雙曲線進料裝置在輥壓機系統循環負荷精準控制中的應用

沈錫榮，顧云濤

球磨機閉路系統循環負荷受水泥產品顆粒分布、產質量及電耗等指標的影響，一般控制在100%～200%。輥壓機系統循環負荷受輥壓機、球磨機功率比影響，一般控制在100%～500%。目前常用“大輥壓機+小球磨機”的組合方式，系統循環負荷控制較高。輥壓機系統循環負荷等參數對水泥廠技術經濟指標有著重要影響，精準控制循環負荷是水泥廠節能降耗的有效措施之一。但水泥廠在進行例行循環負荷檢測時，因取樣代表性不強、樣品制作檢測較繁瑣等原因，往往難以精準檢測控制循環負荷。

1 雙曲線進料裝置的運行情況

L公司有4套180860輥壓機雙選粉開路粉磨系統，工藝流程見圖1。2015年輥壓機出廠配置了直通固定式進料管，2018年1號輥壓機使用了雙曲線進料裝置。運行比較發現，使用雙曲線進料裝置的輥壓機，系統循環負荷稍低時低產低耗，循環負荷過低時低產高耗，循環負荷高時高產高耗，輥壓機做功多，但會產生部分熱能消耗。雙曲線進料裝置對輥壓機系統循環負荷的精準控制必要且可行。

2015年4月粉磨系統初產時，輥壓機、球磨機等做功＞90%，月均產量200t/h，電耗30kW·h/t，未能實現節能目標；2016年1月，投入半終粉磨系統運行，輥壓機做功在70%左右，月均產量180t/h，電耗28kW·h/t；2017年5月開始使用陶瓷球，月均產量160t/h，電耗＜25kW·h/t。2015年輥壓機出廠初始，直通固定式進料管的進料口軸向長度為1 600mm，2018年4臺輥壓機進料口寬度從期初500mm全部調至320mm，使用陶瓷球后，工序電耗穩定在25kW·h/t內。

2018年2月，1號輥壓機使用了雙曲線進料裝置，進料口尺寸長度為1 480mm，寬度為180～550mm，寬度可調節。系統高產運行時，進料口寬度調至350mm，輥壓機做功在70%，系統產量170t/h左右，電耗24kW·h/t；低產運行時，進料口寬度調至290mm，輥壓機做功在60%，系統產量155t/h左右，電耗在23kW·h/t內；當進料口寬度＞450mm時，易振動塌倉，＜240mm時，料床較差，電耗上升。

引進雙曲線進料裝置試運行半年后，平衡產量與電耗，評估最經濟參數，重設進料口尺寸。3、4號輥壓機主要生產普通水泥，進料口調寬至300mm；2號輥壓機僅生產高水分低標復合水泥，進料口調寬至330mm；車間綜合電耗同比上年降低1kW·h/t。生產比較中發現，雙曲線進料裝置下料口四周密封防泄漏效果較好，調節自如，對物料性能及產品需求變化適應能力強，可以增加輥壓機有效做功，同時降低循環負荷。2020年L公司又增加了2臺第二代雙曲線進料裝置，旺季、雨季時開大進料口控制，淡季進行小循環節能控制。

圖1 工藝流程圖

2 循環負荷的計算及進料裝置的比較

通過提升料壓、減少側漏、維護輥面花紋、增加系統壓力可增加輥壓機做功，尤其是通過擴大喂料口尺寸，增加輥面受料面積，可直接提升輥壓機做功能力。

2.1 循環負荷的計算

輥壓機循環負荷一般是按選粉機進出物料中某粒徑物料的篩余比例進行計算，但由于選粉機進出物料難以均布，取樣代表性差，碾碎料餅取粉等制樣方式極為繁瑣，料餅密度及厚度不勻，難以準確計算輥壓機物料通過量[1]。循環負荷為回料量與產量之比，參照提升負載簡易計算公式[3]，綜合考慮輥壓機下料沖擊動能等，對照臺時產量估算提升機提升料餅的不同電流時的輸送量，即輥壓機通過量G及循環負荷K：

式中：

η1——驅動效率，取0.9

G——輥壓機產量，即提升機輸送量，t/h

g——重力加速度，取9.8m/s

H——提升高度，L公司設備取45m

V1——排料速率，即提升機頭輪線速率，L公司設備取1.16m/s

V2——喂料速率，即輥壓機線速率，L公司設備取1.6m/s

P0——空載做功，kW·h；空載設備受設備磨損、積料等影響，以實際空載電流推算，P0=1.732I0U cosφ

I——提升機電流，A

I0——L公司提升機空載電流，取184A

U——電壓，取0.38kV

cosφ——功率因數，取0.85

N——系統產量，t/h；L公司取172.2、155.5、163.3高低中三個產量對比

K——循環負荷，%

2.2 進料裝置的比較

不同進料口尺寸運行參數對比見表1。

在1號輥壓機使用雙曲線進料裝置后，不斷調試進料口尺寸，與同原料的2號輥壓機直通固定的進料方式進行對比，調整合適的倉位，尋求最佳運行參數。當1號輥壓機進料口從350mm減小到290mm時，輥壓機循環負荷從227.9%下降至131.6%，系統節電1.1kW·h/t。試驗發現，當1號輥壓機進料口寬度＞400mm或料餅提升機電流＞190A時，產量提升幅度小，能耗增加幅度大，入磨料溫增加近20℃；當進料口寬度＜240mm時，不能形成穩定料床，產量下降幅度較大，能耗上升拐點出現。物料變化時，系統參數也有所變化，輥壓機系統循環負荷視配套磨機能力控制在100%～300%，過高或過低均易增加系統能耗。

3 輥壓機能量的有效精準利用

輥壓機系統主要包括輥壓機、循環風機、換風風機、選粉機等設備，風機和選粉機動力消耗受風量、風阻、溫度及料氣比等影響，系統熱量平衡主要受料量、風量及溫度影響，輥壓機的做功主要用于顆粒破碎及摩擦生熱，破碎做功是有效做功。

表1 不同進料口尺寸運行參數對比

（1）能量的有效利用。熱量消耗、噪聲或循環運輸均為能量的無效使用，提升機、風機等設備單位消耗能量變化量較小，不作計算。反復對比參數發現，大循環操作時，入磨料溫溫升近10℃，循環氣體溫升5℃，由此推斷，輥壓機做功存在浪費的情況，部分做功用在了物料內部摩擦生熱。通過比熱容公式（3）可測算物料及外排風溫升帶來的能量消耗。

物料溫升能量單位消耗Q1：

式中：

C——水泥的比熱容是0.84×103J/（kg·℃），系統混合細料參照水泥比熱容計算；焦耳（J）轉換千瓦時（kW·h）的系數2.78×10-7

M——材料重量，kg

△t——溫升，以1℃計

當系統產量為150t/h時，在3×105m3/h風量循環操作中，有1×105m3/h風量不斷進行著冷風吸入、熱風外排操作，能量消耗測算同上。為簡化計算，忽略空氣水分、壓力、溫度等影響，空氣以密度1.293kg/m3、比熱容1.0×103J/（kg·℃）計算。

外排風溫升能量單位消耗Q2：

由此測算，物料及氣體溫度升高時能量消耗較大。再加上提升運輸等造成的能量浪費、高溫靜電等負面的影響以及因進料口截面加大導致的循環負荷提高等原因，雖然輥壓機做功增加，但系統不一定節能。另外，輥壓機對粗顆粒的破碎能力強，對細粉的處理能力偏弱，大量細粉進入擠壓輥導致輥壓機擠壓效果大幅下降。只有當進入擠壓輥的顆粒級配合理，形成密實穩定的料床，實現“料擠料”和“高壓小循環”，能夠將物料一次擠壓成合格細粉，能量利用率才能最優。

（2）能量的精準利用。每調整一次輥壓機參數，水泥顆粒級配及理化性能都會有變化，但常規篩析檢測難以發現。若將物料顆粒粒徑從80μm磨成60μm，或將物料顆粒粒徑從40μm磨成30μm，常規45μm篩篩析分析檢測不到變化；若將物料顆粒粒徑從50μm磨成40μm，則45μm篩篩析分析檢測調整效果立見。因此，能量最好精準利用在將熟料顆粒磨到3～32μm內，反復調整后，找到最佳運行參數。

4 循環負荷精準控制

低壓大循環時，物料間的摩擦增多，部分做功用于產生細粉，是有效做功，而部分摩擦生熱則是能量消耗。細粉量增加，帶來產量增加，電耗下降，不能抵消摩擦生熱的能量浪費時，系統運行便不再經濟。精準調節輥壓機系統循環負荷非常必要。

通過調節風量或選粉機轉速，可以實現精準控制，但若不調節輥壓機進料口尺寸、選粉系統料氣比波動，輥壓機將不能穩定生產。如大進料口時用小風，細粉則不能及時外排，將會帶來塌倉等異常情況；如小進料口時用大風，則會導致細粉過少，料床不密實，輥壓機產生波動或能耗上升。運行過程中宜根據進料口尺寸、輥壓等配合倉位的調節，精準控制輥壓機喂料量。

現行進料裝置大多未解決流量調節板下端與圓弧輥面周向泄壓漏料的問題，輥端面與側擋板間物料側漏也未處理好，過多的漏料溢料使精準調節困難。較為常見的是某杠桿式進料裝置的調節板繞軸擺動，無法控制調節板下端與圓弧形輥面間隙，二者間隙＞150mm時，側擋板與輥端間隙較大，造成輥壓機系統循環量增大，選粉機負荷增大，大量未選出的細粉進入循環，增加了后續輸送和選粉設備的工作負荷。尤其是，杠桿進料裝置的調節板通過托料方式調節物料流量，造成輥面上部與翻板下部的滑移喂料區物料不密實，物料不受限，被擠壓后易上溢，造成料壓損失。

新型輥壓機雙曲線進料裝置調節板受設定曲線限制，具備傳統直線拔插型及旋轉擺動型進料裝置的優點，調節板使用曲線滑槽機構，側擋板使用楔塊機構，在上、下轉軸及滑軌的限位下，通過蝸輪螺桿升降機推拉；調節板下端沿輥面圓弧作曲線移動，輥壓機進料溜管下料截面面積隨之改變，同時保持調節板下端與圓弧輥面間隙恒定在5～15mm；在側擋板內側增設人字形耐磨件嵌入輥面30～50mm，形成凹凸密封，上部絲桿通過一組楔塊擠壓調節，確保側擋板貼緊輥端面；輥壓機進料口軸向、周向四周無泄壓漏料，完善了輥壓機喂料機構，實現了系統循環負荷精準控制[2]。

5 結語

輥壓機精準做功是粉磨系統節能的核心，雙曲線進料裝置可對輥壓機系統循環的負荷進行精準控制，可在高產低耗間尋求最佳平衡或按需切換。視配套磨機能力，循環負荷控制在120%～240%較經濟，過高或過低的循環負荷易增加系統能耗。