輥磨的開發研究，經歷了理論分析、實驗室試驗、工業試驗及工業實踐全過程，形成了TRMK25～TRMK60系列產品，銷售業績超過50臺套，處于國產水泥輥磨前列。

TRMK水泥輥磨采用錐形磨輥和傾斜磨盤的配合方式，可以保證粉磨細物料時形成穩定的料床，每個磨輥的小端負責為后續磨輥準備料床，而磨輥大端負責研磨物料，結構簡單、可靠實用。磨盤襯板和磨輥輥套采用表面硬質堆焊耐磨材料，選粉機葉片采用特殊的優質耐磨板，保證設備的磨損最小，減少設備維護時間，提高設備運轉率。采用動靜態組合式高效籠型選粉機，能夠保證水泥的比表面積在合理范圍內調節，并保證水泥成品顆粒分布均勻。磨機通過控制磨內溫度保證水泥中石膏的適度脫水。

TRMK4541是該系列水泥輥磨的代表機型，首臺樣機于2010年在越南福山水泥有限公司成功投產，裝機功率4 000kW，系統產量≥180t/h，系統電耗28kWh/t左右。磨機振動小，運行穩定，磨輥輥套及磨盤襯板使用壽命達到保證值。

相同規格及系統配置的水泥輥磨在安康堯柏的運行情況見表7。

其中，P·O42.5水泥配比為熟料80%、石膏6%、石灰石6%、礦渣8%，比表面積3 600cm2/g，產量196t/h。P·C32.5水泥配比為熟料60%、石膏6%、石灰石32%、礦渣2%，比表面積4 000cm2/g，產量192t/h。

3.2.5 煤輥磨粉磨技術

TRMC型煤輥磨是在TRM型原料輥磨技術的基礎上，根據煤粉制備特點和要求開發而成，具有粉磨效率高、烘干能力強、細度調節靈活、運行穩定等 特 點 ，已 形 成 TRMC20、TRMC23、TRMC28、TRMC31、TRMC36等系列產品，可以滿足2 500～8 000t/d生產線的配套要求。

表7 TRMK4541水泥輥磨運行統計

輥磨制備煤粉的最大優點是對原煤的水分適應強，風掃球磨中原煤水分＞12%時煤粉水分很難控制，特別是粉磨高水分的褐煤時更加困難，而輥磨可以通入大量風速較高的熱風，熱交換效果好，可以烘干粉磨水分20%以上的煤，并能保證煤粉水分。

無煙煤在水泥行業越來越多地被使用，具有摩擦系數小、煤粉細度要求細、流動性好等特點。無煙煤在輥磨中形成料床困難，曾被認為不宜采用輥磨粉磨，但是經過研究分析和實踐得出，只要采取相應措施，輥磨完全可以適應無煙煤的粉磨要求。拉法基三岔5 000t/d生產線即采用了TRMC3131輥磨粉磨無煙煤，產量達40t/h以上，細度R80μm=2%，磨機電耗15kWh/t，運行非常穩定。該磨還被拉法基用于印度CHI的5 000t/d生產線粉磨石油焦，產量超過25t/h，細度R90μm=3%。

埃及白水泥SWCC項目也采用了輥磨粉磨石油焦，磨機規格為TRMC23.3、640kW。2016年初投產運行，因系統輔機問題，經過整改和調試，達到合同要求：哈氏指數HGI≥40，產品細度R90μm＜2%，磨機產量≥22t/h，系統電耗≤41kWh/t。

4 結語

隨著現代新型干法技術的進步及水泥企業管理水平的不斷提升，迫切需要對GB 16780-2012《水泥單位產品能源消耗限額》國家標準進行修訂，對水泥企業節能降耗提出新的更高更合理的要求，促進水泥生產企業采取措施降低生產能耗，以確保水泥工業的可持續發展。

通過采用高效低阻的六級預熱器帶高效低氮分解爐的預分解技術、兩檔支承的短回轉窯、低一次風量低NOX燃燒的煤粉燃燒器、帶中置輥式破碎機的第四代行進式無漏料篦式冷卻機等新技術新裝備，可實現水泥熟料燒成系統的大幅節能降耗；采用新型輥磨及輥壓機粉磨水泥生料，采用輥磨做水泥終粉磨、優化大型輥壓機加小球磨的新型粉磨技術可實現水泥粉磨系統的節能降耗；采用輥磨粉磨煤粉可大幅減少粉磨電耗。總之，在水泥生產中，通過采用本文中經實踐檢驗的成熟可靠的技術及裝備，可實現水泥生產的節能降耗的總體要求，從而實現水泥生產的節能減排。

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