賈華平:對水泥生產(chǎn)粉磨工藝的技術(shù)展望
眾所周知,水泥行業(yè)是能耗大戶,能源消耗伴隨著水泥生產(chǎn)的全過程,粉磨工序是電老虎,水泥生產(chǎn)的電耗主要用在粉磨上。在激烈的市場競爭和緊迫的節(jié)能壓力下,節(jié)能措施不斷推陳出新。在生料立磨、水泥輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨等工藝技術(shù),已經(jīng)成熟并得到快速推廣的今天,是否還有效果顯著的節(jié)能工藝呢?本文就自己了解的一些片面情況,作一下技術(shù)展望。
一、關(guān)于生料制備
1. 關(guān)于生料的分別粉磨
分別粉磨這個(gè)概念起源于水泥粉磨系統(tǒng),國內(nèi)外在這方面已有諸多室內(nèi)試驗(yàn)和工業(yè)使用案例,主要是針對易磨性相差較大的不同組分采取的措施,目前在國內(nèi)外仍有使用的案例。而對于生料粉磨系統(tǒng),目前尚未見到這方面的報(bào)道。
實(shí)際上,就生料粉磨來講,在不少的廠家,同樣存在著易磨性相差較大的配料組分。比如硅質(zhì)原料,特別是采用硬質(zhì)砂巖配料的企業(yè),砂巖與石灰石等其他組分,其易磨性就相差很大。這一點(diǎn)在窯灰的成分上有很好的體現(xiàn),窯灰的KH明顯高于生料的,就說明砂巖與石灰石的易磨性相差很大。
當(dāng)砂巖與其他組分的易磨性相差較大時(shí),其生料中的組分細(xì)度就會有較大差別。生料就會在預(yù)熱器內(nèi)發(fā)生分選現(xiàn)象,導(dǎo)致窯灰與生料的成分產(chǎn)生了較大的差別,給窯灰的使用帶來一定的麻煩,最終導(dǎo)致了含窯灰的入窯生料在成分上的不穩(wěn)定,嚴(yán)重干擾了窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定。
更重要的是,較大的砂巖顆粒形成了制約固相反應(yīng)的瓶頸。我們都知道,水泥熟料礦物都是通過固相反應(yīng)完成的,生料磨的愈細(xì)、物料的顆粒愈小、比表面積愈大、組分間的接觸面積就愈大、表面質(zhì)點(diǎn)的自由能也就愈大,就能使擴(kuò)散和反應(yīng)能力增強(qiáng),反應(yīng)速度加快。
有人做過試驗(yàn),當(dāng)生料中粒度大于0.2mm的顆粒占到4.6%時(shí),在1400℃燒成的熟料fCa0為4.7%;當(dāng)生料中粒度大于0.2mm的顆粒減少到0.6%時(shí),同樣在1400℃燒成的熟料,其fCa0盡然減少到1.5%以下??梢娏6葘ι弦谉缘挠绊懹卸嗝创?!
理論上,物料的固相反應(yīng)速度與其顆粒尺寸的平方成反比,即使有少量較大尺寸的顆粒存在,都會顯著延緩其反應(yīng)過程的完成。所以,生產(chǎn)上,要盡量使生料的顆粒控制在較窄的范圍內(nèi),特別是要控制好0.2mm以上的顆粒。
但在實(shí)際生產(chǎn)中,生料粉磨得越細(xì)電耗就會越高。我們怎么樣在盡量減少生料粗顆粒的同時(shí)又少增加電耗呢?就是要將生料細(xì)度控制在較窄的范圍內(nèi);對于易磨性相差較大的原料組分,怎么樣在將砂巖磨細(xì)的同時(shí),又不會把其他組分磨得過細(xì)呢?將砂巖與其他組分進(jìn)行分別粉磨,就是完全必要的了。
在這方面,亞東水泥的江西公司已進(jìn)行了工業(yè)嘗試,實(shí)踐證明,對于同樣細(xì)度的生料,其易燒性得到了大幅度提高,可以節(jié)約燃料。換句話說,在同樣易燒性的情況下,可以將生料細(xì)度放粗,實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。
江西亞東由原來外購軟砂巖,改采用自有砂巖(硬質(zhì)結(jié)晶),降低成本約21元/t(生料)。 使用一套原有RM56.4立磨,既研磨砂巖粉又磨石灰石粉,不增加主設(shè)備投資。采用砂巖分磨技術(shù)后,初步的結(jié)果顯示,對于熟料的強(qiáng)度有較大的提高,電耗下降,具體對比如下:
粉磨 工藝 |
窯別 |
日期 |
電耗 噸/度 |
煤耗 千克/噸 |
3天 強(qiáng)度MPa |
28天 強(qiáng)度MPa |
產(chǎn)量 T/D |
砂巖 分磨前 |
#3窯 |
2012年8月 |
25.46 |
133.06 |
32.4 |
57.9 |
5400 |
2012年9月 |
24.85 |
131.54 |
32.2 |
57.7 |
|||
2012年10月 |
24.96 |
130.95 |
31.4 |
58.6 |
|||
2012年11月 |
24.54 |
131.69 |
31.5 |
60.5 |
|||
2012年12月 |
24.19 |
130.88 |
32.9 |
60 |
|||
#4窯 |
2012年8月 |
25.7 |
131.4 |
32.7 |
57.1 |
5500 |
|
2012年9月 |
23.9 |
128.3 |
32.4 |
57.4 |
|||
2012年10月 |
23.3 |
129.5 |
31.8 |
58.6 |
|||
砂巖 分磨后 |
#3窯 |
2013年1月 |
24.09 |
133.06 |
32.4 |
60 |
5500 |
2013年2月 |
23.77 |
131.92 |
33.3 |
60.8 |
|||
#4窯 |
2012年12月 |
22.8 |
130 |
32.4 |
59.2 |
5750 |
|
2013年1月 |
23.2 |
132 |
32.5 |
59.8 |
|||
2013年2月 |
23.2 |
130 |
33.5 |
60.5 |
2. 生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)
目前生料制備有中卸烘干磨、立磨、輥壓機(jī)終粉磨三種方案,由于中卸磨能耗較高(22~28kWh/t),目前大都采用電耗較低的立磨粉磨生料(~18kWh/t),近幾年將輥壓機(jī)終粉磨用于粉磨生料,進(jìn)一步降低了電耗(11~13kWh/t)。
輥壓機(jī)終粉磨用于生料制備,不但節(jié)電效果顯著,而且操作和維護(hù)都較容易,備品備件費(fèi)用也低得多,應(yīng)該是今后的一個(gè)發(fā)展方向。
下面以2500t/d窯系統(tǒng)所配生料制備系統(tǒng)作一下對比:
項(xiàng)目 |
中卸烘干磨 |
立磨方案 |
輥壓機(jī)方案 |
設(shè)計(jì)能力 |
185t/h |
190t/h |
200t/h |
90um細(xì)度 |
14% |
14% |
14% |
主機(jī)規(guī)格 |
Ø4.6*(9.5+3.5)m |
Ø3626mm |
2-Ø1800*1000mm |
主機(jī)功率 |
3550kw |
2000kw |
2*900kw |
選粉機(jī)功率 |
160kw |
75kw |
75kw |
提升機(jī)功率 |
132kw |
37kw |
2*90kw |
系統(tǒng)風(fēng)機(jī) |
1000kw |
2000kw |
1000kw |
主機(jī)裝機(jī)功率 |
4842kw |
4112kw |
3055kw |
主機(jī)裝機(jī)電耗 |
27kWh/t |
22kWh/t |
15kWh/t |
實(shí)際生料電耗 |
24kWh/t生料 |
18kWh/t生料 |
12kWh/t生料 |
折合熟料電耗 |
37kWh/t熟料 |
28kWh/t熟料 |
19kWh/t熟料 |
總投資 |
1264萬元 |
1516萬元 |
1605萬元 |
河南嵩基5000t/d線輥壓機(jī)終粉磨中控操作畫面[Page]
鑒于生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)具有顯著的節(jié)電效益,而且后續(xù)維護(hù)維修簡單、運(yùn)行成本低,我也作了一些調(diào)查,了解的幾家公司的情況大致如下:
陜西滿意水泥,采用2000*1600mm 2*1800kWh 輥壓機(jī),臺時(shí)430t/h,電耗10.7kWh/t生料;四川亞東水泥,采用1700*1800mm 2*1800kWh 輥壓機(jī),臺時(shí)340~350t/h,電耗15~16 kWh/t生料;登封嵩基水泥,采用2000*1600mm 2*1800kWh 輥壓機(jī),臺時(shí)430~450t/h,電耗12 kWh/t生料左右;邯鄲太行水泥,采用 ?1700*1000mm 2*1120kWh 輥壓機(jī),臺時(shí)250t/h,電耗13.5kWh/t生料;采用鋼渣配料時(shí),臺時(shí)200t/h,電耗17kWh/t生料;山西智海水泥,采用1800╳1000mm 2×900kW輥壓機(jī),臺時(shí) 210~230t/h,電耗12kWh/t左右。
輥壓機(jī)終粉磨示意圖
仔細(xì)分析各公司的情況,有成功的、有不理想的、也有失敗的,但總體上節(jié)電效果都是肯定的,問題主要出在輥壓機(jī)的粘堵上。在北方干旱地區(qū)沒有太大問題,而同樣在南方多雨地區(qū)為什么有成功有失敗呢,進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn):輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)并不怕雨水多、也不怕含土多,怕的是兩者都多,導(dǎo)致輥壓機(jī)粘堵。
就目前的運(yùn)行情況來看,臺灣花蓮是雨水多,但含土少,運(yùn)行良好;邯鄲太行是含土多,但雨水少,運(yùn)行良好;登封嵩基是新廠設(shè)計(jì),加大了物料堆存,具有較強(qiáng)的抗雨能力,也運(yùn)行良好;四川亞東是雨水多、含土多、天氣潮濕,經(jīng)常發(fā)生粘堵現(xiàn)象,臺時(shí)產(chǎn)量較低,但由于節(jié)電效果還是有的,目前仍在使用。
因此,在選擇輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)時(shí),一定要慎重考慮輥壓機(jī)的粘堵問題,適當(dāng)加大防雨庫存、加強(qiáng)系統(tǒng)保溫措施、加強(qiáng)系統(tǒng)的烘干能力、甚至在破碎系統(tǒng)引入烘干功能,以確保在節(jié)電的同時(shí)能正常生產(chǎn)。對于雨水多而且原料含土多的生產(chǎn)條件,最好不要采用!
3. 中卸烘干磨改為輥壓機(jī)終粉磨的最新案例
某公司2006年投產(chǎn)的4000t/d窯生產(chǎn)線,配置的生料磨為φ4.6×(9.5+3.5)m中卸烘干管磨系統(tǒng),設(shè)計(jì)臺時(shí)190t,配置總功率為4800kw,噸生料設(shè)計(jì)電耗為27度。近幾年磨機(jī)臺時(shí)在185~190噸,窯產(chǎn)量維持在2900t/d左右,生料工序電耗為28度左右,能力上也不能滿足窯的需要。
改造前運(yùn)行中的中卸烘干磨
為了降低生料粉磨電耗和提高生產(chǎn)能力,該廠在2014年4月份,在準(zhǔn)備好的情況下,停窯15天,將中卸烘干磨就地改成了輥壓機(jī)終粉磨,使系統(tǒng)裝機(jī)功率下降了1200多kw。
輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的工藝主機(jī)為,一臺HFCG160-140輥壓機(jī)、一臺HFV4000 V型氣流分級機(jī)、一臺NBH1400D-25.50m循環(huán)提升機(jī)。
由于是老廠改造,為了利用原有空間、廠房、部分設(shè)備,系統(tǒng)增加一臺原料提升機(jī)、3條短皮帶機(jī),從而利用了原有中卸烘干磨空間和廠房,解決了布置難題、降低了基建投資;系統(tǒng)利用了原有熱風(fēng)系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng),對選粉機(jī)進(jìn)行了局部改造,降低了設(shè)備投資。改造方案比新建方案投資降低了600多萬元。
輥壓機(jī)終粉磨改造方案圖
輥壓機(jī)生料終粉磨,與2014年4月29日投入運(yùn)行。一周的試運(yùn)行表明,細(xì)度控制80um篩余16%,200um篩余在1.5%左右,臺時(shí)產(chǎn)量在190t/h左右;細(xì)度放粗到80um篩余18%,200um篩余將上升到1.7%左右,臺時(shí)產(chǎn)量在210t/h。如果把細(xì)度放粗到80um篩余20%,200um篩余將上升到2.0%左右,估計(jì)臺時(shí)產(chǎn)量能到230t/h。
從一周的試運(yùn)行來看,輥壓機(jī)終粉磨的生料易燒性較好,80um篩余可以比中卸烘干磨放寬2.0%左右。輥壓機(jī)終粉磨20% 的細(xì)度,相當(dāng)于中卸烘干磨18% 細(xì)度的易燒性。
從一周的試運(yùn)行來看,生料電耗已經(jīng)由原來中卸烘干磨的28kWh/t下降到輥壓機(jī)終粉磨的16kWh/t。生料電耗下降了12kWh/t以上。在系統(tǒng)調(diào)整后,有望下降到13kWh/t生料以下。
改造總投資約1390萬元,按節(jié)電12kWh/t生料,0.55元/kwh,年產(chǎn)熟料80萬t,料耗1.55算,年節(jié)電效益800多萬元,投資回收期不到兩年。
試運(yùn)行中的輥壓機(jī)終粉磨中控操作畫面[Page]
二、關(guān)于水泥粉磨
1.關(guān)于水泥的分別粉磨
前面已談到了生料的分別粉磨,實(shí)際上分別粉磨這個(gè)概念,在水泥粉磨系統(tǒng)早有應(yīng)用,是普通開流磨年代的主要增效措施之一。后來,由于選粉機(jī)的出現(xiàn),特別是由于輥壓機(jī)的出現(xiàn),直至發(fā)展到目前的聯(lián)合粉磨系統(tǒng),分別粉磨的光環(huán)逐漸被掩蓋。
對于水泥在混凝土中的使用性能來講,應(yīng)該說0~80um的顆粒都是必要的,但對于水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn),則主要是3~32um的熟料顆粒。熟料顆粒>32um就會影響到其水化速度,影響到其活性的發(fā)揮,影響到其對水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn),應(yīng)該盡量控制;<3um的顆粒雖能顯著提高水泥的早期強(qiáng)度,但會導(dǎo)致水泥的后期強(qiáng)度降低,引起水泥強(qiáng)度的前后不平衡,也是應(yīng)該努力減少的;由于熟料是水泥配料中成本最高的組分,所以水泥中的其他粒級應(yīng)該盡量減少對熟料的占用,而由其他成本較低的組分來補(bǔ)足。
用于粉磨水泥的不同組分的易磨性是相差很大的,目前的配料后共同粉磨,對水泥強(qiáng)度起主要貢獻(xiàn)的熟料很難磨到最佳的細(xì)度,造成一定的潛能浪費(fèi);而比較易磨的其他組分又很難做到不產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象,增加除塵難度、影響磨內(nèi)通風(fēng)、產(chǎn)生包球及糊蓖縫,最終是降低了臺時(shí)和增加了電耗。那么,如何在各組分的易磨性相差很大的情況下,實(shí)現(xiàn)對水泥中熟料的最佳粉磨呢?
目前,隨著聯(lián)合粉磨系統(tǒng)可挖的潛力已經(jīng)不多,為了進(jìn)一步的節(jié)能降耗,分別粉磨又逐步被重視起來,在國內(nèi)的水泥廠、粉磨站,都已經(jīng)有了設(shè)計(jì)、改造、運(yùn)行的案例。這里簡單介紹一下拉法基瑞安東駿公司的水泥分別粉磨情況,供大家參考。
東駿公司擁有一條4000t/d的新型干法水泥生產(chǎn)線,于2005年6月點(diǎn)火生產(chǎn),設(shè)計(jì)年生產(chǎn)水泥148萬t。水泥粉磨采用分別粉磨工藝, 粉磨設(shè)備采用兩臺史密斯的OK33-4立磨,混合材和熟料的粉磨是分開進(jìn)行的。
熟料粉磨系統(tǒng)
混合材粉磨系統(tǒng)
混合攪拌系統(tǒng) [Page]
熟料和石膏用一臺立磨粉磨,礦渣和石灰石用一臺立磨粉磨,分別送入相對應(yīng)的粉料庫儲存。然后,根據(jù)市場對水泥品種的需求,經(jīng)沖板流量計(jì)計(jì)量按比例配合后,喂入兩臺KM3000D型混合攪拌機(jī),經(jīng)過攪拌混合后送入水泥儲存庫儲存及出廠。
立磨設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為:礦粉比表面積>420㎡/kg,臺時(shí)84t/h;熟料粉比表面積>330㎡/kg ,臺時(shí)150t/h。其中熟料磨可以粉磨熟料粉或者直接生產(chǎn)水泥成品,礦渣磨可以在礦粉庫滿時(shí)先用熟料洗磨,然后調(diào)入熟料粉庫粉磨熟料粉,可以根據(jù)生產(chǎn)情況和市場需求靈活多變的組織生產(chǎn)。
2009年本步電耗情況統(tǒng)計(jì)表:
品種 項(xiàng)目 |
年累計(jì)用電量(kW.h) |
年累計(jì)單耗(kW.h/t) |
熟料粉 |
29144408 |
26.74 |
純礦渣粉 |
4195665 |
46.70 |
混合材礦粉 |
9271879 |
34.82 |
攪拌水泥 |
3097326 |
2.30 |
2009年水泥粉磨系統(tǒng)綜合平均電耗為31.13 kWh∕t,各品種電耗如下:
品種 |
P.O52.5 |
P.O42.5R |
P.O42.5 |
P.SA32.5R |
P.SA42.5 |
P.SA32.5 |
電耗 |
30.56 |
29.16 |
30.63 |
36.71 |
31.90 |
34.08 |
通過以上數(shù)據(jù)我們可以清楚的看出,該公司選用立磨機(jī)進(jìn)行水泥的分別粉磨是具有極大優(yōu)勢的,在當(dāng)前的行業(yè)局勢下,在原材料價(jià)格一路攀升的情況下,它可以控制水泥粉磨的電耗。需要指出的是,東駿公司水泥磨系統(tǒng)的大型電機(jī)采用已經(jīng)淘汰的水電阻啟動(dòng)方式,如果采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù),水泥粉磨電耗還能進(jìn)一步降低。
2. 水泥立磨終粉磨已經(jīng)成熟
立磨以其粉磨、烘干效率高,入磨物料粒度大,粉磨物料適應(yīng)性好,工藝流程簡單,空間布置緊湊,維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),在生料粉磨系統(tǒng)中的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。
但目前,國內(nèi)粉磨水泥熟料仍然以輥壓機(jī)+球磨機(jī)雙閉路聯(lián)合粉磨為主。球磨機(jī)的粉碎機(jī)理是對于大塊物料,靠球的沖擊,屬于單顆粒破碎。100多年來球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)和工藝系統(tǒng)有了很大改變,但粉碎機(jī)理依舊,所以能量利用率沒有大幅度的變化。由于破碎粉磨效率低下,絕大部分鋼球的沖擊能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,少部分沖擊能轉(zhuǎn)變?yōu)樵肼?,不但浪費(fèi)了能源,而且污染了環(huán)境。
水泥粉磨是保證水泥成品質(zhì)量的最后一關(guān),盡管人們一直想將水泥行業(yè)推進(jìn)到無球化時(shí)代,但由于球磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用可靠、適合水泥工業(yè)的粉磨要求,所以它仍然長期占據(jù)著水泥粉磨的主導(dǎo)地位。
實(shí)際上,以立磨為代表的新一代水泥粉磨,尤其是水泥立磨終粉磨技術(shù),以其工藝系統(tǒng)流程簡單,單位電耗低、水泥產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定以及操作方便等諸多優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在水泥工業(yè)迅速發(fā)展起來。國外尤其是歐美等國大公司在水泥立磨終粉磨方面技術(shù)已經(jīng)非常成熟,已經(jīng)有大量的銷售使用業(yè)績。
實(shí)踐表明,水泥立磨終粉磨產(chǎn)品,完全可以和球磨機(jī)媲美,能夠滿足各種工程需要。根據(jù)中國水泥行業(yè)的資深專家高長明的統(tǒng)計(jì),在歷年新建水泥項(xiàng)目中,水泥立磨終粉磨的選用率如下表:
粉磨物料 |
國外(不含中國) |
|
中國大陸 |
||||
2000年 |
2005年 |
2010年 |
|
2000年 |
2005年 |
2010年 |
|
生料磨 |
35% |
90% |
85% |
|
00% |
70% |
80% |
煤粉磨 |
60% |
75% |
80% |
|
02% |
05% |
12% |
礦渣粉 |
1~2% |
80% |
93% |
|
00% |
65% |
85% |
水泥磨 |
15% |
45% |
70% |
|
00% |
02% |
08% |
2004年9月臺灣幸福水泥公司在越南福山(phuc son)設(shè)計(jì)的無球化工廠,設(shè)計(jì)能力為5000t/d,采用1臺LM48.4的生料磨、2臺LM46.2+2C的水泥磨和1臺MPS3070BK的煤磨。整個(gè)水泥廠的噸產(chǎn)品電耗降到78~80kWh/t。
成都院設(shè)計(jì)的阿聯(lián)酋10000TPD生產(chǎn)線,也于2006年投產(chǎn),印度新建的10000TPD生產(chǎn)線也投入運(yùn)行,全部采用立磨,分別粉磨原料、煤、水泥,都取得了良好的業(yè)績。還有多條新建水泥生產(chǎn)線采用了水泥立磨終粉磨技術(shù)。
在國內(nèi),湖北亞東(萊歇立磨)、云南東駿(史密斯立磨OK33-4)、四川星船城(萊歇立磨)等水泥公司采用了進(jìn)口水泥立磨,目前這些水泥立磨系統(tǒng)均運(yùn)行正常。目前水泥立磨已成功的生產(chǎn)出了普通水泥、中熱水泥、礦渣粉,可以認(rèn)為各品種的水泥,立磨系統(tǒng)均能正常生產(chǎn)。
湖北亞東的水泥立磨
2009年張家口金隅水泥有限公司,率先采用兩臺國產(chǎn)TRMS3131立磨穩(wěn)定粉磨水泥的目標(biāo),磨機(jī)產(chǎn)量和主機(jī)電耗達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo),實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)水泥立磨的工業(yè)應(yīng)用。
2010年6月,華新東川水泥公司采用華新設(shè)計(jì)的HXLM4300水泥立磨用于水泥粉磨。水泥成品的顆粒分布和標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量,與球磨系統(tǒng)的產(chǎn)品相當(dāng);混凝土的性能,也達(dá)到了工程要求的優(yōu)良水平。
2013年7月6日,據(jù)華新水泥的副總李華講,立磨用于水泥粉磨已經(jīng)在華新得以普及,目前,華新公司的水泥粉磨系統(tǒng)已有29臺立磨在生產(chǎn),全部是華新自己制造的立磨,產(chǎn)品質(zhì)量沒問題,節(jié)電效果顯著。
華新東川HXLM4300水泥立磨
實(shí)踐證明,立磨粉磨系統(tǒng)和輥壓機(jī)+球磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng),生產(chǎn)的水泥都能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
立磨終粉磨工藝集烘干、研磨、選粉于一體,工藝流程簡單,設(shè)備數(shù)量少,粉磨效率高,物料停留時(shí)間短,設(shè)備裝機(jī)功率低、電耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)率高,建筑面積和占地面積小,運(yùn)行費(fèi)用低,操作維護(hù)簡單,單機(jī)規(guī)格大。
特別是,立磨終粉磨系統(tǒng),允許入磨物料綜合水分更高。這在干排粉煤灰資源已經(jīng)緊張、價(jià)格大幅度上漲的今天,優(yōu)勢更加突出,國內(nèi)還有歷史遺留的、大量的、原來濕排的,粉煤灰資源可資利用,是降低生產(chǎn)成本的有效措施之一。
通過磨盤和磨輥的研磨曲線組合、磨內(nèi)選粉機(jī)性能的改進(jìn)、和磨盤轉(zhuǎn)速及壓力的調(diào)整,可以優(yōu)化水泥顆粒形狀和級配;在系統(tǒng)操作參數(shù)方面,通過提高立磨磨內(nèi)溫度,在風(fēng)量一定的情況下,提高選粉機(jī)轉(zhuǎn)速,可以明顯降低水泥的篩余,但對提高比表面積影響并不明顯;在選粉機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下,降低風(fēng)量,有利于比表面積的提高;可以對水泥組分的石膏變化施加影響來優(yōu)化水泥性能。
大家所擔(dān)心的主要是水泥的顆粒形狀。目前,大家公認(rèn)的比較好的水泥立磨是萊西公司的立磨,根據(jù)2009年11月20日,萊西公司在武漢會議上的介紹,我仔細(xì)分析了這臺立磨的特點(diǎn),概括起來主要是:
輔料輥預(yù)碾壓,料床研磨,顆粒級配寬分布
寬磨盤短錐輥,邊緣輥壓,減小顆粒棱形化
萊西公司水泥立磨結(jié)構(gòu)圖 [Page]
增加輔輥預(yù)碾壓,可提前實(shí)現(xiàn)回料的排氣和預(yù)壓,形成一個(gè)有一定承載力的料床,避免主輥與磨盤的直接沖擊引起振動(dòng),同時(shí)料床研磨比沖擊研磨更能提高顆粒級配的分布寬度;
較大的磨盤較短的磨輥在邊緣輥壓、采用大錐度的磨輥,讓每個(gè)接觸點(diǎn)的線速度盡量保持一致,使磨輥、磨盤實(shí)現(xiàn)相對滾動(dòng),有利于使磨盤與磨輥給予物料的力趨于同向,從而減小由于相對搓動(dòng)導(dǎo)致的剪切力,使研磨部件的磨損更均勻,使水泥顆粒的形狀更球形化。
萊西公司水泥立磨原理圖
兩項(xiàng)措施較好的解決了原有立磨生產(chǎn)的水泥,球形度不好和顆粒級配分布過窄的問題,從而改善了立磨水泥的和易性。
實(shí)踐證明,立磨系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥完全能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。下面是西南科技大學(xué)的有關(guān)調(diào)查資料,供參考:
不同粉磨流程電耗對比
|
||||
物料 |
水泥比表面積m2/kg |
水泥粉磨流程 |
系統(tǒng)電耗 kWh/t |
較圈流節(jié)電 % |
普通水泥 |
350 |
圈流球磨 |
40 |
|
輥壓機(jī)預(yù)粉磨 |
35 |
13.5 |
||
輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨 |
30 |
25 |
||
立磨終粉磨 |
25 |
38.5 |
不同粉磨流程實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對比
不同粉磨流程管理及投資對比
不同流程水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量對比如下圖。由圖可見,需水量最高的是閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng),而不是立磨。
水泥成品的顆粒分布對比
水泥品種 |
顆粒含量(%) |
篩余(%) |
比表 面積 m2/kg |
|||||||
≤5μm |
5-10μm |
10-30μm |
30-45μm |
45-60μm |
≥60μm |
N值 |
30μm |
45μm |
||
OPC |
24.11 |
13.64 |
34.44 |
16.49 |
8.28 |
3.04 |
0.98 |
25.1 |
13.6 |
320 |
PCB40 |
26.19 |
13.74 |
31.86 |
13.80 |
9.38 |
5.03 |
0.90 |
29.8 |
16.3 |
330 |
表5 普通波特蘭水泥(OPC) |
|||
水泥磨 |
球磨 |
立磨 |
|
細(xì)度 |
比表面積/(m2·kg-1) |
375 |
377 |
+45μm/% |
5.3 |
1.3 |
|
水泥性能測試(ISO) |
標(biāo)稠需水量/% |
27.0 |
26.5 |
初凝/min |
125 |
110 |
|
終凝/min |
170 |
160 |
|
抗壓強(qiáng)度/MPa |
7d |
39 |
42.8 |
28d |
60.5 |
60.3 |
不同磨別水泥配置混凝土性能比較
表6 不同磨別水泥配置混凝土性能比較 |
|||||||||||
磨別 |
水泥 等級 |
水泥28d抗壓強(qiáng)度 MPa |
混凝土 等級 |
混凝土試驗(yàn)配比,kg |
混凝土 水灰比 |
混凝土初始坍塌度mm |
混凝土28d抗壓強(qiáng)度 MPa |
||||
水 |
水泥 |
砂 |
石子 |
JF-9型減水劑 |
|||||||
立磨 |
P.O 42.5R |
54.9 |
C30 |
155 |
287 |
685 |
1271 |
2.30 |
0.540 |
45 |
39.6 |
C35 |
150 |
341 |
629 |
1277 |
2.73 |
0.440 |
40 |
47.1 |
|||
C40 |
150 |
375 |
562 |
1310 |
3.00 |
0.400 |
48 |
50.9 |
|||
球磨 |
P.O 42.5R |
54.5 |
C30 |
165 |
284 |
682 |
1267 |
2.27 |
0.580 |
46 |
39.4 |
C35 |
160 |
340 |
626 |
1271 |
2.72 |
0.470 |
45 |
46.2 |
|||
C40 |
155 |
369 |
562 |
1311 |
2.95 |
0.420 |
42 |
51.1 |
3,水泥磨外粉碎磨新理念[Page]
水泥窯由于生料分解要消耗大量的能量,為了減輕窯的負(fù)荷將分解功能移出窯外,專門設(shè)置了分解效率比窯更高的分解爐,由此形成了窯外分解窯。
那么,水泥磨的主要能耗用于物料粉碎,能否將粉碎功能移出磨外,也設(shè)置一個(gè)粉碎效率更高的設(shè)備承擔(dān),由此形成磨外粉碎磨呢?答案是可以的?,F(xiàn)有的輥壓機(jī)預(yù)粉磨、輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)都是在不同程度上的粉碎移出。
我們知道,目前在水泥粉磨系統(tǒng)上,還不能使用輥壓機(jī)終粉磨,其主要原因不是輥壓機(jī)的效率低,而是由輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)出的水泥,一是顆粒級配過窄,二是水泥顆粒的球形度不好,所以仍然甩不掉球磨機(jī)。
聯(lián)合粉磨系統(tǒng)就是要利用輥壓機(jī)和球磨機(jī)各自的長處,既要實(shí)現(xiàn)高效率,又要有好的顆粒級配和球形度,只是目前的分工還不夠徹底。
如果我們在聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中,進(jìn)一步把輥壓機(jī)做大、并加大其循環(huán)負(fù)荷,就能將大部分粉碎功能在磨外完成,留給球磨機(jī)的任務(wù)就主要是整形了,這就形成了磨外粉碎磨。從而使球磨機(jī)的負(fù)荷大幅度減輕,便可以把球磨機(jī)的規(guī)格縮小并改為單倉磨,不但減輕了球磨機(jī)本身的能耗,而且降低了系統(tǒng)阻力。
首先,在水泥粉磨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上,要敢于大膽嘗試,因?yàn)榻?jīng)過這幾年聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的發(fā)展,輥壓機(jī)越配越大,實(shí)際上走的就是這條路線,只是還不到位而已,已經(jīng)沒有什么風(fēng)險(xiǎn)了。下圖是天津院近幾年的配置變化:
如果受輥壓機(jī)裝備制造能力的限制,一時(shí)還做不了足夠大的輥壓機(jī),則可以先把球磨機(jī)配小點(diǎn),并采用單倉磨配置,適當(dāng)降低一些系統(tǒng)能力也是可以的,只要系統(tǒng)電耗降下來就值得。
退一步講,如果暫時(shí)不具備改造條件,在現(xiàn)有聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的操作中,我們也應(yīng)該努力加大輥壓機(jī)的循環(huán)負(fù)荷,向磨外粉碎磨趨近,這也是一個(gè)有效的節(jié)能措施。
誠然,問題并非如此簡單,這不單是一項(xiàng)輥壓機(jī)技術(shù),而是一項(xiàng)粉磨系統(tǒng)的系統(tǒng)工程技術(shù)。在制定方案和實(shí)施過程中,還有好多具體問題需要做系統(tǒng)的研究,這也正是這項(xiàng)技術(shù)至今未能推開的原因。實(shí)際上,國內(nèi)一些比較前衛(wèi)的公司已經(jīng)在這方面做了一些探索,但結(jié)果都不太理想。
4.關(guān)于水泥輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)
目前,部分廠家在積極推行半終粉磨系統(tǒng),將輥壓機(jī)閉路系統(tǒng)收集的部分細(xì)粉直接加入到成品中,據(jù)說:一是能增加產(chǎn)量降低電耗,二是能改善水泥的顆粒級配,拓寬水泥粒度的分布范圍,降低水泥的需水量。
所謂半終粉磨,就是將一部分未加整形的水泥顆粒,直接加進(jìn)了水泥成品之中,提高了系統(tǒng)的選粉效率,提高產(chǎn)量和降低電耗是必然的,這一點(diǎn)兒毋容置疑。但至于水泥需水量,既取決于顆粒級配、又取決于顆粒形狀,級配的拓寬能降低需水量、但顆粒的異化又能增加需水量,實(shí)踐證明,半終粉磨系統(tǒng)的水泥其需水量是增加的。
天山蘇州公司的水泥半終粉磨雙選粉機(jī)流程
由于其在V選與旋風(fēng)收塵器之間加了一臺選粉機(jī),降低了對成品水泥顆粒級配的拓寬能力,姑且不論是否能拓寬顆粒級配的分布范圍,但可以肯定,這部分物料是沒有通過球磨機(jī)整形的輥壓機(jī)細(xì)粉,其顆粒的球形度極差。
水泥的堆積密度、需水量,除與水泥的顆粒級配有關(guān)外,還與水泥的顆粒形狀有關(guān),圓度系數(shù)(與顆粒投影面積相等的圓的周長與顆粒投影面積的實(shí)際周長之比)越高,與水的接觸表面積就越小,標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量就越小。
輥壓機(jī)為料床擠壓一次破碎,效率高但球形度不好,球磨機(jī)為多次沖擊研磨,效率低但球形度高,這也正是輥壓機(jī)甩不掉球磨機(jī)的主要原因。所以,半終粉磨系統(tǒng)不可能改善水泥的需水量,事實(shí)證明半終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥,其需水量反而比較高,不太受用戶歡迎。
生產(chǎn)混凝土對水泥的要求是多方面的,首先要滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),除了水泥強(qiáng)度以外,混凝土企業(yè)更關(guān)注水泥的需水量。 如果任其需水量增高,就難以保證混凝土的標(biāo)號;如果使用減水劑保證混凝土標(biāo)號,就要增加混凝土的生產(chǎn)成本,犧牲混凝土企業(yè)的利益。這等于把水泥企業(yè)的效益建立在了混凝土企業(yè)的成本之上,實(shí)際上是在與自己的用戶爭奪利益,最終導(dǎo)致了混凝土企業(yè)提出限制水泥比表面積、直至限制水泥需水量的措施。用戶是上帝嗎,他可是有這個(gè)權(quán)利!
所用水泥的需水量,關(guān)系到混凝土企業(yè)的利益,勢必影響到水泥企業(yè)的產(chǎn)品競爭力。多數(shù)水泥企業(yè)已經(jīng)注意到了這個(gè)問題,一般將水泥的需水量控制在了24~26%之間;也有一些企業(yè)給予了高度關(guān)注,已經(jīng)把降低水泥需水量,作為了提高產(chǎn)品競爭力的措施。比如,在福建、廣東的一些公司,已將水泥需水量控制到22.0~23.0%左右,其水泥產(chǎn)品也因此受到了混凝土企業(yè)的青睞,有效促進(jìn)了銷售增長。
實(shí)際上,如果考慮拓寬水泥的顆粒級配,降低其需水量,將球磨機(jī)磨內(nèi)通風(fēng)的收塵粉直接加入成品中更加合適。但要注意收塵粉的細(xì)度,如果存在過粗的顆粒,則可以在袋除塵器之前加一級旋風(fēng)除塵器。
但這不等于說半終粉磨系統(tǒng)就沒用了,反倒可以說是精細(xì)化管理的一項(xiàng)成果。半終粉磨雖然具有水泥需水量高的缺點(diǎn),但對提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量和降低電耗還是確實(shí)有效的。任何性能的提高都伴隨著針對性提高和適應(yīng)性下降,只要我們能用其所長避其所短,半終粉磨還是能有所作為的。
比較適應(yīng)半終粉磨的條件:對水泥需水量不敏感的市場和用戶、對于大部分低標(biāo)號水泥、對于水泥開路粉磨系統(tǒng)、對于比表面積控制比較低的水泥、對于需水量不高的熟料、對于外摻礦渣微分的水泥。
不太適合半終粉磨的因素:對水泥需水量要求苛刻的市場和用戶、對于大部分高標(biāo)號水泥、對于水泥閉路粉磨系統(tǒng)、對于比表面積控制比較高的水泥、對于需水量高的熟料、對于比較差的石灰石礦山、對于堿含量比較高的原料。
實(shí)際上,上述條件都不是一成不變的,有時(shí)適應(yīng)有時(shí)不適應(yīng)。我們可以設(shè)計(jì)為“半終粉磨”和“聯(lián)合粉磨”并存的工藝,按需切換、各取所長、互相彌補(bǔ),在具備條件的情況下把產(chǎn)能發(fā)揮到最大、把電耗降到最低。
5.水泥輥壓機(jī)終粉磨探討
眾所周知,輥壓機(jī)和立輥磨,是近幾年在水泥行業(yè)粉磨系統(tǒng)中廣泛采用的節(jié)電設(shè)備,應(yīng)該說都取得了顯著的效果。但立輥磨已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生料終粉磨,應(yīng)用于水泥的終粉磨也已經(jīng)起步,而輥壓機(jī)卻晚了一步,輥壓機(jī)生料終粉磨才剛剛起步,輥壓機(jī)水泥終粉磨尚處在萌芽階段。
實(shí)踐證明,輥壓機(jī)用于生料終粉磨確實(shí)比立輥磨更加節(jié)電,那么用于水泥終粉磨能否也具有比立輥磨更節(jié)電的效果呢?大家普遍擔(dān)心的對水泥顆粒級配和顆粒形狀的影響,是否能夠取得突破呢?
在球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)中,對物料的粉磨是以無數(shù)次的沖擊與摩擦混雜進(jìn)行的,其中不乏鋼球之間、鋼球與磨體襯板之間的沖撞,做了不少無用功;包含選粉在內(nèi),物料在粉磨系統(tǒng)中停留時(shí)間長,粉磨效率低,單位電耗高。
物料在立磨粉磨系統(tǒng)中,所受的粉磨力以擠壓為主,研磨為輔,物料在磨盤與磨輥之間被粉磨的次數(shù)較少,整個(gè)粉磨過程包含選粉在內(nèi)進(jìn)展快時(shí)間短;因而粉磨效率高,節(jié)省粉磨電耗。
鑒于輥壓機(jī)已成功用于生料終粉磨,并且具有系統(tǒng)簡單、操作方便、管理維護(hù)容易、電耗低的特點(diǎn),那么輥壓機(jī)是否也可以取代立磨作為水泥終粉磨系統(tǒng)呢?輥壓機(jī)與立磨同樣屬于擠壓粉碎,立磨能生產(chǎn)性能合格的水泥,輥壓機(jī)為什么就不能呢?
實(shí)際上,水泥輥壓機(jī)終粉磨,是每個(gè)水泥人的希望,也受到了水泥行業(yè)專家和領(lǐng)導(dǎo)的重視,我國在上世紀(jì)末就有一個(gè)專題項(xiàng)目,直接叫“無球磨機(jī)擠壓粉磨系統(tǒng)”項(xiàng)目,所指很明確,就是期望輥壓機(jī)的節(jié)能優(yōu)勢在水泥粉磨中得到體現(xiàn)。
伯力鳩斯和洪堡公司也進(jìn)行了這方面的嘗試,遺憾的是,由于沒有從系統(tǒng)工藝和設(shè)備原理上進(jìn)行改進(jìn),僅僅將研究局限在設(shè)備的適應(yīng)性調(diào)整上,簡單試驗(yàn)的結(jié)果是:水泥需水量大、快凝、早期強(qiáng)度下降。由于兩大公司在國際水泥界的地位和聲望,他們的簡單試驗(yàn)反而影響了該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步研究。
可喜的是,目前國內(nèi)外有關(guān)這方面的研究和嘗試并沒有停止,并取得了一定的進(jìn)展,我們有理由相信他們能夠取得成功。
據(jù)有關(guān)資料介紹,在水泥輥壓機(jī)終粉磨工藝技術(shù)攻關(guān)期間,合肥水泥研究設(shè)計(jì)院,在安徽省安慶白鰭豚水泥有限公司,就建成了一套水泥輥壓機(jī)終粉磨生產(chǎn)線,并在實(shí)際運(yùn)行中,通過調(diào)整輥壓機(jī)的液壓壓力、磨輥轉(zhuǎn)速等操作參數(shù),摸索了一些輥壓機(jī)在擠壓不同粒徑、不同物料時(shí)的運(yùn)行規(guī)律。
在水泥成品比表面積>300m2/kg時(shí),可以保證輥壓機(jī)在安全、平穩(wěn)的狀態(tài)下運(yùn)行,使輥壓機(jī)的性能得到充分發(fā)揮;通過調(diào)整粉磨系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷、打散分級機(jī)的分級轉(zhuǎn)速、以及選粉機(jī)轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)了水泥粉磨系統(tǒng)單位電耗<24kWh/t,比表面積為300±10m2/kg,質(zhì)量符合P.O 42.5水泥標(biāo)準(zhǔn)的基本要求。
據(jù)介紹,合肥水泥研究設(shè)計(jì)院還研制了出粒度分布調(diào)節(jié)器,用以控制返回輥壓機(jī)重新擠壓的回粉量和調(diào)節(jié)入機(jī)物料的粒度分布,使水泥成品的顆粒形貌、粒度組成趨于合理;通過調(diào)整輥壓機(jī)的循環(huán)負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)了對水泥成品顆粒的整形,水泥性能等指標(biāo)基本與普通圈流磨一致。輥壓機(jī)終粉磨成品粒度分布見下表。
輥壓機(jī)終粉磨水泥的成品粒度分布
試樣編號 |
<80μm % |
<50μm % |
<30μm % |
<20μm % |
<10μm % |
1 |
98.26 |
88.09 |
71.31 |
55.76 |
33.08 |
2 |
98.40 |
90.47 |
72.19 |
56.14 |
32.62 |
3 |
98.73 |
92.33 |
75.56 |
59.85 |
35.74 |
4 |
99.02 |
93.87 |
79.54 |
63.85 |
38.73 |
天津院的研究也表明,在多次擠壓料層粉碎條件下,輥壓機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)2~3um的水泥顆粒,而且生產(chǎn)微細(xì)產(chǎn)品的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通常的粉磨系統(tǒng)。
天津院曾經(jīng)在天津振興水泥公司,在聯(lián)合粉磨系統(tǒng)上做過簡單的終粉磨生產(chǎn)試驗(yàn),據(jù)有關(guān)資料介紹,該系統(tǒng)為φ180/140輥壓機(jī)+φ3.8×13m球磨機(jī)的聯(lián)合粉磨系統(tǒng),原生產(chǎn)能力為180t/h。
終粉磨工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果為:比表面積達(dá)到380m2/kg,產(chǎn)量達(dá)到120~140t/h,系統(tǒng)電耗為26.4kWh/t,標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量檢測為28.3%。其中系統(tǒng)電耗的分項(xiàng)為:輥壓機(jī)20 kWh/t,風(fēng)機(jī)4.0 kWh/t,選粉機(jī)0.4 kWh/t,其他輔機(jī)2.0 kWh/t。
從以上天津院的試驗(yàn)可以看出,系統(tǒng)在專項(xiàng)設(shè)計(jì)后,電耗還有下降的空間;標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量雖然偏高,但還沒有到了失控的狀態(tài),在采取一定措施后,還有下降的可能。
天津振興水泥公司的水泥磨中控畫面 [Page]
綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院認(rèn)為,國外學(xué)者的有關(guān)研究,采用的熟料鋁率高達(dá)3.0,與我國硅酸鹽水泥熟料的鋁率相差甚遠(yuǎn),不符合我國的實(shí)際情況。他們采用鋁率較低的水泥熟料,對終粉磨水泥的顆粒級配、水化特性進(jìn)行了小磨研究。有關(guān)數(shù)據(jù)見表1、表2、表3、表4。
實(shí)驗(yàn)采用四川某廠硅酸鹽水泥熟料,在熟料中加入3%石膏后分成兩部分,一部分進(jìn)φ500×500球磨,磨細(xì)成球磨水泥;另一部分經(jīng)輥壓機(jī)擠壓成料餅(其中包含部分合格細(xì)粉),其中粗粉在實(shí)驗(yàn)室裝入模具擠壓至合格。
采用GXS一203A光定點(diǎn)掃描式顆粒分布儀測定,比表面積測定采用勃氏法,對水泥顆粒分布進(jìn)行了測定對比;對兩種水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行了測定對比;對兩種水泥的凈漿、砂漿強(qiáng)度(凈漿采用2 cm×2 cm×2 cm小試模)進(jìn)行了測定對比。
實(shí)驗(yàn)表明,輥壓機(jī)終粉磨水泥與球磨機(jī)粉磨水泥凝結(jié)時(shí)間都正常,均符合國家標(biāo)準(zhǔn);輥壓機(jī)終粉磨水泥凝結(jié)時(shí)間較球磨機(jī)粉磨水泥短,輥壓機(jī)終粉磨水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比球磨機(jī)粉磨水泥大。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論認(rèn)為,對鋁率在1.3左右的水泥,輥壓機(jī)終粉磨水泥與球磨機(jī)粉磨水泥性能差別不大;輥壓機(jī)終粉磨水泥凝結(jié)時(shí)間比球磨機(jī)粉磨水泥略短、需水量略大、早期強(qiáng)度高,完全可用于實(shí)際生產(chǎn)中。
比利時(shí)水泥制造商CBR是世界最大的水泥制造集團(tuán)之一。其在比利時(shí)的Lixhe水泥廠設(shè)備能力為年產(chǎn)熟料170萬噸,包括80萬噸波特蘭水泥、60萬噸粉煤灰水泥和30萬噸礦渣水泥。由8臺球磨機(jī)完成170萬噸的粉磨任務(wù),總裝機(jī)容量為1600kW。
其中5臺水泥磨是50年代初期安裝的,隨設(shè)備老化生產(chǎn)費(fèi)用上升,為補(bǔ)救這種狀況,CBR在與世界著名的裝備公司和水泥公司,進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和論證后,于1992年下半年決定在Lixhe水泥廠采用輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)。
輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)為,輥壓機(jī)和打散機(jī)、高效選粉機(jī)形成閉路循環(huán)操作,選粉機(jī)的細(xì)粉經(jīng)袋收塵器收集,粗粉返回輥壓機(jī)。該系統(tǒng)的工藝流程圖如下:
Lixhe水泥廠輥壓機(jī)終粉磨水泥系統(tǒng)工藝流程
CBR認(rèn)為輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的可靠性可以同球磨系統(tǒng)相媲美,它能提供精確的輥?zhàn)映叽纾m宜的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力。除了節(jié)能和總投資費(fèi)用上的效益以外,該粉磨系統(tǒng)尚有如下優(yōu)點(diǎn):①水泥成品溫度即使在夏季也低于50℃;②該系統(tǒng)適應(yīng)不同品種水泥的粉磨,轉(zhuǎn)換時(shí)間很短;③該技術(shù)不需要輔助粉磨設(shè)備,這也是一種節(jié)約。
在設(shè)計(jì)
在裝備方面采用了一流的設(shè)備:輥壓機(jī)由KruppPolysius公司提供,規(guī)格為POLYCOM20/13,Φ2.00m×1.30m,裝機(jī)功率2×1460kW;兩列斗式提升機(jī)由Rexnord公司提供,輸送能力為2×660t/h,比系統(tǒng)的物料循環(huán)量要高;選粉機(jī)和打散機(jī)采用一體化設(shè)備,選粉機(jī)內(nèi)置打散機(jī),由KruppPolysius公司提供,選粉機(jī)的柵籠直徑為3.1m,最大分選風(fēng)量為285000m3/h;后置的袋收塵器過濾面積為4400m2。
SEPOL-IP選粉機(jī)簡圖
比利時(shí)的Lixhe水泥廠的第一套輥壓機(jī)終粉磨水泥系統(tǒng),于1995年4月投入生產(chǎn)。該系統(tǒng)至今已運(yùn)轉(zhuǎn)了3000小時(shí),生產(chǎn)了40萬噸水泥,節(jié)電效果顯著,其電耗情況見下表。
輥壓機(jī)系統(tǒng)中各單機(jī)電耗(kWh/t)表
項(xiàng)目 |
水泥品種 |
||
Ⅰ42.5 |
ⅡB32.5 |
ⅢA32.5 |
|
輥壓機(jī) |
11.5 |
9.0 |
13.0 |
碎散機(jī)、選粉機(jī)、主風(fēng)機(jī)、斗式提升機(jī) |
7.9 |
5.2 |
11.9 |
水泥輸送設(shè)備 |
7.6 |
5.8 |
12.1 |
總計(jì) |
27.0 |
20.0 |
37.0 |
球磨系統(tǒng)與輥壓機(jī)系統(tǒng)粉磨電耗比較(kWh/t)表
水泥品種 |
球磨系統(tǒng) |
輥壓機(jī)系統(tǒng) |
節(jié)能效果(%) |
ⅡB32.5 |
41 |
20 |
51 |
Ⅰ42.5LA |
40 |
22 |
45 |
Ⅰ42.5R |
47 |
27 |
42 |
ⅢA32.5 |
54 |
37 |
34 |
對比球磨機(jī)系統(tǒng)和輥壓機(jī)系統(tǒng)的水泥性能,生產(chǎn)的Ⅱ42.5波特蘭水泥的砂漿及混凝土性能如下表。數(shù)值n表示水泥在比表面積340m2/kg時(shí)水泥顆粒分布的斜率。
球磨機(jī)系統(tǒng)與輥壓機(jī)系統(tǒng)水泥性能比較
水泥性能 |
球磨機(jī)系統(tǒng) |
輥壓機(jī)系統(tǒng) |
||
比表面積(m2/kg) |
340 |
335 |
||
分布斜率n |
0.75 |
0.96 |
||
需水量(%) |
26 |
29 |
||
混凝土水灰比 |
0.54 |
0.54 |
||
初凝時(shí)間(h) |
3.30 |
4.10 |
||
抗壓強(qiáng)度(MPa) |
水泥砂漿 |
3d |
26.0 |
28.0 |
7d |
44.0 |
47.0 |
||
28d |
57.0 |
60.0 |
||
混凝土 |
3d |
20.0 |
20.3 |
|
7d |
36.0 |
35.5 |
||
28d |
47.0 |
46.5 |
可以看出,輥壓機(jī)系統(tǒng)比球磨系統(tǒng)水泥顆粒分布窄, 因?yàn)樾路勰ハ到y(tǒng)裝備了高效選粉機(jī),需水量受其影響也由26%上升到29%。而在混凝土上目前尚未暴露出問題,水灰比與抗壓強(qiáng)度之間基本沒有區(qū)別,在CemⅢA32.5高爐礦渣水泥檢測中結(jié)果也相同。
在某些銷售市場,需水量高的水泥不被接受,但CBR公司很幸運(yùn),輥壓機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥為顧客所接受,他們對水泥很滿意。尤其在質(zhì)量穩(wěn)定性與水泥溫度低兩方面,即使夏季也<50℃,盡管需水量仍有些偏高,但銷售狀況良好。
實(shí)踐證明,輥筒磨已經(jīng)成功用于水泥終粉磨,而且其產(chǎn)品水泥的性能要優(yōu)于立磨。輥筒磨在一個(gè)橄欖形變徑輥與一個(gè)圓筒內(nèi)面間粉磨物料,具有如下特點(diǎn):
?、?由于輥?zhàn)訛閹?dòng)旋轉(zhuǎn),中間還有物料,滑動(dòng)不可避免,二者的角速度不同;② 由于輥?zhàn)友剌S向變徑,輥面在軸向上的線速度不同。兩個(gè)不同導(dǎo)致物料沿軸向受到的擠壓力和剪切力不同,有利于拓寬產(chǎn)品的顆粒級配。
?、?由于輥?zhàn)虞^長,輥筒之間給予物料的力不是太大;④ 由于輥筒磨的長徑比較大,物料將受到多次循環(huán)粉磨。中等壓力下的多次循環(huán)、反復(fù)搓磨,有利于產(chǎn)品顆粒形狀的球形化。
那么,用于終粉磨的輥壓機(jī)也可借鑒輥筒磨的特點(diǎn),采用變徑輥甚至調(diào)速設(shè)計(jì),也可作為優(yōu)化水泥顆粒級配和形狀的措施之一。
最簡單的是將輥?zhàn)釉O(shè)計(jì)為錐臺結(jié)構(gòu),沿軸線方向呈一頭大一頭小,將兩個(gè)輥?zhàn)诱{(diào)頭裝配,一支輥?zhàn)哟箢^與另一支輥?zhàn)拥男☆^置同一側(cè)。這樣,當(dāng)兩支輥?zhàn)酉鄬πD(zhuǎn)時(shí),即使兩個(gè)輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速相同,即輥?zhàn)拥慕撬俣认嗤珒蓚€(gè)輥?zhàn)酉鄬?yīng)點(diǎn)的線速度卻不同,通過輥?zhàn)拥奈锪暇蜁谑艿綁毫Φ耐瑫r(shí),在軸線上的不同點(diǎn)也受到不同剪切力。
其一,剪切力的不同可以拓寬物料的顆粒級配;其二,在中等壓力大循環(huán)的情況下,剪切力可以對物料反復(fù)搓磨,從而使擠壓產(chǎn)生的片狀、柱狀、棱形物料被球形化。如果對兩個(gè)輥?zhàn)釉俜謩e施行變頻調(diào)速,將進(jìn)一步增大對物料的適應(yīng)性和改善水泥的和易性。
輥壓機(jī)與立磨的粉磨機(jī)理同樣為料層粉碎,沖擊物料的飛濺能得到比立磨更好的應(yīng)用,因而粉磨能量利用率更高,粉磨電耗應(yīng)該比立磨更低。但輥壓機(jī)粉磨產(chǎn)品存在球形度差、石膏粒度偏粗、C3A活化不佳等問題,導(dǎo)致水泥需水量高,影響了水泥的產(chǎn)品性能。
出立磨與出輥壓機(jī)的顆粒形狀對比
輥壓機(jī)與立磨的不同點(diǎn)在于立磨是多次粉碎,而輥壓機(jī)的粉碎次數(shù)要少得多。那么,我們是否能夠通過增加輥壓機(jī)閉路系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷,以增加粉碎次數(shù)呢?這一點(diǎn),我們已經(jīng)利用現(xiàn)有的水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng),作了一定的研究試驗(yàn),遺憾的是,結(jié)果很不理想。
隨著輥壓機(jī)及其循環(huán)系統(tǒng)的進(jìn)一步加大,結(jié)果是系統(tǒng)裝機(jī)功率上去了,而輥壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行功率卻要比預(yù)想的小的多,有的還有所下降,大輥壓機(jī)只是干了小輥壓機(jī)的活,導(dǎo)致了系統(tǒng)電耗不但不能降低,反而升高。
怎么會是這種結(jié)果呢?分析認(rèn)為,輥壓機(jī)對物料的粒度均一性要求較高,特別對易碎性比較差的物料更是如此,不像球磨機(jī)對大粒小粒都能做功,對物料顆粒的適應(yīng)范圍較寬。
當(dāng)輥壓機(jī)被粒大難碎的物料擠開輥縫后,對粒度小得多的回粉做功就非常有限了,所以單純的提高循環(huán)負(fù)荷是沒有用的。問題講清了措施也就有了,輥壓機(jī)用于水泥終粉磨的根本問題,就是必須解決輥壓機(jī)對物料粒度的均一性要求。
要解決輥壓機(jī)對物料粒度的均一性要求,最簡單的措施就是采用二級輥壓粉磨系統(tǒng)。第一級為輥壓機(jī)預(yù)粉碎系統(tǒng),采用高壓力輥壓機(jī),開路一次通過,主要是消除物料的大顆粒;第二級為循環(huán)粉磨系統(tǒng),采用中壓力輥壓機(jī),閉路多次循環(huán)通過,經(jīng)分級設(shè)備分選出合格產(chǎn)品。據(jù)有關(guān)報(bào)導(dǎo),法國Cormeillers水泥廠,就是采用多次循環(huán)工藝建成投產(chǎn)了世界上第一條輥壓機(jī)水泥終粉磨生產(chǎn)線。
水泥輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)流程圖
不論是“輥壓機(jī)磨外粉碎” 系統(tǒng)、輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng),還是現(xiàn)有的輥壓機(jī)預(yù)粉磨和聯(lián)合粉磨,都必須關(guān)注入料的粒度均一性問題。如果入料粒度的均一性較差,特別是易碎性差時(shí),就應(yīng)該考慮對大粒度物料的預(yù)破碎或者預(yù)輥壓。
以上,只是一些理念性設(shè)想,尚需大量的實(shí)踐驗(yàn)證。今天談這個(gè)問題還有點(diǎn)兒早,目的是想通過拋磚引玉,促進(jìn)溝通交流,希望設(shè)計(jì)院、設(shè)備廠、水泥廠等都不要喪失信心,共同攜手開發(fā),讓水泥輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)盡快成熟起來,服務(wù)于水泥行業(yè)。
編輯:何姝
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