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2018年05月16日 11:05:01
水泥工业粉磨系统的节电方法

 田力1  袁东2  杨国春1
(1. 酒钢<集团>宏达建材有限责任公司,甘肃嘉裕关735100;2. 中国中材集团有限公司,北京100035)

0 引言
    水泥粉磨系统技术进步的实质动力是为了追求更低的粉磨电耗,以增加企业效益。尽管先进的工艺已经取得了突破性进展,也在很多新建的水泥生产线中得到了应用,但庞大的水泥工业,不可能每条生产线都立马换上新工艺。因而创新的小改小革和正确的精细化管理方法及经验备受企业重视。
    在水泥生产过程中,粉磨电耗约占水泥生产总电耗的65%~75%,粉磨成本占生产总成本的35%左右,因此降低粉磨电耗是降低水泥行业耗能的关键途径之一。由于对粉磨技术认识的差异,同样规格及同样粉磨工艺的系统电耗差距很大。大量的实例证明,先进的粉磨系统是一个经过科学优化的系统,任何一个因素不合理,都会影响系统产量,而一个能耗高、产量低的粉磨系统,必然存在很多问题,使系统无法达到理想状态。本文在介绍粉磨技术发展趋势的基础上,对目前常见的粉磨系统的节电方法进行论述。

1 粉磨技术的发展趋势
    粉磨系统电耗的高低是判断粉磨系统优劣的重要标准。目前,粉磨技术正在向完全无球化(立磨或辊压机终粉磨)、设备大型化的方向发展,伴随着水泥工艺技术的进步,水泥生产综合电耗的变化趋势如下:球磨机时代>100 kWh/t;部分料床粉磨时代90 kWh/t左右;无球化时代<80 kWh/t。

2 降低球磨机系统电耗的方法
2.1 物料对粉磨系统电耗的影响
    (1)物料易磨性对粉磨系统电耗的影响。水泥粉磨系统产量的高低,受熟料易磨性的影响,粉磨电耗相差较大。熟料的易磨性与熟料中各矿物组成的含量、熟料的冷却速度有关,当熟料矿物组成中C3S含量多、C4AF含量少、熟料冷却速度快、熟料矿物形成结晶细小的玻璃体、质地较脆,则易磨性较好;若熟料矿物组成中C2S和C4AF含量高、熟料韧性大、易磨性系数小,则熟料难以粉磨,电耗相对高。另外,熟料的易磨性还与煅烧气氛、煅烧温度、升温速率等有关,如过烧料或黄心料的易磨性就比较差。

    (2)物料粒度大小的影响。由于球磨机在物料粉磨时的电能利用率一般仅为3%~5%,因而降低入磨物料粒度,可以降低粉磨电耗。生产实践表明,当入磨物料平均粒度从30 mm降到2 mm~3 mm时,则磨机产量可提高50%以上。众所周知,当磨机产量大幅提升时,其对应电耗也会大幅降低。国内外技术人员经过多年的深入研究和生产实践,提出了“多破少磨,以破代磨”的预粉碎工艺,使得磨机的产量大幅度提高,粉磨电耗降低,增产节能效果明显。另外,为减少过粉磨现象,当磨机内加入粉状物料时,如水泥粉磨采用粉煤灰作为混合材时,应先进入选粉机,经选粉机分选后细粉作为成品入库,粗粉入磨进行粉磨,可提高球磨机粉磨效18率,降低电耗。

    (3)物料温度和水分对粉磨系统电耗的影响。当入磨物料温度超过80 ℃时,由于受钢球冲击作用,大部分机械能转化为热能,磨内温度可超过120 ℃,过高的磨内温度容易造成物料颗粒产生静电吸附作用,形成细小颗粒的衬垫层,对研磨体的冲击和研磨起缓冲作用,粉磨效率降低,电耗增高,水泥磨产量会降低10%~15%。当水泥磨磨内温度高达120 ℃时,会造成石膏脱水,生成半水石膏,或完全脱水变成无水石膏,引起水泥速凝或假凝,影响水泥质量。另外,磨内温度高,还会造成磨机筒体和轴承等零部件温度升高,润滑作用降低,影响设备的长期安全运转,甚至有的企业出现停磨降温的现象,不仅影响产量,而且频繁地停磨造成台时产量的降低和电耗的上升 。因此,在正常生产情况下要尽可能降低入磨熟料温度。

    同时入磨物料水分一定要严格控制,当物料中水分波动较大(1%~5%)时,磨机产量波动较大,会严重影响磨机的正常生产运行。因此入磨物料平均水分一般应控制在1.0%~1.5%为宜。

2.2 磨机通风对粉磨系统电耗的影响
    加强磨机内通风,可减少磨机内缓冲现象,有利于加快磨机内物料流速,降低磨内温度,可起到提高磨机产量的作用,球磨机内风速一般应控制在0.9~1.1 m/s的范围内,如果磨机内风速过低,细粉不能及时出磨,造成过粉磨现象,会大大降低粉磨效率。因此,需要加强收尘器的维护管理,提高通风面积、降低通风阻力,一方面可以使磨机内通风合理,降低粉磨电耗,另一方面可以降低排风机电耗。同时更要重视粉磨系统各部位的密封管理,加强日常维护和巡检,减少系统漏风。磨机系统漏风会直接影响磨机内的通风和粉磨效率,还会造成辅机设备的功率增大,从而使得磨机产量降低、电耗增加。

2.3 磨机的定期维护和检修
    为保证磨机运行保持良好状况,必须对磨机进行定期检查和维护,对磨机的钢球级配、填充率、装载量、选粉效率、循环负荷率、筛析曲线的定期测定等方面进行细化管理,保持磨机系统稳定高产低能耗运行。磨机的运行状况合理与否直接影响着磨机的产量、质量和研磨体的消耗。一个合理的研磨体级配是相对的、暂时的,最适宜的级配方案,要根据具体情况,通过长期生产实践,不断进行统计、分析、测定和总结,从而达到适合本机的最优化状态。

2.4 颗粒级配对产品质量及电耗的影响
    (1)水泥颗粒级配对性能的影响在国内外已经有了长期的分析和研究,并取得了基本结论,对于高等级硅酸盐水泥来说:水泥最佳性能的颗粒级配为3μm~32μm,此级配的颗粒总量需>65%,<3μm的细颗粒不可超过10%,>65μm和<1μm的颗粒越少越好,最好没有,这样对水泥强度的发挥最好。因此,要定期对颗粒级配进行分析,判断磨内粉磨状况,及时调整钢球级配,减少过粉磨现象,提高磨机粉磨效率,降低系统电耗。
    (2)分别粉磨的优势。在用易磨性较差的矿渣等原料作为混合材粉磨水泥时,虽然矿渣磨细后可以改善水泥的颗粒分布,增加水泥颗粒的原始堆积密度,提高水泥砂浆和混凝土的强度、密实性和耐久性,加速水泥初期的水化过程,使水泥砂浆有较好的流动性。但水泥生产中如果将矿渣和熟料混合粉磨,由于熟料和矿渣的易磨性差异较大,混合粉磨后的矿渣粒径会比熟料粒径粗,当水泥的比表面积达到350 m2/kg时,矿渣的比表面积仅有230~280 m2/kg。如果矿渣活性充分发挥出来,达到理想的细度(比表面积需达到400~450 m2/kg),又会造成熟料的过粉磨现象,大量的熟料细颗粒将在很短的时间内水化,导致早期水化热增加以及需水量增大、减水剂相溶性降低等一系列弊端的产生,使水泥使用性能变差,磨机产量降低,电耗升高。

    因此矿渣采用分别粉磨的方式,生产高细度、高比表面积的矿粉,再与已掺入石膏的熟料粉通过混料机配制成水泥,形成“分别粉磨”工艺,与球磨机混合粉磨相比较可以明显提高磨机的台时产量,有利于磨机效率和混合材掺加量的提高,充分发挥水泥活性,避免过粉磨现象,降低粉磨电耗和生产成本。

3 联合粉磨(或半终粉磨)系统的优化
    在传统联合粉磨系统中,辊压机为闭路,起着传统球磨机粗磨仓的作用,后续球磨机只承担细磨仓的作用。从辊压机出来进入球磨机的物料比表面积就已经达到了150~200 m2/kg,如果按传统球磨机的管理和调整思维,就难免出现球磨机电耗过高和过粉磨现象。为此,对球磨机系统进行重新优化,既可提高水泥质量,又可降低系统电耗。

    (1)辊压机及分选设备实现了系统中的“分段粉磨”,在相对稳定的工艺条件下,辊压机工作压力越大,挤压物料过程中产生的粉料越多,成品量会显著增加,被分离出的合格品也越多。因此必须充分发挥辊压机系统料床粉磨的技术优势和较大的处理能力。辊压机段做功越多,对整个系统增产节电越有利。

    (2)在后续球磨机段粉磨过程中,主要是通过增加钢球总表面积来提高磨机的研磨能力。一是在钢球装球量相同时,可通过减小钢球平均直径,增加钢球数量来加大研磨体的总表面积。根据入球磨机物料比表面积的变化,减小钢球规格到13 mm~20 mm,在细磨仓采用10 mm~14 mm微段,可增加研磨体的总表面积,提高研磨能力。由于受水泥颗粒分布范围的影响,研磨体过小,又会造成水泥颗粒分布范围较窄,不利于水泥质量性能的发挥,因此钢球直径不能小于13 mm,微段不小于10 mm。二是如果球磨机主电机及主减速机功率富裕,可合理增加细磨仓研磨体装载量,增大填充率,增加研磨体总表面积。研磨能力越好,粉磨效率越高,越有利于系统增产节电。

    (3)由于球磨机一仓的粗碎功能已移至磨外由辊压机完成,球磨机承担的任务是单一的细磨功能,因此可以缩短一仓并延长细磨仓有效长度,也可将磨内仓数改为单仓或双仓,提高磨细能力。另外,球磨机的圆周速度也是根据过去入磨粒度25 mm时设计的,随着球径减小及入磨粒度的降低,该圆周速度也是值得研究的课题。

    (4)随着水泥粉磨工艺研究的不断进步,对传统联合粉磨系统的不断优化,“大辊压机配小球磨机”的半终粉磨系统脱颖而出。与传统联合粉磨工艺系统相比,辊压机半终粉磨工艺采用一台物料处理能力较大的辊压机和一台喂料、分选能力大的下进风双分离高效选粉机,将V选后的细粉再次进行分选,合格细粉从入磨前的物料中被分选出来并直接送入成品库,中粗粉进入球磨机进行粉磨,大幅度提高了成品产量,改善了球磨机的工况,减少了过粉磨现象的发生。同时V型选粉机与双分离高效选粉机共用一台系统风机,取消了联合粉磨系统中一台循环风机与旋风收尘器及部分管道和输送设备,进而提高了球磨机的综合台时产量,降低了粉磨电耗,减少了设备数量和维修成本。典型的新型半终粉磨系统如图1所示。

    国内某公司Φ4.2m×13.5m辊压机+管磨联合粉磨系统采用此工艺后,生产P·C32.5级复合水泥时台时产量达到350 t/h以上,水泥粉磨电耗降低至25 kWh/t之内。

4 立磨系统电耗的降低方法
    立磨是节能降耗的粉磨设备。近年来立磨的技术发展非常快,受到众多水泥生产企业的青睐,成为粉磨系统的主要设备。立磨系统的最大负荷主要来自于磨机主电机和循环风机,用电负荷达到立磨系统总电耗的70%左右,所以有效降低系统电耗的关键在于如何降低立磨系统主电机和循环风机的电耗。

4.1 立磨系统能耗最佳参数的选取
    立磨的原理大同小异,由于各企业系统工艺状况不同,原料特性不同,操作参数、方式不同,因此需要操作人员在日常生产中注意观察分析系统重点操作参数,如:压差、料层厚度、研磨压力、温度、振动值、用风量等的趋势图变化,通过连续多个点的变化推衍出某个时间段内的变化规律,正确判断随机波动与异常波动,具备较强的预见能力,只有这样,在异常波动发生时能很快将其识别出来,并采取对策进行解决,不是看到趋势图稍有波动就进行调整,而是在总结判断的基础上做到系统稳定运行,实现高产、高运转率,做到系统操作的优质与低消耗,摸索出单位能耗最低的参数。在评比操作结果时,不仅要评比具体完成的产量大小、质量好坏,更要看单位产品能耗的高低,从而判断操作员是否具备选取和控制最佳参数的素质。

4.2 系统风量的合理使用和控制
    循环风机的电耗占整个系统电耗的35%左右,降低风量能够有效地降低风机电耗。由于磨机操作不合理,系统风量偏高控制时,只能通过提高选粉机转速来控制产品质量,虽然磨机能够稳定运行,但是循环风机和选粉机电流都偏高控制,造成电耗升高。另外系统漏风时,影响磨机的正常拉风,需开大循环风机阀门,导致风机负荷加大,直接增加了风机的电耗,严重时影响磨机产量,间接提高了系统的电耗。因此,在操作中要合理控制磨机风量和尽可能减少系统漏风。

4.3 挡料圈的调整
    根据磨机运行状况,要定期检查磨盘、磨辊衬板磨损情况,及时调整挡料圈的高度,避免因料层厚度过厚或偏薄,造成研磨效率降低、主机负荷增大、磨主电机电流升高。同时,刮料板磨损以及与磨机底板间隙同样影响系统的电耗,必须加以重视。

4.4 提高产量和设备运转率
    立磨在最大稳定产量的时候性能最佳,提高产量并不是追求高产,而是在设备允许范围内,最大程度地发挥设备的性能。同时,还要合理组织生产,保证设备连续运行,设备连续运行不仅能够使系统更加稳定、参数更加合理,而且减少了系统开停和空载运行带来的用电损失。所以提高产量和设备运转率,避免无故的开停设备,在一定程度上能够降低立磨系统电耗。

5 结束语
    粉磨过程中的每一道工序、每一个环节都有潜力可挖,都需要加以重视,通过对整个系统全面优化,可显著降低水泥电耗,降低生产成本,提高产品价格的市场竞争空间。作为一线水泥工作者,不仅要了解技术进步的现状与方向,更要掌握节省电耗的技术手段和管理方法,才能在管理中做到方向明确,思路正确,也才能在降低能源消耗上有所成效。

作者:田力,袁东,杨国春  出处:《新世纪水泥导报》   
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