高效綠色節能型“雙風機”粉磨系統

胡澤武，楊萍，侯興遠

1 前言

當前，國內外高爐礦渣微粉生產線普遍采用以輥磨為核心粉磨設備的工藝技術路線，部分生產線采用輥磨粉磨水泥熟料的工藝技術路線。傳統粉磨工藝系統布置簡單，也稱為“單風機”粉磨系統，其工藝流程如圖1 所示?！皢物L機”粉磨系統（下文簡稱為“單風機”系統）由輥磨、袋收塵器、循環風機、熱風爐及相關輔機等設備組成。其中，輥磨承擔粉磨、選粉、磨內烘干等功能，袋收塵器承擔產品收集與氣體凈化功能，循環風機承擔物料輸送和氣體循環功能，外置熱風爐用于提供烘干熱風，以滿足成品水分要求。在目前水泥生產提產節能、超低排放等綠色生產要求新形勢下，“單風機”粉磨系統的技術缺陷和不足逐漸顯現。

圖1 “單風機”粉磨系統工藝流程簡圖

鑒于對最終產品的性能或標準要求（如礦渣微粉比表面積＞400~500m2/kg、水泥細度控制R45μm＜5%，水分＜0.5%），相對于粉磨其他物料，粉磨礦渣微粉在研磨及選粉效率、微粉收集效率、烘干能力、電耗熱耗以及粉塵排放和有害氣體排放等方面均對粉磨工藝系統提出了更高的要求。但現有的“單風機”系統在上述方面均存在不足和缺陷，在粉塵排放、有害氣體排放及能耗方面尤為突出，需要一個創新的技術方案解決此問題。

2 “雙風機”系統粉磨工藝

我公司創新研發了一種全新的粉磨礦渣、鋼尾渣和水泥熟料或等同物料細度、比表面積產品的粉磨系統——高效綠色節能型“雙風機”粉磨系統（下文簡稱為“雙風機”系統），其工藝流程如圖2所示。

圖2 “雙風機”粉磨系統工藝流程簡圖

在“雙風機”系統中，原料由喂料裝置喂入輥磨，經過研磨和選粉，合格的產品由Hurriclon 高效旋風筒收集。經過旋風筒收集產品后的氣體在循環風機出口分成兩路：一路部分需要外排的氣體，如水蒸氣、燃燒煙氣等，進入袋收塵器凈化后，通過外排煙囪排出到環境大氣中；另一路部分循環氣體經過串聯布置（亦稱“在線布置”），與系統中烘干原料用專有熱風爐的高溫煙氣混合后進入輥磨內。Hurriclon 高效旋風筒收集的成品和袋收塵器凈化氣體收集的微粉共同由輸送系統混合輸送至成品庫，研磨后不合格的物料外排出輥磨，由外循環輸送裝置再次送入磨內研磨。循環風機為系統提供適宜的風量和風壓，以實現不同工序階段的物料（如輥磨內以及輥磨至旋風收塵器間的物料）輸送和系統氣體循環。收塵器風機為袋收塵器提供適宜的風量和風壓，以凈化和對外排放進入袋收塵器的水蒸氣和燃燒煙氣。

“雙風機”系統有效實現了粉磨礦渣、鋼尾渣和水泥熟料或等同物料細度、比表面積產品的高效節能生產，同時，該系統具有在高細粉塵環境下或在對環境空氣有粉塵排放和有害氣體排放控制要求的條件下，進行綠色生產的諸多技術優勢。

3 “雙風機”系統優勢

3.1 技術優勢

3.1.1 袋收塵器

Hurriclon 高效旋風筒是“雙風機”系統的關鍵設備之一，其承擔了“單風機”粉磨系統中袋收塵器產品收集工作的95%，收塵效率＞95%。粉磨后的產品經其收集后，氣體粉塵濃度由原來的300~400g/m3降至20g/m3左右。

在“雙風機”系統中，袋收塵器的主要任務不再是產品收集，其功能僅為凈化處理系統工作過程中產生的氣體，即對設備漏風、烘干燃料燃燒所產生的煙氣以及物料烘干產生的水蒸氣進行凈化處理。“雙風機”系統中的袋收塵器規格僅為“單風機”系統袋收塵器的10%~25%，進入“雙風機”系統袋收塵器的粉塵濃度僅為20g/m3左右，出口工作壓強也由-7 000Pa 左右降至-1 000Pa 左右。在新的工藝條件下，傳統工藝中最易漏風的袋收塵器，在“雙風機”系統中漏風量幾乎為零，僅此一項，系統漏風量即可減少10%~15%。

低粉塵濃度氣體和極低工作負壓，是實現濾袋高除塵效率、長濾料壽命的必要條件，可確保袋收塵器粉塵超低排放濃度低至5mg/Nm3，濾袋使用壽命達三年以上。

常規配置的傳統“單風機”工藝系統，若要滿足粉塵超低排放濃度至5mg/Nm3的要求，則對袋收塵器濾袋的材質要求極高。普通濾袋將會在短時間內（如一年左右）被沖刷磨損等，難以滿足5mg/Nm3的粉塵超低排放要求，特別是靠近收塵器入口處的濾袋。“單風機”系統在運行過程中，袋收塵器的入口粉塵濃度達300~400g/m3，高粉塵濃度對濾袋的過濾精度和抗沖刷磨損能力都提出了更高的要求。為滿足粉塵的超低排放，需對“單風機”系統的袋收塵器進行特殊選型，如增加過濾面積、定制耐磨性更高的濾袋、使用更可靠的殼體密封材料等。但即便采取了以上措施，在實際生產運行時，也會由于不能及時對袋收塵器進行維護，導致排放濃度很難達到國家標準要求。

3.1.2 熱風爐

熱風爐是“雙風機”系統的又一核心設備。“雙風機”系統的專有熱風爐，采用系統循環風替代環境“冷空氣”混合降溫熱風爐爐膛高溫熱煙氣，在線使用的熱風爐可利用過程氣體將燃燒后的高溫煙氣（600℃~900℃）冷卻至入磨需要的合適溫度（如200℃~300℃）。同時，配有專有熱風爐的“雙風機”粉磨系統無需額外的脫硫系統。過程氣體所含粉塵的主要成分CaO 占比＞40%，含有CaO 成分的物料與粉磨過程中烘干蒸發所產生的含水分的氣體充分混合后，通過循環風機進入熱風爐，與固體物料中（如煤粉）釋放的硫化物（SOX）高溫氣體相混合，發生反應，起到了系統自脫硫的作用。此外，燃燒過程氣體的循環使用，使其含氧量很低，當其進入熱風爐內冷卻高溫煙氣時，基本不具備產生氮氧化物（NOX）的條件，加之熱風爐的膛內溫度多控制在900℃以下，低氧、低溫環境可有效避免燃料高溫燃燒導致的NOX產生。

“雙風機”系統專有熱風爐采用過程用風冷卻高溫煙氣，與采用新鮮空氣冷卻高溫煙氣的常規熱風爐相比，可大量減少空氣用量，減少約50%的最終外排大氣廢氣量。

采用“雙風機”系統粉磨高爐礦渣，與采用傳統“單風機”系統相比，廢氣、粉塵、SOX、NOX的排放均大幅減少。

年產200萬噸礦渣微粉的“單風機”、“雙風機”粉磨系統外排氣體比較如表1 所示。由表1 可知，“雙風機”系統與“單風機”系統相比，廢氣排放量減少19%，粉塵排放量減少60%，SOX痕跡排放、NOX痕跡排放（“痕跡排放”，即，實際排放濃度遠低于毫克級別或超出常規檢測設備靈敏度低限值）。

表1 年產200萬噸礦渣微粉粉磨系統外排氣體比較*

3.2 節能優勢

3.2.1 熱風爐

“雙風機”系統的專有熱風爐，采用系統循環風替代環境“冷空氣”混合降溫熱風爐爐膛高溫熱煙氣，可充分回收熱量，大大降低了熱風爐燃料消耗。專有熱風爐與使用煤粉燃料或燃油及氣體燃料常規熱風爐相比，可節約15%以上燃料，與落后需淘汰的燃煤沸騰爐相比，可節約至少30%燃料，節能優勢非常顯著。

“單風機”系統中的常規熱風爐，需要利用額外的環境“冷空氣”，才能將熱風爐內600℃~1 000℃的高溫煙氣冷卻到350℃~400℃以下，再與系統循環風混合進入磨機內烘干物料，這一過程未能高效利用含有系統余熱的循環風，造成熱能的損失。

3.2.2 高效旋風筒

Hurriclon 高效旋風筒在“雙風機”系統上的成功應用，大大提高了成品的收集效率，降低了袋收塵器的過濾面積和工作壓強（收塵器入口壓強低至-150~-300Pa），大大降低了袋收塵器殼體、凈氣室、排灰口等處的漏風率，減少了風機的電耗，有利于操作系統的穩定和產量的提高。

3.2.3 輥磨風環

常規設計的輥磨結構，如果采用低通風量，會嚴重影響磨機運行，造成產量低、磨機振動大、物料外循環量大等問題。我公司研發的輥磨風環結構，很好地平衡了系統低通風量的不利影響和適量物料外循環的有利影響。專用風環在“雙風機”系統中的成功應用，顯著降低了磨內阻力和磨內通風量，有效降低了循環風機的入口壓強和處理風量，減少了風路系統的能耗。

使用上述設備，整個粉磨系統綜合電耗可降低8%~10%。

3.3 運行優勢

采用Hurriclon高效旋風筒后，袋收塵器入口氣體粉塵濃度降低了95%以上，大大降低了收塵器濾袋的磨損速率，濾袋使用壽命延長了兩倍以上。同時，“雙風機”系統袋收塵器規格尺寸僅為傳統型“單風機”系統的10%~25%，袋收塵器綜合運行維護費用大大降低。

“單風機”系統中的袋收塵器置于磨機之后，是產品的唯一收集設備，袋收塵器出口工作壓強一般為-7 000Pa，年產200 萬噸礦渣微粉生產線的處理風量通常在1 000 000m3/h 左右，袋收塵器體積巨大。袋收塵器僅出口排灰閥就達數十個，設備漏風量大，壓縮空氣使用量大，特別是經過幾年使用后，會出現出料閥鎖風失效、殼體開裂等高漏風故障。上述情況導致的袋收塵器漏風率高達15%以上，不僅增加了能耗，嚴重時還會引起磨機通風量不足，增加了循環風機電耗，影響系統產量和操作的穩定。另外，為滿足NOX排放和SOX超低排放的要求，“單風機”系統增加的脫硝、脫硫系統也會增加系統電耗。

3.4 投資優勢

“雙風機”系統布置緊湊，袋收塵器規格大幅縮小，整個粉磨系統的設備規格、占地面積及土建施工量均有明顯優勢，工程整體綜合造價可降低12%~15%，工程施工工期可同比縮短15%~20%。

以年產200 萬噸高爐礦渣微粉為例，“單風機”、“雙風機”系統的經濟技術比較如表2所示。

表2 年產200萬噸礦渣微粉粉磨系統的經濟技術比較*

4 “雙風機”系統應用

“雙風機”系統是在整合了專用輥磨、Hurriclon高效旋風筒、專有熱風爐等各單機技術優勢的基礎上，創新研發的一個全新理念的粉磨系統，是環保、節能新形勢下的一個可靠的工業應用解決方案，已在多家企業成功投產運行。

4.1 應用于粉磨水泥熟料

一般水泥生產企業均配置水泥熟料粉磨車間并生產不同標號的水泥，粉磨過程中需要的烘干熱源可以引自熟料燒成系統廢氣，以充分提高熱利用效率。受熟料配比、混合材成分、物料綜合水分、入磨物料溫度、出磨溫度、成品細度等因素影響，熟料粉磨系統對烘干的要求均有不同?！半p風機”系統應用于熟料粉磨，可以滿足不同的烘干要求，其粉磨工藝流程如圖3所示。

由圖3可見，熱風爐出口至磨機入口的風管引入了來自燒成系統的廢氣，并通過引風機控制引入的風量，引風機兩端另設閘閥控制管路的啟閉。該系統有以下設計優點：

圖3 “雙風機”熟料粉磨系統工藝流程簡圖

（1）來自燒成系統的廢氣烘干能力不足時，可開啟熱風爐補充熱量。

（2）系統中的熱風爐始終作為粉磨系統循環風的通道，系統循環風熱利用率在任何工況下都可以實現最大化；在不需要外部烘干時，入磨熟料溫度和粉磨功耗產生的熱量足以維持必需的出口溫度，熱風爐僅作為系統循環風的一個通道，不影響運行。

（3）水泥原料相對水分低，其綜合水分一般在1.5%~3%。根據熱平衡計算，循環風的最大綜合利用使經過袋收塵器的系統外排風量很小，僅為系統總通風量的5%~8%。雖然袋收塵器規格很小，卻能帶來非常顯著的綜合效益。

“雙風機”系統用于粉磨水泥熟料的主要參數數據見表3。

表3 “雙風機”系統用于粉磨水泥熟料的主要參數數據

4.2 應用于粉磨礦渣、鋼尾渣

鑒于礦渣高水分的特性，其原料水分可高達18%以上，粉磨系統需要有更強的烘干能力，“雙風機”系統應用于粉磨礦渣，其中的專有熱風爐表現出了顯著的烘干效果。

相對于粉磨水泥生料，粉磨水泥熟料、礦渣微粉或鋼尾渣微粉等成品細度更高、顆粒更小的物料，尤其是礦渣微粉顆粒，對以靠靜態離心力分離成品顆粒為主的旋風收塵器提出了更高的要求?！半p風機”系統使用Hurriclon 高效旋風筒，收塵效率高達95%以上，其表現出的綜合技術優勢，完全能夠滿足這一要求。

“雙風機”系統用于粉磨礦渣、鋼尾渣的主要參數數據見表4。

表4 “雙風機”系統應用于粉磨礦渣、鋼尾渣的主要參數數據

4.3 應用于舊生產線的改造

“雙風機”系統不僅可用于新項目，也可用于生產技術指標落后的老舊項目的改造。我公司應用“雙風機”系統，對一條已運行近二十年的山西某水泥廠LM56.2+2型礦渣粉磨生產線進行了技術改造，其改造前后的工藝流程如圖4、圖5所示。

圖4 改造前的系統工藝流程簡圖

應用“雙風機”系統理念，我公司在該系統輥磨后增加了一對Hurriclon高效旋風筒，將原循環風機移至旋風筒后的新循環風機位置點，袋收塵器體積減小至原規格的25%，同時，新增了一臺袋收塵器風機。考慮到業主希望分步實施改造以控制投資規模與回收期，我們在循環風機出口至磨機入口管道上預留了“雙風機”系統新熱風爐位置，為舊熱風爐拆除，更換安裝新熱風爐留下空間。

項目改造投產后，系統電耗下降17%以上，粉塵排放濃度＜1.0mg/Nm3?！半p風機”系統具有布置緊湊和系統用風循環利用等特點，在未實施“雙風機”系統新熱風爐改造前，系統熱耗已降低了8%以上，“雙風機”系統改造效果顯著。

5 結語

“雙風機”系統新技術不僅可用于新建項目上，也可用于老舊系統的項目改造，輥磨、Hurriclon 高效旋風筒、專有熱風爐及整個“雙風機”系統具有廣泛的適應性，已成功應用于多個項目，為各粉磨企業實現低碳排放、粉塵及有害氣體超低排放等提供了一個可靠的解決方案。