生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用

石國平，羅占仁，王明治，李洪，柴星騰

1 生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的特點(diǎn)

自20世紀(jì)70年代輥壓機(jī)問世之后，人們就開始研究如何將其應(yīng)用于水泥生料粉磨作業(yè)中，生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的發(fā)展過程大體可分為以下四個階段：

（1）第一階段，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)由輥壓機(jī)、打散機(jī)和上喂料的動態(tài)選粉機(jī)組成。盡管該系統(tǒng)電耗比球磨機(jī)系統(tǒng)大幅降低，但其最大的問題是打散機(jī)和動態(tài)選粉機(jī)磨損嚴(yán)重，且烘干能力弱。

（2）第二階段，生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)引入快速烘干錘磨。雖然烘干能力加強(qiáng)，但設(shè)備磨損問題仍然沒有改善。

（3）第三階段的變化是革命性的。隨著1994年V型靜態(tài)選粉機(jī)的出現(xiàn)，生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)發(fā)展成為由輥壓機(jī)、V型靜態(tài)選粉機(jī)和不帶上喂料的動態(tài)選粉機(jī)組成的系統(tǒng)。這種組合非常好地解決了設(shè)備磨損和原料烘干問題，既保證了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，又充分體現(xiàn)了輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)能耗低的優(yōu)勢。盡管生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟，但是并未得到用戶的廣泛認(rèn)可，這一時期生料粉磨系統(tǒng)主要以輥磨終粉磨為主。這是因為輥磨系統(tǒng)簡單，比球磨機(jī)系統(tǒng)節(jié)電5～7kWh/t，雖然輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)更省電，但系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備單件檢修重量大，且缺乏相應(yīng)節(jié)能降耗政策的引導(dǎo)。

（4）第四階段是伴隨著國內(nèi)水泥行業(yè)的大發(fā)展而興起的，生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)在這一時期，布置更加合理，系統(tǒng)更加完善，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

a采用雙提升機(jī)布置，將輥壓機(jī)和V型選粉機(jī)布置于±0.000m平面，方便輥壓機(jī)的拆裝與檢修。

b動態(tài)選粉機(jī)從早期的臥式選粉機(jī)改為立式下進(jìn)風(fēng)形式，提高了動態(tài)選粉機(jī)的選粉效率，對生料成品中粗顆粒含量的控制更加有效。

c取消了V型選粉機(jī)與動態(tài)選粉機(jī)之間的長風(fēng)管，降低了系統(tǒng)通風(fēng)阻力。

d柱釘輥面投入使用，大大提高了輥壓機(jī)粉磨高磨蝕性物料時的輥面壽命，降低了業(yè)主的維護(hù)時間和費(fèi)用，滿足了生料系統(tǒng)高運(yùn)轉(zhuǎn)率的要求。

最初的生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)是以德國KHD公司為首的國外公司產(chǎn)品為主，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司（簡稱天津水泥院）自2009年開始TRP生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的研發(fā)工作以來，即引領(lǐng)了國內(nèi)生料輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)發(fā)展的潮流。2011年天津水泥院第一套TRP生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)投產(chǎn)后，很快發(fā)現(xiàn)臥式動態(tài)選粉機(jī)存在的問題，并于2012年率先在國內(nèi)將臥式動態(tài)選粉機(jī)改為立式動態(tài)選粉機(jī)，并盡可能縮短V型選粉機(jī)和動態(tài)選粉機(jī)之間的風(fēng)管長度。到目前為止，已經(jīng)投入運(yùn)行的TRP生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)共44套，其中循環(huán)風(fēng)機(jī)電耗最低的為2.5kWh/t，系統(tǒng)電耗最低的只有9.2kWh/t。

2 生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的最新工藝流程

新喂物料由皮帶機(jī)直接喂入組合式選粉機(jī)的靜態(tài)部分，出輥壓機(jī)物料也由提升機(jī)送入組合式選粉機(jī)的靜態(tài)部分。物料在其中分選和烘干后，粗物料由另一臺提升機(jī)送入輥壓機(jī)上面的荷重小倉，繼而被輥壓機(jī)輥壓粉磨；較細(xì)物料由風(fēng)帶入組合式選粉機(jī)的動態(tài)部分，再次被風(fēng)選，經(jīng)動態(tài)部分分選后，合格的成品由風(fēng)帶入后面的旋風(fēng)除塵器收集送入成品庫，未達(dá)到成品要求的粗粉經(jīng)溜子從組合式選粉機(jī)的靜態(tài)部分出風(fēng)口側(cè)二次喂入，再次被風(fēng)選。工藝流程見圖1。

該系統(tǒng)工藝流程的特點(diǎn)有：

（1）采用雙提升機(jī)方案，輥壓機(jī)布置在地面上，出輥壓機(jī)和出選粉機(jī)各設(shè)一臺提升機(jī)，可以降低廠房高度，降低提升機(jī)的要求，方便設(shè)備檢修。

（2）系統(tǒng)采用了專門開發(fā)的組合式選粉機(jī)，可以更加方便有效地控制成品細(xì)度，尤其是粗顆粒的含量R200μm＜1.5%，從而改善生料的易燒性；選粉機(jī)的通風(fēng)量和設(shè)備的烘干容積與同規(guī)格的輥磨相當(dāng)，因此，系統(tǒng)的烘干能力與輥磨相當(dāng)；將靜態(tài)選粉機(jī)和動態(tài)選粉機(jī)有機(jī)地結(jié)合為一體，減少了氣體提升物料的高度，設(shè)備阻力降低500Pa以上，從而降低了系統(tǒng)通風(fēng)電耗。

（3）采用完善的除鐵系統(tǒng)，確保大塊金屬無法進(jìn)入輥壓機(jī)擠壓區(qū)損傷輥面，這一點(diǎn)對保護(hù)柱釘輥面尤為重要。經(jīng)計量后的原料先由出配料站皮帶上的除鐵器除鐵，然后由金屬探測器探測，如果沒有大塊金屬，則原料正常進(jìn)入輥壓機(jī)系統(tǒng)，如果探測到有大塊的金屬未被清除，則皮帶頭部下方的三通分料閥就會將含有金屬的物料導(dǎo)入外排倉。定期啟動外排倉下的可調(diào)速皮帶，并再次通過金屬探測器探測，發(fā)現(xiàn)大塊金屬后，皮帶停止運(yùn)行，人工揀出大塊金屬，其他原料再次返回輥壓機(jī)系統(tǒng)。

圖1 生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)工藝流程

3 生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)用動態(tài)選粉機(jī)的改進(jìn)

生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)國產(chǎn)化后，將動態(tài)選粉機(jī)由臥式改為立式是系統(tǒng)優(yōu)化中最大的亮點(diǎn)。臥式選粉機(jī)雖然阻力小，但是其局部風(fēng)速過高，導(dǎo)致進(jìn)入成品中粗顆粒的量難以控制。圖2為臥式選粉機(jī)的流場分布與200μm顆粒運(yùn)動軌跡，從圖中可看出，200μm粒徑顆粒主要在轉(zhuǎn)子右側(cè)1/4區(qū)域沖向轉(zhuǎn)子，其底部存在明顯跑粗現(xiàn)象（此處局部徑向風(fēng)速最高可達(dá)20m/s），這是臥式轉(zhuǎn)子選粉機(jī)本身的固有缺陷。

立式動態(tài)選粉機(jī)中的含塵氣體從下部中心的進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入選粉機(jī)內(nèi)，在轉(zhuǎn)子的四周，風(fēng)速及粉塵濃度都是均勻的，軸向、徑向氣流分布均勻穩(wěn)定，有利于物料在分級轉(zhuǎn)子圓周360°方向全寬度分級，避免出現(xiàn)氣流偏移，引起切割粒徑不均勻及粗顆粒“跑粗”。在生料成品80μm篩篩余＜16%時，1.0%＜200μm篩篩余＜1.5%。立式動態(tài)選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)和流場分布見圖3。

為進(jìn)一步優(yōu)化生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的工藝布置，降低系統(tǒng)運(yùn)行阻力，天津水泥院將V型選粉機(jī)和下進(jìn)風(fēng)式的動態(tài)選粉機(jī)進(jìn)行了有機(jī)組合，形成了新的TAS系列組合式選粉機(jī)。V型選粉機(jī)和下進(jìn)風(fēng)式的動態(tài)選粉機(jī)分別作為組合式選粉機(jī)的靜態(tài)分選部分和動態(tài)分選部分。輥壓機(jī)擠壓后的物料經(jīng)靜態(tài)部分粗選后，由風(fēng)帶入動態(tài)部分進(jìn)行精選，因兩部分之間的連接管道很短，減小了物料輸送的距離，降低了設(shè)備的阻力損失。在實際應(yīng)用中，因設(shè)備高度大大降低，廠房高度也進(jìn)一步降低，節(jié)省了土建費(fèi)用。同時，轉(zhuǎn)子葉片為后傾式，降低了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)阻力；取消了反擊錐，減少了內(nèi)循環(huán)；組合式選粉機(jī)的整體阻力約為2 500～3 000Pa，與優(yōu)化前相比，減少500Pa以上。TAS系列組合式選粉機(jī)三維模型見圖4。

4 TRP生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)運(yùn)行案例

從2009年天津水泥院開始進(jìn)行生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的研發(fā)工作，到2013年由天津水泥院制造的國內(nèi)用于生料粉磨的最大規(guī)格的輥壓機(jī)（TRP220-160）在祁連山水泥股份有限公司的漳縣和古浪5 000t/d生產(chǎn)線投入運(yùn)行時，天津水泥院就已將動態(tài)選粉機(jī)由臥式改為了立式，大幅縮短了V型選粉機(jī)與動態(tài)選粉機(jī)之間的風(fēng)管長度。在生料成品80μm篩篩余＜16%時，200μm篩篩余從3.0%～3.5%降至1.5%以下，系統(tǒng)電耗也從16～17kWh/t降至13～14kWh/t。永登祁連山1號和2號熟料生產(chǎn)線的生料粉磨系統(tǒng)于2016年將原來的Atox37.5輥磨終粉磨系統(tǒng)改為TRP180-120生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，該系統(tǒng)首次采用TAS組合式選粉機(jī)，2017年投產(chǎn)后，在80μm篩篩余＜10%的情況下，系統(tǒng)電耗只有9.1kWh/t，尤其是循環(huán)風(fēng)機(jī)，電耗只有2.2kWh/t，是目前所了解到的電耗最低的生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)。表1是近年TRP生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的主要業(yè)績及運(yùn)行情況。

圖2 臥式選粉機(jī)的流場分布（左）與200μm顆粒運(yùn)動軌跡（右）

圖3 立式動態(tài)選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)和流場分布

圖4 TAS系列組合式選粉機(jī)三維模型圖

表1 TRP生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)主要業(yè)績

5 結(jié)語

截至2019年6月，天津水泥院共銷售TRP160/140、TRP180/140、TRP180/170、TRP200/160 和TRP220/160等各種規(guī)格的生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)44臺套，可以滿足2 500～10 000t/d不同規(guī)模熟料生產(chǎn)線生料粉磨的需求。其中輥子直徑＞2 000mm的大規(guī)格生料輥壓機(jī)14臺套，占總量的30%以上。實際運(yùn)行情況表明，天津水泥院的生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)具有節(jié)電效果顯著、生料質(zhì)量好、系統(tǒng)操作簡單等特點(diǎn)。烘干熱風(fēng)可以采用五級預(yù)熱器的窯尾廢氣，完全可以滿足水分8%原料的烘干要求，TRP輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)可以作為新建熟料生產(chǎn)線生料粉磨系統(tǒng)的首選方案，也可用于能耗較高的其他形式生料粉磨系統(tǒng)的改造。