淺析水泥預(yù)粉磨系統(tǒng)的技術(shù)改造

  摘要：CZ公司水泥制成采用輥壓機(jī)+機(jī)械篩分+Ф4.2 m×13 m管磨機(jī)+O-Sepa選粉機(jī)水泥預(yù)粉磨閉路系統(tǒng)，改造時(shí)將1號(hào)磨Ф4.2 m×13 m（磨尾單風(fēng)機(jī)）改造為前置輥壓機(jī)（RP120-80）的水泥預(yù)粉磨工藝，并對(duì)O-Sepa選粉機(jī)及管磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)改造及優(yōu)化。改造后達(dá)到了增產(chǎn)與節(jié)電的效果。

  0 引 言

  CZ公司已投產(chǎn)的2×2500t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線，配置兩臺(tái)Ф4.2m×14m和一臺(tái)Ф4.2m×13m水泥管磨機(jī)，均為帶O-Sepa選粉機(jī)的一級(jí)閉路粉磨系統(tǒng)。為進(jìn)一步節(jié)能降耗，將1號(hào)磨Ф4.2m×13m（磨尾單風(fēng)機(jī)）改造為前置輥壓機(jī)（RP120-80）的水泥預(yù)粉磨工藝。并對(duì)O-Sepa選粉機(jī)及管磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)改造及優(yōu)化，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行與調(diào)整，達(dá)到了增產(chǎn)目標(biāo)，并取得了較好的節(jié)電效益。

  1 工藝流程與設(shè)備配置

  熟料、石膏及混合材按照一定比例配料，由皮帶輸送機(jī)、循環(huán)提升機(jī)經(jīng)除鐵器后進(jìn)入輥壓機(jī)稱重倉(cāng)?；旌衔锪嫌奢亯簷C(jī)擠壓，再經(jīng)循環(huán)提升機(jī)輸送至回轉(zhuǎn)篩（篩縫6 mm），機(jī)械篩分后粗大顆粒物料繼續(xù)送回穩(wěn)流稱重倉(cāng)，細(xì)料通過下料溜槽喂入管磨機(jī)粉磨后由磨尾提升機(jī)送至O-Sepa高效水平渦流選粉機(jī)分選，成品隨氣流進(jìn)入布袋收塵器收集，由空氣輸送斜槽、成品提升機(jī)送至水泥庫儲(chǔ)存，分離后的粗粉經(jīng)空氣輸送斜槽回到磨頭，進(jìn)入磨內(nèi)重新粉磨。系統(tǒng)主、輔機(jī)設(shè)備配置見表1。

  2 輥壓機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化改造

  2.1 采用輥壓機(jī)預(yù)粉磨的特點(diǎn)

  目前我國(guó)2 000 t/d及以上的新型干法線或粉磨站，水泥制備多采用輥壓機(jī)（少數(shù)采用立磨）與管磨機(jī)組成的預(yù)粉磨或聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，這是因?yàn)檩亯簷C(jī)的粉磨效率為管磨機(jī)的4倍，系統(tǒng)有較大的增產(chǎn)、節(jié)電空間。采用輥壓機(jī)擠壓預(yù)粉磨后，物料發(fā)生以下變化：粒度減小，新生比表面積增大，經(jīng)高壓擠壓后的物料產(chǎn)生的微觀裂紋，顯著改善了其易磨性，邦德功指數(shù)降低15%～25%，后續(xù)管磨機(jī)破碎倉(cāng)功能移至磨外，系統(tǒng)可增產(chǎn)30%～70%、節(jié)電10%～25%，能耗較原來顯著下降。輥壓機(jī)擠壓+機(jī)械篩分級(jí)機(jī)+管磨機(jī)+選粉機(jī)雙閉路粉磨系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：輥壓機(jī)擠壓后物料經(jīng)篩分分級(jí)，出篩細(xì)顆粒進(jìn)入管磨機(jī)粉磨，粗顆粒返回稱重倉(cāng)再循環(huán)擠壓，管磨機(jī)一倉(cāng)功能由輥壓機(jī)與篩分分級(jí)系統(tǒng)承擔(dān)，可較普通閉路流程大幅度增產(chǎn)。

  2.2 CZ公司輥壓機(jī)應(yīng)用初期存在的問題

  在CZ公司輥壓機(jī)應(yīng)用初期（擠壓物料未經(jīng)分級(jí)入磨）過程中存在如下問題：

  （1）油缸壓力過低，試運(yùn)行階段工作壓力為6.5 MPa左右，擠壓后的物料中細(xì)粉含量偏少，導(dǎo)致系統(tǒng)物料循環(huán)量大。

  （2）穩(wěn)流稱重倉(cāng)下料不連續(xù)，輥壓機(jī)頻繁震動(dòng)，動(dòng)、定輥電流相差值過大，由于中控設(shè)置有連鎖（動(dòng)、定輥電流相差≥5 A時(shí)設(shè)備自動(dòng)停止工作），輥壓機(jī)經(jīng)常跳停。

  （3）由于擠壓后的入磨物料無分級(jí)，粒徑大小參差不齊，顆粒分布范圍較寬，使后續(xù)管磨機(jī)系統(tǒng)粉磨效率的提高受到一定限制。

  （4）壓力傳感器檢測(cè)誤差，壓力傳感器所測(cè)的壓力比實(shí)際壓力偏高，斜插板開度不敢提高，輥壓機(jī)電流較低，達(dá)不到額定電流的50%。

  2.3 改造措施

  （1）邀請(qǐng)輥壓機(jī)制造廠家專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)常用液壓部件和密封件進(jìn)行處理后，將油缸壓力由6.5 MPa提高至 8 MPa左右。

  （2）穩(wěn)流稱重倉(cāng)下料錐斗部位與水平面夾角由原來的45°放大至60°左右，以保證料流通暢，輥壓機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

  （3）校正壓力傳感器的檢測(cè)誤差，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作。由于油缸壓力的提高，輥壓機(jī)工作輥縫由原來的26 mm提高至30 mm，并調(diào)節(jié)斜插板位置。輥壓機(jī)的主電機(jī)運(yùn)行電流能達(dá)到額定電流的60%～80%，輥壓機(jī)發(fā)揮出較好的擠壓功效，為后續(xù)管磨機(jī)增產(chǎn)、節(jié)電創(chuàng)造了有利條件。

  （4）加設(shè)回轉(zhuǎn)篩，保證管磨機(jī)入料粒度均勻，以實(shí)現(xiàn)磨內(nèi)合理配球，穩(wěn)定磨況。將原配置篩網(wǎng)孔徑由8 mm換成6 mm，篩析后小于6 mm的細(xì)顆粒物料由階梯式防磨下料溜槽喂入管磨機(jī)進(jìn)行粉磨，中、粗顆粒物料返回到穩(wěn)流稱重倉(cāng)進(jìn)入輥壓機(jī)繼續(xù)擠壓。

  3 管磨機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)改造

  3.1 改造前情況

  管磨機(jī)改造前有效倉(cāng)長(zhǎng)、研磨體級(jí)配見表2。

  3.2 改造措施

  （1）采用磨前擠壓預(yù)粉磨及篩分分級(jí)工藝后，入磨物料粒度小而均勻，顆粒分布范圍變窄，管磨機(jī)一倉(cāng)長(zhǎng)度宜適當(dāng)縮短，細(xì)磨倉(cāng)延長(zhǎng)，以適應(yīng)細(xì)顆粒狀物料磨細(xì)要求。磨內(nèi)研磨體級(jí)配過程中，既可采取“兩頭小、中間大”，亦可采用“逐漸大”的級(jí)配方式^[1]，增強(qiáng)研磨體對(duì)物料的研磨功能?？紤]到該磨機(jī)兩倉(cāng)倉(cāng)長(zhǎng)比例已基本滿足水泥預(yù)粉磨技術(shù)要求與物料粗磨及細(xì)磨等綜合因素，各倉(cāng)長(zhǎng)保持不變。

  （2）管磨機(jī)主電機(jī)額定電流418A，實(shí)際運(yùn)行只有電流319A?？紤]到運(yùn)行電流還有較大的富余量，決定適當(dāng)增加管磨機(jī)各倉(cāng)研磨體裝載量，提高研磨體總表面積，為磨內(nèi)創(chuàng)造更多合格細(xì)粉。磨機(jī)主電機(jī)電流一般的規(guī)律是：每增加或減少1t研磨體，主電機(jī)工作運(yùn)行電流上升或下降0.8～1.0A左右。若采用邊緣傳動(dòng)方式，因主電機(jī)、減速機(jī)與邊緣傳動(dòng)齒輪在出料端，提高磨機(jī)細(xì)磨倉(cāng)裝載量比增加第一倉(cāng)裝載量、對(duì)磨機(jī)主電機(jī)工作運(yùn)行電流上升幅度的影響要大些^[2]。該磨機(jī)為雙滑履傳動(dòng)，根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，每增、減1 t研磨體導(dǎo)致主電機(jī)工作電流變化升、降1.0 A左右。

  （3）鋼球重新級(jí)配。為減緩物料流速，強(qiáng)化細(xì)研磨能力，可遵循以下原則：

  ①鋼球填充率：為使物料充分研磨，保證磨機(jī)出料中含有足夠量合格微粉，磨機(jī)第二倉(cāng)填充率比第一倉(cāng)高1%～2%左右，一般一倉(cāng)28%～30％、二倉(cāng)30%～33％。

  ②最大球徑與平均球徑選擇：沒有配置打散分級(jí)機(jī)或V型選粉機(jī)分級(jí)的預(yù)粉磨系統(tǒng)，輥壓后的物料大部分直接入磨，此時(shí)物料粒徑分布較寬，若輥壓機(jī)處理物料能力較小、擠壓效果不好或熟料、混合材易磨性較差時(shí)，鋼球最大球徑要增大至Φ70 mm甚至以上。 至于平均球徑，一倉(cāng)主要考慮入磨物料粒度、易磨性等，一般可在Dcp60 mm～69 mm之間選取；二倉(cāng)應(yīng)根據(jù)成品質(zhì)量等因素，需要提高細(xì)磨能力，平均球徑多數(shù)在Dcp20 mm～28 mm之間選取^[3] 。但本次改造在磨前增設(shè)輥壓機(jī)預(yù)粉磨+篩分分級(jí)閉路工藝，入磨物料最大粒度已控制在6 mm以下，入磨物料粒度小、分布范圍窄，根據(jù)熟料、混合材易磨性及摻加量、脫硫石膏水分等指標(biāo)，此時(shí)需提高一倉(cāng)粗研磨能力，可降低最大鋼球尺寸， 不使用Φ90 mm鋼球，最大球徑調(diào)整至Ф80 mm，二倉(cāng)最大球徑調(diào)整至40 mm。縮小一倉(cāng)、二倉(cāng)的平均球徑，有效增加研磨能力。根據(jù)磨主電機(jī)運(yùn)行電流是否有富裕以及隔倉(cāng)板、出磨篦板中心圓板直徑尺寸等因素綜合考慮，適當(dāng)增加一倉(cāng)、二倉(cāng)的填充率。

  （4）增設(shè)輥壓機(jī)預(yù)粉磨及篩分分級(jí)工藝后，入磨物料粒度及研磨體平均球徑降低，磨內(nèi)磨細(xì)程度提高。同時(shí)，將管磨機(jī)隔倉(cāng)板篦縫由10 mm封焊至8 mm，出料篦縫由8 mm封焊至6 mm，進(jìn)一步增加出磨物料中成品顆粒含量。

  （5）倒倉(cāng)重新級(jí)配時(shí)發(fā)現(xiàn)磨內(nèi)部分研磨體已經(jīng)嚴(yán)重變形甚至破損，還出現(xiàn)堵塞篩分隔倉(cāng)板篦縫的現(xiàn)象。研磨體全部改用機(jī)械性能優(yōu)良的高鉻合金鑄鐵材質(zhì)的優(yōu)質(zhì)鋼球，其洛氏硬度HRC≥58～62，沖擊韌性α k≥ 3～7 J/cm 2、破損率＜1.0%、單倉(cāng)磨耗＜40 g/t水泥。表3為改造后磨機(jī)各倉(cāng)長(zhǎng)及研磨體級(jí)配。

  （6）為消除因入磨熟料溫度高導(dǎo)致助磨劑有效成分揮發(fā)，將助磨劑由進(jìn)料皮帶加入改為直接從磨頭喂入管磨機(jī)。

  4 O-Sepa選粉機(jī)的技術(shù)改造

  4.1 O-Sepa選粉機(jī)存在的缺陷

  在未加設(shè)輥壓機(jī)前，該系統(tǒng)中O-Sepa選粉機(jī)的循環(huán)負(fù)荷在250%左右，選粉效率50%左右，45μm回粉篩余只有60%。由此可見，選粉機(jī)回粉中仍含有大量成品回到磨機(jī)內(nèi)繼續(xù)粉磨，從而導(dǎo)致磨內(nèi)過粉磨現(xiàn)象十分嚴(yán)重，一部分細(xì)粉會(huì)在研磨體及襯板表面產(chǎn)生緩沖墊層，影響研磨體做功，尤其是細(xì)磨倉(cāng)內(nèi)溫度較高，更易引起小鋼球與襯板表面嚴(yán)重粘附，大幅降低粉磨效率、增加電耗。

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  雖以O(shè)-Sepa選粉機(jī)為代表的籠式選粉機(jī)相對(duì)于第一代離心式選粉機(jī)和第二代旋風(fēng)式選粉機(jī)在分級(jí)性能上大大提高，但O-Sepa選粉機(jī)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及進(jìn)風(fēng)方式等也存在一定缺陷，仍有部分影響選粉效率的因素。通過對(duì)O-Sepa選粉機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真分析和研究，影響選粉效率的因素主要有以下幾個(gè)方面：

  （1）物料經(jīng)頂部?jī)蓚€(gè)（或四個(gè)）喂料口進(jìn)入O-Sepa選粉機(jī)，經(jīng)撒料盤旋轉(zhuǎn)后離心分散。因O-Sepa選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠的撒料盤是一圓環(huán)面，特別是采用筒體上部抽吸式出風(fēng)的結(jié)構(gòu)，圓環(huán)面的半徑差比較小，所以很難將粉料沿四周均布，形成不了均勻的料幕，造成分散、分級(jí)不充分。

  （2）O-Sepa選粉機(jī)采用蝸殼形結(jié)構(gòu)分別在筒體切向方向進(jìn)入一次風(fēng)和二次風(fēng)，一般一次風(fēng)既可以是（部分）來自于磨機(jī)內(nèi)的通風(fēng)，亦可全部來源于外部。二、三次風(fēng)一般采用室外的清潔空氣，而三次風(fēng)從下錐體底部進(jìn)入，大部分氣流則由一、二次風(fēng)管經(jīng)導(dǎo)流葉片進(jìn)入環(huán)形分級(jí)區(qū)。三次風(fēng)風(fēng)量小，會(huì)造成籠形轉(zhuǎn)子下部截面風(fēng)速過低，不能將沿壁滑落下物料中的細(xì)粉有效吹入分級(jí)區(qū)域，無法形成有效的二次風(fēng)選效果。

  （3）O-Sepa選粉機(jī)圓柱形籠式轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能夠與其同導(dǎo)向葉片之間形成均勻的圓柱形渦流場(chǎng)，在粉料的重力、粉料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力和氣流徑向運(yùn)動(dòng)對(duì)粉體產(chǎn)生的粘滯力（拖拽力）共同作用下實(shí)現(xiàn)分級(jí)。但在O-Sepa選粉機(jī)分級(jí)轉(zhuǎn)籠的上端，由于被拋撒的粉料撞擊在擋料板上，然后在自重沉降的作用下垂直下落，形成有一定厚度的料幕，但此時(shí)粉料并沒有與氣流同步旋轉(zhuǎn)，也就是說粉體只是自由下落還沒旋轉(zhuǎn)，即還沒有產(chǎn)生慣性離心力，也就沒有達(dá)到分級(jí)狀態(tài)，但由于氣流的徑向運(yùn)動(dòng)仍然是存在的，這樣會(huì)有一部分不合格的粉料進(jìn)入轉(zhuǎn)籠中的可能，影響O-Sepa選粉機(jī)分級(jí)后的切割粒徑，從而導(dǎo)致O-Sepa選粉機(jī)的工作選粉效率降低。

  （4）三次風(fēng)管裝在下錐體上，數(shù)量少、管徑細(xì)，不能對(duì)落下來的粗粉進(jìn)行有效地二次分選。解現(xiàn)在很多水泥企業(yè)O-Sepa選粉機(jī)工作時(shí)，三次風(fēng)閥的開度比例大多處于很小或關(guān)閉狀態(tài)。

  （5）一部分物料在分散過程中，在選粉機(jī)進(jìn)風(fēng)蝸殼區(qū)域內(nèi)沉積，進(jìn)而影響一次進(jìn)風(fēng)口的截面風(fēng)速及分級(jí)效果。

  4.2 O-Sepa選粉機(jī)的改造

  針對(duì)以上問題，引進(jìn)南京工業(yè)大學(xué)“多級(jí)氣流復(fù)合式選粉機(jī)”專利技術(shù)對(duì)O-Sepa選粉機(jī)實(shí)施以下改造：

  （1）撒料盤的改造：通過增設(shè)擋料圈和擋料環(huán)，使進(jìn)入選粉機(jī)的物料能夠達(dá)到撒料均勻，分散、分級(jí)、收集效果更好。（2）喂料系統(tǒng)中的分料器的均勻性改造：使四個(gè)進(jìn)料口的料量基本接近，更有利于撒料過程中

  形成均勻料幕，提高系統(tǒng)的選粉效率。

  （3）選粉機(jī)的一、二、三次風(fēng)以及磨內(nèi)風(fēng)速的調(diào)整：穩(wěn)定磨內(nèi)工況，同時(shí)一、二次風(fēng)閥能夠靈活調(diào)節(jié)，消除物料沉積現(xiàn)象。

  （4）改進(jìn)導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)，使分級(jí)效率更高。

  （5）更換下部錐體，強(qiáng)化三次風(fēng)：提高三次風(fēng)的徑向風(fēng)速將沿壁滑落下物料中的細(xì)粉有效吹入分級(jí)區(qū)域，充分利用三次風(fēng)提高二次風(fēng)選的選粉效率。三次風(fēng)強(qiáng)化可以降低選粉機(jī)內(nèi)粉體的溫度，有利于增加對(duì)成品的冷卻效果。

  （6）優(yōu)化改進(jìn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善并穩(wěn)定選粉機(jī)內(nèi)部氣體流場(chǎng)。

  4.3 使用O-Sepa選粉機(jī)注意事項(xiàng)

  （1）對(duì)于磨尾采用單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)配置中的O-Sepa選粉機(jī)會(huì)遇到一個(gè)常見問題：當(dāng)主排風(fēng)機(jī)風(fēng)閥開度有變化時(shí)，磨內(nèi)流速也會(huì)隨之而改變。當(dāng)選粉機(jī)需要增大風(fēng)量時(shí)，主排風(fēng)機(jī)風(fēng)閥開度隨之增大，磨內(nèi)風(fēng)速提高、物料流速加快、出磨水泥跑粗、成品顆粒含量降低，為控制成品細(xì)度合格，不得不調(diào)節(jié)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速來達(dá)到要求。為此，在一次風(fēng)管處增設(shè)可調(diào)節(jié)的閘板閥門調(diào)控磨機(jī)通風(fēng)，并在閘板閥門上方分別增設(shè)Φ500 mm和Φ300 mm的補(bǔ)風(fēng)閥門各一個(gè)，這樣即使主排風(fēng)機(jī)閥門開度有變化，選粉機(jī)需要增大風(fēng)量時(shí)，磨尾負(fù)壓也能夠受控，對(duì)磨內(nèi)物料流速的影響可以降到最低。

  （2）O-Sepa選粉機(jī)一、二、三次風(fēng)比例須保持相對(duì)穩(wěn)定，不宜頻繁調(diào)整。有條件的企業(yè)可以使用電動(dòng)閘板閥來控制主風(fēng)管的通風(fēng)面積來控制磨內(nèi)流速并由中控人員操作其開度，會(huì)更加方便、快捷。

  （3）O-Sepa選粉機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與用風(fēng)必須匹配。在閉路系統(tǒng)中產(chǎn)品細(xì)度如果用篩余來控制，將更多受到選粉機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，如果用比表面積及顆粒級(jí)配來控制時(shí)，將更多受系統(tǒng)風(fēng)量的影響。系統(tǒng)改造后O-Sepa選粉機(jī)用風(fēng)比例為：一次風(fēng)閥開度100%，二次風(fēng)閥開度60%，三次風(fēng)閥開度100%，主風(fēng)管補(bǔ)風(fēng)閥開度70%左右。經(jīng)調(diào)整后該系統(tǒng)回粉篩余（45 μm）由60%左右提高至70%以上，回粉中水泥成品含量降低，循環(huán)負(fù)荷由250%左右下降至120%以內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行工況處于良性循環(huán)狀態(tài)。

  4.4 改造效果

  改造后的O-Sepa選粉機(jī)分級(jí)性能提高，可顯著改善成品水泥的顆粒級(jí)配：成品中3 μm～32μm顆粒含量的增加對(duì)水泥強(qiáng)度的發(fā)揮起主導(dǎo)作用，分選后的水泥中小于3 μm以下顆粒含量減少，可最大限度地減少磨內(nèi)過粉磨及粘附現(xiàn)象、提高粉磨效率。表4為馬爾文激光粒度分析儀對(duì)系統(tǒng)改造前、后成品水泥的顆粒級(jí)配分析結(jié)果。

  5 結(jié)束語

  系統(tǒng)改造前后磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、粉磨電耗見表5。按全年設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率80%，噸水泥粉磨電耗降低5kW•h計(jì)算，改造后年可節(jié)電525.6萬kW•h。以電費(fèi)0.60元/kW•h計(jì)算，僅節(jié)電一項(xiàng)年增加效益可達(dá)315.36萬元。改造前、后P•O42.5水泥強(qiáng)度及混合材摻加量變化見表6。通過對(duì)O-Sepa選粉機(jī)的系統(tǒng)技術(shù)改造，選粉效率、循環(huán)負(fù)荷對(duì)比見表7。由表7數(shù)據(jù)可以看出，改造后循環(huán)負(fù)荷已降至120%以下，O-Sepa選粉機(jī)選粉效率(45 μm)已提高 至75%以上，成品水泥比表面積由改造前的342m ²/kg提高至354m²/kg，即便是增加了3%混合材摻入量，水泥3 d、28 d抗壓強(qiáng)度仍增長(zhǎng)1 MPa左右，充分說明改造后的O-Sepa選粉機(jī)分級(jí)性能更好。

  理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐證明：?jiǎn)味畏勰サ哪芎呐c成品磨細(xì)程度（比表面積）成正比，“分段粉磨”的能耗要低于單段粉磨能耗?！胺侄畏勰ァ睆?qiáng)調(diào)各段功能更細(xì)化、更明確，提高每一段的做功能力，則更有利于系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電。

  在產(chǎn)能過剩的嚴(yán)峻形勢(shì)下，水泥企業(yè)應(yīng)積極優(yōu)化技術(shù)改造，降低成本，節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量，始終保持優(yōu)良的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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