水泥半終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)工藝優(yōu)化改造

柳學(xué)忠，周衛(wèi)兵，徐保國，朱教群，許元正

1 前言

我公司有兩套水泥熟料半終粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)，每套半終粉磨系統(tǒng)由1 臺CLF150×100 輥壓機(jī)、1 臺?4.2m×13m球磨機(jī)、V型選粉機(jī)、動態(tài)選粉機(jī)組成，生產(chǎn)能力190t/h。半終粉磨系統(tǒng)入料配比為熟料90%、脫硫石膏5%、石灰石5%，助磨劑從配料主皮帶和球磨機(jī)磨頭摻入。輥壓機(jī)粉磨成品顆粒45μm篩篩余3%，比表面積380m2/kg；球磨機(jī)入磨物料顆粒45μm 篩篩余55%，成品顆粒45μm 篩篩余4%，比表面積340m2/kg。半終粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 半終粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

半終粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)投入使用時間較早，選型偏小，與球磨機(jī)不匹配；球磨機(jī)存在過粉磨現(xiàn)象，＜3μm顆粒含量過高，水泥與減水劑適應(yīng)性不理想；單套半終粉磨系統(tǒng)工序電耗高達(dá)29.4kW·h/t。為降低電耗、提高產(chǎn)量、優(yōu)化水泥品質(zhì)，公司于2021年9月對2套半終粉磨系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能提產(chǎn)改造。

2 輥壓機(jī)系統(tǒng)改造優(yōu)化

2.1 提高輥壓機(jī)能效利用率

輥壓機(jī)主要用于對物料進(jìn)行擠壓破碎，在粉磨系統(tǒng)中，輥壓機(jī)的能效利用率遠(yuǎn)高于球磨機(jī)，若要降低粉磨系統(tǒng)電耗、提高系統(tǒng)產(chǎn)量，必須實(shí)現(xiàn)“多破少磨”[1-2]。公司CLF150×100 輥壓機(jī)和?4.2m×13m球磨機(jī)的主機(jī)配置裝機(jī)功率比為0.4∶1，輥壓機(jī)能力偏小且輥縫偏差大，電流波動大，運(yùn)行不穩(wěn)定。為提高輥壓機(jī)能效利用率，進(jìn)行如下改造：

2.1.1 實(shí)施“二拖一”改造優(yōu)化

對2臺CLF150×100輥壓機(jī)成品、半成品輸送斜槽進(jìn)行改造，將2臺輥壓機(jī)并聯(lián)，與1號?4.2m×13m球磨機(jī)組成新的“二拖一”半終粉磨系統(tǒng)，增加物料預(yù)粉磨能力。“二拖一”水泥半終粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖1。同時，為提高輥壓機(jī)裝機(jī)功率，進(jìn)一步降低能耗，將單臺輥壓機(jī)電機(jī)功率從710kW增加至900kW，電機(jī)更換為永磁電機(jī)，增加輥壓機(jī)系統(tǒng)總裝機(jī)功率。改造后，輥壓機(jī)總裝機(jī)功率為3 600kW（4×900kW），輥壓機(jī)和球磨機(jī)總裝機(jī)功率比為1.01∶1，新系統(tǒng)產(chǎn)量提高約135t/h，系統(tǒng)總負(fù)荷增加約1 500kW（見表2），粉磨工序電耗＜22kW·h/t。

表2 改造前后1號粉磨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷及能耗

2.1.2 新增一套大型輥壓機(jī)系統(tǒng)

新增一套大型輥壓機(jī)系統(tǒng)，新系統(tǒng)配備1 臺TRP180×160輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)、TSS-5000雙驅(qū)精密選粉機(jī)及其他附屬設(shè)備，與2號?4.2m×13m球磨機(jī)組成新半終粉磨系統(tǒng)。新增輥壓機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表3。新增輥壓機(jī)原設(shè)計(jì)裝機(jī)功率為2×1 600kW，為最大限度發(fā)揮輥壓機(jī)能效，提高輥壓機(jī)產(chǎn)量，降低系統(tǒng)電耗，根據(jù)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，我公司將輥壓機(jī)裝機(jī)功率提升至3 600kW（2×1 800kW）。改造后，輥壓機(jī)和球磨機(jī)的裝機(jī)功率比仍為1.01∶1，經(jīng)試車運(yùn)行調(diào)整，輥壓機(jī)運(yùn)行電流可控制在80%左右，粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量340～350t/h，工序電耗＜23kW·h/t。改造前后2 號粉磨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷及能耗見表4。

表3 新增輥壓機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

表4 改造前后2號粉磨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷及能耗

2.2 改善輥壓機(jī)左右側(cè)運(yùn)行壓力偏差

輥壓機(jī)運(yùn)行時，左右側(cè)壓力偏差較大，系統(tǒng)頻繁自動糾偏，導(dǎo)致輥壓機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。檢查發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)流倉物料存在離析情況，為此，在V 型選粉機(jī)入口增加多通道布料裝置，強(qiáng)制分散物料；將動態(tài)選粉機(jī)粗粉下料管從穩(wěn)流倉頂部改至V型選粉機(jī)下料溜管處，使動態(tài)選粉機(jī)和V型選粉機(jī)的回料在進(jìn)入穩(wěn)流倉前匯合；在回料下料溜管安裝導(dǎo)向板，按不同粒度充分均布物料（見圖2）。另一方面，在穩(wěn)流倉進(jìn)口處加裝自行設(shè)計(jì)的均料盤，物料通過均料盤向四周拋撒，再經(jīng)四周向中間運(yùn)動，起到均化倉內(nèi)物料的作用（見圖3）。改造后，穩(wěn)流倉物料離析情況和輥壓機(jī)左右側(cè)壓力偏差問題得到較好改善。

圖2 下料溜管布局及導(dǎo)向裝置

圖3 均料盤裝置

2.3 增強(qiáng)輥壓機(jī)物料破碎能力

為進(jìn)一步提高輥壓機(jī)運(yùn)行效率，評估后將輥壓機(jī)壓力高限保護(hù)值由9.0MPa調(diào)整至12.0MPa，加大輥壓機(jī)工作壓力，增強(qiáng)輥壓機(jī)物料破碎能力，以實(shí)現(xiàn)“高輥壓小循環(huán)”[4]生產(chǎn)。輥壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，細(xì)粉量增加，成品比表面積由380m2/kg 提升至410m2/kg，改造前后輥壓機(jī)成品粒度對比見圖4。

圖4 改造前后輥壓機(jī)成品粒度對比

3 球磨機(jī)系統(tǒng)改造優(yōu)化

對輥壓機(jī)進(jìn)行“二拖一”改造及新增一套輥壓機(jī)系統(tǒng)后，入球磨機(jī)物料量大幅增加，對球磨機(jī)物料通過量和研磨效率的要求也越來越高。為使球磨機(jī)產(chǎn)量滿足新系統(tǒng)的生產(chǎn)要求，公司針對球磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。

球磨機(jī)原磨內(nèi)粉磨倉為二倉結(jié)構(gòu)，一倉有效長度3.0m、二倉有效長度9.5m；一倉鋼球平均球徑28.1mm、裝載量65t；二倉鋼球平均球徑11.2mm、裝載量175t；球磨機(jī)粉磨倉采用雙層隔倉板，隔倉板篦縫為6mm，中間篩板縫為4mm、出料篦板篦縫為2.5mm。球磨機(jī)磨內(nèi)阻力較大，通風(fēng)不佳，合格成品不能及時出磨，易產(chǎn)生過粉磨和篦板堵料現(xiàn)象，影響磨機(jī)研磨效率。為解決上述問題，需減少磨內(nèi)阻力，增加磨內(nèi)通風(fēng)，增加隔倉板、篦板過料能力。優(yōu)化改造如下：

3.1 二倉改三倉，采用陶瓷球研磨體

將磨內(nèi)粉磨倉由二倉改為三倉，改造后，一倉有效長度2.75m、二倉有效長度2.50m、三倉有效長度7.25m。輥壓機(jī)改造后，入球磨機(jī)物料細(xì)度降低，一倉不再需要太大的破碎能力，可相應(yīng)減少一倉長度；二倉作為過渡倉，起到部分破碎和研磨作用；三倉為細(xì)磨倉，是三個倉中最長的一個倉，其研磨體種類、級配和裝載量對球磨機(jī)研磨效率和負(fù)荷有著重要影響。

資料顯示，在水泥磨粉磨中應(yīng)用耐磨陶瓷球取代鋼球，可大幅降低球磨機(jī)電耗，延長設(shè)備使用壽命，降低噪音[4-6]。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用陶瓷球替代鋼球，可以降低球磨機(jī)功率，但對產(chǎn)量影響較大。經(jīng)多次調(diào)整對比，公司決定采用陶瓷球作為三倉的研磨體，并將三倉研磨體填充率由32%增加至42%。改造后，磨機(jī)裝球量由240t降至188t。改造后的磨內(nèi)分倉情況見表5，各倉研磨體級配見表6。

3.2 更換防堵型隔倉板、出料篦板，優(yōu)化活化環(huán)

更換新型防堵隔倉板，改變傳統(tǒng)隔倉板溢流過料形式，每一塊隔倉板前后端均設(shè)置強(qiáng)制帶料抗磨筋條，便于物料通過隔倉板篦縫和隔倉中心時不受料位和研磨體填充率限制，增加磨內(nèi)通風(fēng)和合格物料的通過能力。隔倉板改造前后對比見圖5。

圖5 隔倉板改造前后對比

更換新型防堵出料篦板，篦板與篦板間采用檐口設(shè)計(jì)制作，篦縫采用多級和防堵塞相結(jié)合的形式布置，中心風(fēng)大小可調(diào)節(jié)，耐磨篩板、鑄造框架、連接壓板采用螺栓連接替代焊接連接，避免了篩板因長久受研磨體沖擊和軸向推力，出現(xiàn)變形、開焊、漏球等情況。出料篦板改造前后對比見圖6。

圖6 出料篦板改造前后對比

為降低物料三倉流速，對活化環(huán)進(jìn)行改造。封閉一半或全部活化環(huán)空腔，將活化環(huán)的高度由1.2m增加到1.65m，延長物料在磨內(nèi)的停留時間，進(jìn)一步提高三倉陶瓷球的研磨效率。改造后，出磨45μm篩篩余由30.2%下降25.1%，出磨成品量增加。

改造后，球磨機(jī)運(yùn)行正常，磨內(nèi)通風(fēng)良好，磨機(jī)壓差降至＜1 000Pa，同時，提高了磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷和選粉機(jī)選粉效率，進(jìn)一步降低了球磨機(jī)運(yùn)行功率。球磨機(jī)改造效果見表2 及表4。由表2、表4 可知，改造后，1 號粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)與球磨機(jī)負(fù)荷比由0.38∶1 提高至1.16∶1，2 號粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)與球磨機(jī)負(fù)荷比由0.37∶1 提高至1.21∶1，充分體現(xiàn)了“多破少磨”效果。

4 改造效果

4.1 產(chǎn)品性能提高

改造前后輥壓機(jī)成品粒徑分布、熟料粉成品粒徑分布及熟料粉成品性能分析見表7、表8、表9。對改造前后熟料粉成品粒徑分布對比可知，＜3μm顆粒含量下降，特別是＜1μm顆粒含量下降，熟料粉3～32μm 顆粒含量上升，有效改善了磨機(jī)過粉磨現(xiàn)象。改造后，水泥需水量下降，與減水劑適應(yīng)性得到改善，熟料粉3d強(qiáng)度下降，28d強(qiáng)度有所上升。

表7 輥壓機(jī)成品粒徑分布

表8 熟料粉粒徑分布

表9 熟粉料成品性能分析

4.2 社會效益和經(jīng)濟(jì)效益提高

改造后，1、2 號水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量由190t/h 分別提升至325t/h、335t/h，系統(tǒng)產(chǎn)量分別提升135t/h、145t/h，產(chǎn)量平均提高75%；改造后，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行調(diào)整，1、2號水泥粉磨系統(tǒng)工序電耗穩(wěn)定在22kW·h/t 左右，較改造前平均下降7.4kW·h/t。以年產(chǎn)300 萬噸水泥熟料為例計(jì)算，可節(jié)約用電22.2×106kW·h，電價按0.6 元/kW·h 計(jì)，年可節(jié)約電費(fèi)1 332 萬元，碳排放按0.785kg-CO2/kW·h 計(jì)算，年減少碳排放量約17 427t。

5 結(jié)語

通過使用2 臺原有輥壓機(jī)，搭配1 臺原有球磨機(jī)的“二拖一”方案，另新增一套大型輥壓機(jī)系統(tǒng)，將球磨機(jī)二倉改三倉，優(yōu)化球磨機(jī)隔倉板、出磨篦板、活化環(huán)并應(yīng)用陶瓷球、永磁電機(jī)等，降低了粉磨系統(tǒng)電耗，提高了輥壓機(jī)與球磨機(jī)功率比，大幅提升了系統(tǒng)產(chǎn)量，滿足了節(jié)能降耗提產(chǎn)要求。本次改造過程中充分利舊，進(jìn)一步節(jié)約了改造成本，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。