大型輥壓機(jī)、K型選粉機(jī)在水泥粉磨工藝大型化中的設(shè)計(jì)應(yīng)用
球磨機(jī)憑借其適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行率高，粉碎比大，密封性好等優(yōu)點(diǎn)，在水泥行業(yè)得到普遍采用已有100多年的歷史。但球磨機(jī)在干法粉磨時(shí)電能有效利用率僅為1%～3%，大于90%以上的能量是通過熱能、聲能和機(jī)械磨蝕等形式消耗。如何提高水泥粉磨的能量利用率一直是很多水泥技術(shù)人員努力在做的工作。山東山水集團(tuán)作為建廠較早的新型干法水泥企業(yè)，自1994年以來(lái)大膽采用新設(shè)備、新工藝，進(jìn)行了積極探索。經(jīng)過多年研究、生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)合水泥質(zhì)量的要求，我們逐漸建立了輥壓聯(lián)合粉磨主導(dǎo)工藝方案，并在山水集團(tuán)新建水泥粉磨站上全面采用。2004年在建設(shè)日照山水水泥項(xiàng)目時(shí)，我們與有關(guān)設(shè)備廠家共同在該系統(tǒng)水泥粉磨工藝大型化上進(jìn)行了實(shí)踐。
1 項(xiàng)目實(shí)施的背景
山水集團(tuán)在“十五”期間，在在加快國(guó)內(nèi)規(guī)模建設(shè)的同時(shí)積極開拓國(guó)際市場(chǎng)，確定在日照港內(nèi)建設(shè)大型水泥粉磨站，全部銷往海外。由于港內(nèi)寸土寸金，以及面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)，設(shè)計(jì)要求滿足以下條件。
i規(guī)模：P.I52.5R型水泥200萬(wàn)t/a
ii占地：小于50畝
iii磨機(jī)：2臺(tái)φ3.8m×12m球磨(已定貨)
要達(dá)到以上設(shè)計(jì)要求,很顯然必須走設(shè)備大型化的途徑,努力提高既定球磨機(jī)的能力,同時(shí)采用高效率、結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)備，以盡量減少占地。
2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案
（1）工藝流程
配料皮帶來(lái)料和經(jīng)過輥壓機(jī)的物料共同有提升機(jī)喂入V型粉機(jī)，由V型選粉機(jī)進(jìn)行粗細(xì)粉的初步分離，粗粉回輥壓機(jī)再進(jìn)行輥壓，細(xì)粉有高濃度收塵器收集下來(lái)，喂入水泥磨（φ3.8m×12m）進(jìn)行研磨。由于該公司建在日照港內(nèi)，為節(jié)約土地，前期設(shè)計(jì)為開路磨。（見圖1）。
生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)水泥假凝指標(biāo)較低（水泥假凝以針入度來(lái)表示，可以簡(jiǎn)單的理解為試針垂直貫入水泥試體的百分?jǐn)?shù)。中國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此指標(biāo)不做規(guī)定，美國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不得小于50），不能穩(wěn)定達(dá)到外商的要求，經(jīng)多次試驗(yàn)研究分析，這與開路磨水泥顆粒級(jí)配有關(guān)。為提高水泥假凝指標(biāo)，必須改為閉路工藝。但改為閉路工藝，需滿足兩個(gè)方面要求，一是選粉機(jī)選粉效率必須要高，二是由于地面已無(wú)空間，必須在原有廠房?jī)?nèi)進(jìn)行布置。根據(jù)這兩個(gè)條件，我們與科行公司共同為本項(xiàng)目開發(fā)了KXW3000新型高效選粉機(jī)。出水泥磨物料由KXW3000新型高效選粉機(jī)直接選出成品，粗粉回水泥磨再進(jìn)行研磨（見圖2）。
同樣，為節(jié)約用地、簡(jiǎn)化工藝流程，我們將出V型選粉機(jī)的高濃度氣流的物料回收與出磨廢氣的收塵器合二為一，共用一臺(tái)風(fēng)機(jī)，一臺(tái)設(shè)備，一側(cè)為高濃度收塵器，用于回收出V型選粉機(jī)的入磨物料，一側(cè)為低濃度收塵器，用于凈化出磨廢氣。
圖1 開路磨工藝流程圖
圖2 改造后閉路磨流程圖
?。?）主機(jī)設(shè)備（見表1）
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名稱 |
型號(hào) 規(guī)格 |
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水泥磨 |
規(guī)格：φ3.8m×12m 電機(jī)功率2500 轉(zhuǎn)動(dòng)方式：中心轉(zhuǎn)動(dòng) |
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輥壓機(jī) |
型號(hào)：CLF170-100 |
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V型選粉機(jī) |
型號(hào)：VXR3500 |
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K型選粉機(jī) |
型號(hào):KXW3000 水泥產(chǎn)量:110~180 t/h |
3 項(xiàng)目實(shí)施的幾點(diǎn)創(chuàng)新
?。?）工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)大型化
i國(guó)內(nèi)首次使用CLF170×100大型輥壓機(jī),物料處理能力:620t/h(當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)最大規(guī)格的輥壓機(jī))。
ii國(guó)內(nèi)首次使用VXR3500型帶轉(zhuǎn)子V型選粉機(jī)，處理能力160t/h。
iii國(guó)內(nèi)首次使用KXW3000新型高效選粉機(jī)，物料處理能力：550t/h。
水泥臺(tái)時(shí)產(chǎn)量：110～180 t/h
我們根據(jù)輥壓機(jī)系統(tǒng)裝機(jī)功率與磨機(jī)系統(tǒng)裝機(jī)功率1:1配置，節(jié)能效果最好的原則，在國(guó)內(nèi)首次使用了CLF170×100大型輥壓機(jī)和VXR3500帶轉(zhuǎn)子的大型V型選粉機(jī)，充分發(fā)揮大型輥壓機(jī)的預(yù)破碎功能，有效控制入磨物料細(xì)度（入磨物料細(xì)度：80μ篩余<20%，比表面積：220m2/h左右），最大限度的降低水泥電耗。
?。?）工藝更簡(jiǎn)潔緊湊可靠
i日照項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前，山東山水集團(tuán)采用的輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨工藝中，V型選粉機(jī)選出的細(xì)粉是用旋風(fēng)筒收集入磨的（見圖3）。旋風(fēng)筒收塵效率即使達(dá)到90%，排出風(fēng)中仍含有濃度高達(dá)80～100g/m3的粉塵在循環(huán)風(fēng)機(jī)中循環(huán)，葉輪壽命多在半年之內(nèi)。這樣就降低了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，增加維修費(fèi)用，也存在葉輪磨損而帶來(lái)的設(shè)備及人身傷害隱患，給工廠帶來(lái)?yè)p失。為改進(jìn)該工藝，本項(xiàng)目采用高濃度袋收塵收集V型選粉機(jī)選出的細(xì)粉，在解決磨損帶來(lái)的隱患的同時(shí)，也簡(jiǎn)化了工藝。
ii為不增加占地，本項(xiàng)目采用K型選粉機(jī)。K型選粉機(jī)又稱K型內(nèi)循環(huán)選粉機(jī)，是結(jié)合轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)和O-Sepa選粉機(jī)的特點(diǎn)研制的新一代選粉機(jī)。綜合運(yùn)用了懸浮分散技術(shù)、平面渦流分級(jí)技術(shù)、內(nèi)循環(huán)收集技術(shù)、凈氣降溫二次分選技術(shù)，與O-Sepa相比具有單機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便，選粉效率高，細(xì)度和比表面積調(diào)節(jié)控制簡(jiǎn)單，投資較省，綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)。我們根據(jù)K型選粉機(jī)的特點(diǎn)，改進(jìn)其懸浮分散技術(shù)、凈氣降溫二次分選技術(shù)及內(nèi)循環(huán)收集技術(shù)，將其選粉效率提高到70%～80%（45μm），使系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量得到明顯提高。
圖3
iii為簡(jiǎn)化工藝環(huán)節(jié)，我們將出V型選粉機(jī)的高濃度含塵（細(xì)粉）氣流的細(xì)粉回收與出磨廢氣的收塵器合二為一，共用一臺(tái)風(fēng)機(jī)、一臺(tái)設(shè)備，簡(jiǎn)化了工藝，減少了設(shè)備故障點(diǎn)，工藝系統(tǒng)的阻力降低，降低了生產(chǎn)電耗。創(chuàng)出了一臺(tái)收塵設(shè)備多點(diǎn)收塵、同時(shí)處理不同濃度含塵氣體的新思路。
4 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的技術(shù)依據(jù)
(1)工藝系統(tǒng)的確定
表2 各種水泥粉磨系統(tǒng)之比較
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粉碎系統(tǒng) |
輥壓機(jī)終粉磨 |
輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨 |
立磨 |
筒滾磨 |
球磨 |
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粉碎機(jī)理 |
封閉空間內(nèi)高壓一次料層間擠壓粉碎 |
非密封空間內(nèi)中壓多次料間擠壓粉碎 |
開放空間內(nèi)多 次沖擊與研磨 | ||
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可靠性耐用性 大型化難度 單機(jī)最大產(chǎn)量（t/h） 相對(duì)粉磨效率（%） 系統(tǒng)電耗（kwh/t） |
中等 |
良 |
中等 |
良 |
優(yōu) |
由表2可以看到，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)是最先進(jìn)的輥壓機(jī)粉磨工藝，它充分發(fā)揮了輥壓機(jī)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。但實(shí)踐證明，該系統(tǒng)包括立磨系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥粒度范圍分布狹窄，水泥需水量較大，如保持稠度相同時(shí)，混凝土強(qiáng)度要降低，。另外，該系統(tǒng)大型化難度較大。筒輥磨系統(tǒng)設(shè)備投資巨大。綜合以上比較，加上以往的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，我們?nèi)圆捎幂亯簷C(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。
(2)當(dāng)球磨機(jī)規(guī)格確定后，入磨物料粒度、易磨性、產(chǎn)品細(xì)度對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量起主要作用。
i入磨物料粒度對(duì)磨機(jī)產(chǎn)能的影響
磨機(jī)的相對(duì)生產(chǎn)率Kd與入磨粒度d及其產(chǎn)量G的關(guān)系見公式（1）。
Kd=G2/G1=（d1/d2）x (1)
式中,x是與物料性質(zhì)、粉磨細(xì)度等生產(chǎn)條件有關(guān)的指數(shù)，一般在0.10～0.35之間，產(chǎn)品比表面積要求越高，x值越小。因此，要在既定磨機(jī)的條件下達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，必須盡可能的降低入磨粒度。在日照粉磨站之前，我們已成功設(shè)計(jì)了六條輥壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，φ3.8m×12m球磨生產(chǎn)PO42.5R水泥臺(tái)時(shí)均可達(dá)到110t/h以上。由于出口水泥要求比表更高（>360m2/kg），因此需加大輥壓機(jī)規(guī)格，以進(jìn)一步降低入磨粒度。
ii改善入磨物料易磨性。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)表明：加輥壓機(jī)入磨物料易磨性改善達(dá)25%～33%。
(3)輥壓機(jī)規(guī)格的確定依據(jù)
由于輥壓機(jī)的電能有效利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于球磨機(jī)，達(dá)到了20%～30%。因此，在輥壓聯(lián)合水泥粉磨系統(tǒng)中，增產(chǎn)降耗須加大輥壓機(jī)的做功。
根據(jù)有關(guān)資料，帶輥壓機(jī)的磨機(jī)節(jié)電增產(chǎn)情況見圖4、圖5，圖4表明，G輥/g=3.5時(shí)，磨機(jī)電耗≈輥壓機(jī)電耗，輥壓機(jī)和磨機(jī)都發(fā)揮各自較好的作用；圖5表明G輥/g=3.5，N輥/（N輥+N輥）×100%=50%，即N輥=N磨時(shí)，帶輥壓機(jī)的磨機(jī)節(jié)電率及增產(chǎn)率達(dá)到最佳狀態(tài)。
圖4
圖5 磨機(jī)加輥壓機(jī)后增產(chǎn)與節(jié)電
注：G輥-輥壓機(jī)物料通過量；g-球磨機(jī)產(chǎn)量；N輥-輥壓機(jī)電機(jī)有效功率；N磨-磨機(jī)電機(jī)有效功率
(4)輥壓機(jī)配套的分級(jí)設(shè)備選型依據(jù)
輥壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中,輥壓機(jī)配套的分級(jí)設(shè)備主要有打散分級(jí)機(jī)和V型選粉機(jī)。兩種分級(jí)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：V型選粉機(jī)靠重力自由落體和風(fēng)力提升進(jìn)行打散分級(jí)，分級(jí)精度較高，適合分選0.5mm以下的物料；打散分級(jí)機(jī)是通過機(jī)械與風(fēng)力進(jìn)行打散分級(jí)，分級(jí)精度較低，分選粒徑可達(dá)3.0mm。由此可見，V型選粉機(jī)可以更有效的控制并降低入磨物料粒度。根據(jù)公式（1）我們知道采用V型選粉機(jī)可以更有效的提高球磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。
V型選粉機(jī)分為不帶轉(zhuǎn)子的VX系列和帶轉(zhuǎn)子的VXR系列。VX系列選粉機(jī)帶料比表面積為175m2/kg左右，VXR系列選粉機(jī)可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速使其帶料比表面積在150～350m2/kg范圍內(nèi)可調(diào)。為有效的控制入磨粒度，我們采用VXR系列。
5 效果及應(yīng)用情況
該項(xiàng)目自投產(chǎn)以來(lái)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)備月運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)96%以上。
i入磨物料細(xì)度：80μm篩余<20%；比表面積：220m2/kg左右；
ii P.I52.5R型水泥臺(tái)時(shí)產(chǎn)量130t/h;
iii水泥質(zhì)量指標(biāo):比表面積>360m2/kg,45μm篩篩余<2%,假凝指標(biāo)>85%,徹底解決了水泥的假凝問題.國(guó)外有的水泥商對(duì)我們水泥的1d強(qiáng)度要求>13.1MpPa，我們的1d強(qiáng)度卻達(dá)到了17.8MPa，我們的1d強(qiáng)度要求卻達(dá)到了17.8Mpa以上,滿足了國(guó)外客戶的要求。目前日照港粉磨站生產(chǎn)的水泥100%散裝出口。
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