生料辊压机终粉磨系统节能减碳实践中存在的问题与对策.pdf

2024年第2 期No.22024TQ172.632新世纪水泥导报CementGuideforNewEpochB1008-0473(2024)02-0022-06DOI粉磨技术10.16008/ki.1008-0473.2024.02.006生料辊压机终粉磨系统节能减碳实践中存在的问题与对策宋洋1陶从喜曾荣韦怀珺劳里林李鹏斌黎汉廷3（1.华润水泥技术研发（广西）有限公司，广西南宁5 30 0 0 0；2.成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川成都6 10 0 5 1；3.华润水泥（武宣）有限公司，广西来宾5 46 10 0）因原材料水分大、系统烘干能力不足、设备阻力大、高效选粉机结构缺陷等原因造成生料辊压机终粉磨系统运行不稳定且循环负荷大、停机次数较多、系统阻力大、循环风机拉风过大、细度跑粗现象，导致生料工段电耗偏高、成品细度合格率低。对物料特性、工艺流程、设备选型及运行、成品细度进行热工诊断和研究分析，并实施相应的设备、工艺及系统操作优化措施。优化后，生料辊压机终粉磨系统工段电耗降低了2.2 kWh/t，选粉效率提升，成品细度明显改善，实现提质增效，节能减碳的目的。生料辊压机终粉磨系统V型选粉机立式高效选粉机节能减碳0“2030碳达峰、2 0 6 0 碳中和”目标以来，水泥行业能耗管控日趋严格，发布了关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见、水泥单位产品能耗消耗限额（CB16780-2021）等一系列的政策文件。我公司响应国家政策，提出了“3C理论”举措，即源头低碳、过程减碳、末端去碳，积极参与“双碳目标”的实现。本文所阐述的是过程减碳的案例，对生料辊压机终粉磨系统节能减碳实践中存在的问题与对策进行总结，涉及物料特性、工艺设计、设备选型及运行、产品质量的全面诊断和研究分析，以及精准优化措施。11.1系统工艺流程我公司某基地新建了国内最大的生料辊压机终粉磨生产线，其工艺流程见图1所示。从图1可知，原材料经皮带输送机送人V型静态选粉机进行烘干、打散，分选出的细粉经风力带料至立式动态选粉机，选出的生料成品经旋风筒收集后经过空气输送斜槽和斗式提升机送人生料均化库；V型静态选粉机选出的粗颗粒和立式动态选粉22机的粗颗粒由循环提升机送入稳流仓，由辊压机进自2 0 2 0 年9 月我国在第7 5 届联合国大会上提出行挤压粉磨，挤压后的料饼通过提升机送人V型静态选粉机，再入立式动态选粉机进行选粉，形成一个循环挤压、选粉的工艺流程。1风路流程：来自窑尾的高温烟气依次经过V型静态选粉机、立式动态选粉机、旋风筒后进入循环风机，出循环风机的低温烟气，一部分进人袋收尘器，由尾排风机排出，另一部分作为循环风回到V型静态选粉机。1.2设备配置情况该系统主要设备配置见表1所示。1.3存在的问题投产初期工段平均电耗高达16.0 kWh/t，远远高全热发2024年第2 期No.22024序号设备名称1辊压机2出辊斗提机3出V选斗提机型号：NSE2200-41050mm；能力：19 8 0（max2475)t/h；功率：2 2 5 0 kW4V型静态选粉机型号：7 5 0 0 型；能力：2 0 0 0 2 8 0 0 t/h（喂料水分5%）；阻力：1 1.5 kPa5立式动态选粉机型号：LAX15000；风量：8 0 9 0 万m/h；功率：2 5 0 kW；阻力：2.0 kPa6旋风筒7循环风机出当前生料辊压机电耗水平（据统计当前生料辊压机工段电耗在11 13kWh/t），其中辊压机单耗7.8kWh/t，循环风机单耗4.7 kWh/t，台产5 6 0 t/h，R8o18%，R 2 0 0 4.5%，成品水分0.5%，成品R200细度偏粗。2生料粉磨系统诊断分析我公司组织成立研发小组，对该生料辊压机原材料名称石灰石配比/%78.3水分/%0.8表3原材料塑性检测原材料名称样品状态液限/%塑限%塑性指数/%中硅黏土土烘干水分 5.0%，原材料的水分主要包括结晶水和表面水，影响粉磨生产作业的主要是物料的表面水分。我公司喂料综合水分达到6.0%，明显偏高，对系统烘干能力的要求比较高，倘若烘干能力达不到要求就会出现物料的均匀性、分散性较差，辊压机运行波动较大，选粉效率低，影响整个系统的台产和电耗。从原材料配比和水分分析看，黏土的掺量高、水分较大是导致综合水分偏高的主要原因。塑性检测发现黏土的塑性指数达到32.5%，塑性指数较高。塑性一般指在变形力作用下，其特点是改变形状而不破裂，也比较难于破损，其含水量亦大，但干燥后物料可失去塑性。因此，使用该黏土必须保证系统拥有足够烘干和打散能力。通过现场考察调研发现，该黏土粘结性比较高，在运输过程中产生强有力的粘合作用，易于与其他细小颗粒物料形宋洋，等：生料辊压机终粉磨系统节能减碳实践中存在的问题与对策表1系统主要设备配置规格型号及参数型号：2 2 0-18 0 型；辊子转速：2 1.0 0 r/min；功率：2 2 5 0 0 kW；通过量：16 0 0 19 8 0/h；喂料粒度/最大粒度：9 0%颗粒 5 0 mm/Fm75mm；产品细度：Rso12%；台产5 6 0 t/h型号：NSE2200-45500mm；能力：19 8 0（max2475)t/h；功率；2#2 8 0 kW规格型号：2 7200mm；风量：8 5 万m/h；阻力：8 0 0 1.2 kPa规格型号：RCCF894AZ/1938；风量：9 2 万m/h；全压：6 8 0 0 Pa；功率：2 5 0 0 kW3.224.825.0成胶质状态，再加上自身黏土大块状也较多，就会导致皮带、溜子、收尘风管及小仓发生堵塞逼迫系55.422.9粉磨技术终粉磨系统进行了全面热工诊断和研究分析。2.1物料特性分析生料原材料主要有石灰石、中硅黏土、硫酸锰渣、转炉渣、赤泥，综合水分6.0%。原材料配比和水分见表2 所示，黏土塑性检测见表3所示。生料辊压机系统属于烘干兼粉磨工艺系统，对物料的水分有一定适应范围。生料辊压机系统可表2 入磨物料及配比及水分中硅黏土硫酸锰渣17.01.532.5统停机，清理频繁而且麻烦，严重影响生料辊压机系统的高效运行，见图2、图3所示。图2 清堵现场易磨性试验发现，人磨综合喂料Bond功易磨性指数为11.1kWh/t，石灰石易磨性为11.8 kWh/t,易磨性属中等水平。对于生料而言，主要成分为钙质原料，石灰石配比达到7 8.3%。石灰石矿物组成决定入磨喂料易磨性，通过矿物分析（见表4所示）发现，石灰石中的主要成分为方解石和白云石，含量分别为8 6.1%、12.9%，其中白云石属于23转炉渣：赤泥（1:1）20.0人磨物料100.06.0图3黏土堆场2024年第2 期No.22024难磨矿物，硬度较大，含量偏多，是导致石灰石易磨性差的主要原因。表4XRD矿物分析结果CalciteDolomite物料名称(方解石)(白云石）（石英）(绿泥石)石灰石/%86.12.2物料性能分析2.2.1喂料粒度分析辊压机磨属料床粉磨，其特点是工作压力大，料床在高压下形成，旋转速度较慢，转速决定物料的通过量，并且要求两辊之间要有一层密集的物料。辊压机的压力会使得物料之间相互作用，使物料破碎、断裂、产生预裂纹，有效地改善了原材料的易磨性2 。因此，物料的粒度控制是保障辊压机做功效率高的重要因素。粒度过大、粒度级配不合理就会导致两辊之间的料床不密实，不易形成料饼，合格成品率较低，辊压机的循环负荷就会增加。倘若存在特大块（超过自身辊子直径的5%），辊压机就会振动大，容易跳停，对40.020mm20.07.50.0出压物料粒度分布100+（靠电机侧）1#80+2#%/上题+3#6040200.01Rso=1：10 是比较合理的范围。我公司生料细度R200细度为4.4%，Rgo为18%，R20跑粗现象比较严重，一般要采取降低循环风机用风量或者提高立式动态选粉机主轴转速等技术措施降低生料中2 0 0 m筛24新世纪水泥导报CementGuideforNewEpoch辊面的磨损也比较大，缩短辊面使用寿命。通常来讲，喂料粒度要求小于3%D（D 指磨辊直径）的基本粒度应该占总量的9 5%以上，最大粒度不应超QuartzIllite12.90.2喂料粒度对比分析36.70.11粒径/mm图5 出辊压机喂料粒度分布粉磨技术过5%D。对喂料进行套筛实验，结果（见图4所示）表明，我公司喂料粒度达到辊压机粒度要求。0.72.2.2出辊压机物料分析出辊压机的物料水分、粒度情况是能够直观和准确地判断辊压机挤压效果、系统烘干及运行情况。辊压机自身并无烘干作用，根据实验和现场经验得出人磨物料水分应控制在1.0%1.5%最佳。现场检测取样检测水分约2.5%，水分偏大不利于辊压机运行。除此之外，分别在辊压机的两端和中间进行取样，完成颗粒级配测试，判断辊压机挤压效果。3点取样的颗粒级配实验表明，出辊物料较为均匀，挤压较为均匀，边缘效应不明显；但出辊压机物料Rso约为8 3.8%，细粉量偏少，表明挤压效果较差，实验结果见图5 所示。2.2.3成品细度物料分析生料细度成品是否适宜不仅影响烧成系统，也影响系统电耗和台产。生料细度控制要求R200:喂料粒度分布12010080200.01图4喂料粒度分布余量来满足生料质量控制指标与熟料熳烧技术要求。但是，这种操作方式势必会提高系统的循环负荷，降低生料粉磨系统产量，同时也会导致辊压机挤压做功效率下降，造成系统无功循环加剧，最终引起系统电耗增加，得不偿失。为了更加深入地研究细度跑粗的原因，对选101000.1粉机系统进行取样分析测算，其中立式动态选粉机粗粉R8为7 2.8%，说明还有37.2%的细粉未被选出，选粉效果较差。通过测算结果进行量化和验证发现，选粉机效率为6 9%，循环负荷为140%，选粉效率较低，循环负荷偏大，测试结果见表5 所示。除此之外，为探索选粉机的分级精度，对选粉机设备相关参数进行测量，发现选粉机的转子迷宫10粒径/mm1002024年第2 期No.22024密封间距较大，间隙达到（2 0 5）mm，转子叶片间距约为7 8 mm，迷宫密封间隙偏大是导致生料细度跑粗的主要原因，测试结果见图6 和图7 所示。项目200 mV选细粉43.7立式动态选粉机粗粉72.8出旋风筒物料16.4密封槽235m45密封环图6 现场测试转子密封间距图7 选粉机设备图纸参数分析表6 可知，系统烘干能力差，用风偏大，阻力大，但漏风控制较好。（1）系统烘干能力差：通过热平衡计算，按照我公司喂料综合水分6.0%，窑尾热风温度2 6 0，要满足烘干生料5 6 0 t/h（干基）产量及窑尾收尘器入口温度10 0 要求，反算V选人口温度为18 0。当前V选人口温度仅为135，明显热风量不足，系统烘干能力未达到要求。（2）系统用风偏大，阻力大：为保证高产，操作上需要拉大风、提高立式动态选粉机转速，循环风机转速已经达到额定转速的9 2%，系统单位产品用风达到1.9 4m/kg（系统用风在1.6 1.7 m/kg较为适宜）。不仅如此，系统拉风大导致系统阻力偏大，循环风机风机人口负压高达-6 38 0 Pa，V 选人口风速达到17.0 m/s，旋风筒入口风速为2 1.7 m/s，风速偏大导致V选阻力2 0 5 9 Pa、旋风筒阻力测点名称温度/出高温风机200人V选135出选75出立式动态选粉机67人循环风机69循环风管80宋洋，等：生料辊压机终粉磨系统节能减碳实践中存在的问题与对策测试及分析研究，其结果见表6 所示。表5 选粉机关键参数测试结果筛余/%R8080 m循环负荷/%33.858.14.1表6 生料辊压机终粉磨系统热工参数测试结果压力/Pa氧含量/%-6302.7-6303.9-2.6894.0-50804.8-63804.9-1904.6粉磨技术2.3系统热工参数分析对生料辊压机终粉磨系统各关键点进行热工选粉效率/%循环负荷/%140691300Pa和立式动态选粉机阻力2 39 1Pa，都偏大。（3）系统漏风控制较好：对系统氧含量进行测试发现，出高温风机氧含量2.7%，人循环风机氧含量4.9%，系统漏风率为12%，漏风控制较好。3优化方案及实践根据对该生料辊压机终粉磨系统的诊断结果，充分评估实际运行情况，制定了详细的优化方案，并对系统操作和设备进行优化改造。3.1提升系统烘干能力3.1.1降低喂料端物料水分辊压机适于脆性物料，而不适于湿性的塑性物料，针对我公司喂料综合水分高、黏土掺量大、塑性指数大的物料特性，决定对黏土进行预烘干和破碎处理，实现喂料端去除部分水分，要求将喂料综合水分控制在5%。3.1.2优化工艺流程提高系统烘干能力通过前期研究发现，系统烘干能力不足主要有2 个原因：（1）原材料水分大，黏土块状较大，热风量又不够，人V选温度仅为135，烘干能力与当前物料特性不匹配；（2）为保证系统用风满足高产模式，循环风只能10 0%利用，这就导致大部分的水蒸气在辊压机系统不断循环，大部分水蒸气不能及时排出。为提高系统烘干能力，工艺流程上尝试通过标况风量/mh)工况风量/m h)68.3万92.4万27.0万35.3万R200选粉效率/%12365252024年第2 期No.22024旁路将部分热风直接引入高温风机，适当牺牲余热锅炉发电，增加压机系统热风量，提高热烩。操作上尝试减少循环风用量，将大部分的水蒸气排出辊压机系统，实现整体系统烘干能力的提升。3.1.3增加倒V形打散装置，提高烘干能力在多通道入V选溜子上增加倒V形打散装置（见图8 所示），此装置主要有两方面作用：（1）提高人V选物料均匀性，降低物料流速，提高打散效果实现物料松散，形成均匀料幕；（2）在V选内形成均匀料幕后，能够扩大热风与物料的接触面积，同时因为物料流速降低而增加了换热的时间，从而提高系统烘干能力。除此之外，该方法还可提高系统选粉效率，减小循环负荷。图8 倒V型打散装置3.2优化选粉机设备通过调查和研究发现，成品R200跑粗，分选精度差，选粉效率较低。因此，决定对立式动态选粉机分级精度和迷宫密封间距进行技术优化。对转子动叶片采取加密技术（见图9 所示），有效提高立式动态选粉机分级效率和分级精度，降低粉磨系统循环负荷。将立式动态选粉机粗粉引人至V选锥部，对立式动态选粉机粗粉进行二次分选（见图10所示），使选粉机做到应选尽选。减小选粉机转子迷宫密封的间距至（10 5）mm，防止粗颗粒跑粗，降低生料中的2 0 0 m粗颗粒含量以及筛余值。4优化后效果4.1系统参数变化优化后系统入V选温度增加至16 5，热风量增加，循环风也适当减少，系统烘干、打散能力都有所提升后，使得辊压机做功稳定，细粉含量增加。26新世纪水泥导报CementGuideforNewEpoch同时，循环风机也降低转速，系统用风合理，阻力明显降低，其中循环风机人口压力降低约7 7 0 Pa，V选阻力降低约2 35 Pa，旋风筒阻力降低约6 6 2 Pa。立式动态选粉机阻力有所提升，这主要是因为立式动态选粉机转子叶片增密了，选粉精密度提高了，测试结果见图11、表6 所示。图9 转子增密技术4.2选粉效果变化优化后系统烘干打散效果增强，物料在选粉区分散更加均匀，选粉效率明显提升，选粉效率达到8 0%以上，循环负荷降低至7 3%。8000638060005616400020000入循环风机负压图11辊压机系统技改前后设备阻力对比图表6 生料辊压机终粉磨系统优化前后运行参数对比对比项目优化前 优化后对比数据循环风管阀门开度/%100循环风机转速/%91V选人口温度/135V选出口温度/75工段电耗/kWht)16.0辊压机电耗/kWht)7.8循环风机耗/kWht)4.7台产/t h)560Tromp曲线（部分分选曲线）可表征不同粒径颗粒在分选以后进入粗粉的百分比，能够直观、准确评估选粉机运行效果。Tromp曲线中较细颗粉磨技术图10 立式动态选粉机粗粉二次分选技术优化前优化后2.0591 82423912604V选高选70831658613.86.93.75401300638旋风筒-30-83092.20.91.0-202024年第2 期No.22024粒部位呈鱼钩状，这主要是因为部分颗粒相互凝聚、干扰、粘附，实际上没有起分级作用就落人粗粉。Tromp曲线上的最低点为旁路值（通常用表示）是判断选粉机的关键指标，值愈小表示分离性能愈好3。通过Tromp曲线明显可以看出，优化前后旁路值变化并不大，都为10%，说明优化前后选粉浓度相差不大，漏选率都不高。对于优化后关键参数V选细粉立式动态选粉机粗粉出旋风筒物料100%90%80%70%40%30%20%10%0%宫密封间隙减小，粗颗粒不易跑出，同时转子增密也增加了选粉精度，达到了应选尽选的效果。5结束语优化后生料工段电耗由原来的16.0 kWh/t下宋洋，等：生料辊压机终粉磨系统节能减碳实践中存在的问题与对策表7 优化后选粉机关键参数测试结果筛余/%Rs0R20031.031.067.567.52.92.9+优化后优化前2040 6080100 120140160180200 220240260280300320340粒径/um图12 选粉机Tromp曲线图粉磨技术80200m区间部分的颗粒分选进人粗粉的百分比明显降低，证明优化后8 0 2 0 0 m区间颗粒被选为成品的机率增加，通过取样结果进行验证，立式动态选粉机粗粉中Rso增加至7 7.7%，出旋风筒增加至19.5%，这表明分选效果得到有效提升，实验结果见表7 和图12 所示。优化后成品R20降低至2.9%，这主要是因为迷R80循环负荷/%选粉效率/%7385降至13.8 kWh/t，降低2.2 kWh/t，系统烘干能力增强，辊压机运行稳定，成品生料细度得到改善，选粉效率和精度明显提升。该系统每年生产生料约2 5 0 万t，可实现全年节电约5 5 0 万度，节省成本约330 万元，间接减少二氧化碳排放约3135 t（按2023年电网碳排放因子0.5 7 0 1kg/kWh计算）。1 宋洋,潘文章,曾荣,等.生料辊压机终粉磨系统优化降阻实践J.新世纪水泥导报,2 0 2 3,2 9(2):2 5-30.2唐建辉.辊压机粉磨系统设备配置优化技术及其应用研究D.武汉:武汉理工大学,2 0 0 6.3王仲春,曾荣,李素荣.高效笼式选粉机的选型计算.水泥技术,2 0 0 6(3):5.R200循环负荷/%选粉效率/%7882参考文献（收稿日期：2 0 2 3-11-13）公益广告绿色发展提高品质LAFARGE新世纪水泥导报杂志社27Main AbstractsTwo Fundamental Theories and Example Calculationof the clinker and reducing cooling power consumption.Analysis of Non-Scraping Bearing(04)Practice has shown that using TIE-fixed grate bed toJiang Xuchangpartially replace the old fixed grate bed can effectively(Tianjin Bona Building Materials High-Techincrease the secondary air temperature,reduce the energyResearch Institute,Tianjin 300400)consumption of the sintering system,and significantlyAbstract:There are two problems in the application ofimprove the quality of clinker.non-scraping bearings in Chinas cement industry:firstly,Keywords:TIE-Fixed grate bed;water droplet typethere is a vague understanding and even doubt about thehigh-efficiency grate plate;clinker rapid cooling;PLUSnecessity and importance of forming wedge-shaped gaps;grate cooler;energy-saving and consumption reductionThe second concern is that the Babbitt alloy bearingtechnical transformationshells of the main bearing spherical shells of the tube millmay be crushed.To eliminate the doubts and concerns ofmany people about the technology of non-scrapingbearings,through the analysis of two basic theories andpractical calculations of non-scraping bearings,theconclusion is drawn:(1)Non-scraping bearings,whichare sliding bearings with a contact angle of 0 between thejournal and the bearing pad under no load,are currentlythe most advanced sliding bearings;(2)In a tube mill,theload on the main bearing bushing of the cement mill isthe largest or heaviest.After calculation,it is shown thatits safety factor n is actually greater than 10,indicatingthat the Babbitt alloy bushing will never be crushed.Keywords:rotary kiln;tube mill;sliding bearing;spherical tile;non-scraping bearing;new scrapingmethodDiscussion on Optimization and Upgrade of TIE-Fixed Grate Bed(16)You Lei,Yu Xianlin,Xing Tao,Yang Tengfei,HaoShuaiqi,Xu Yiyuan,Li Fuxiang(Chengdu Building Materials Industry Design andResearch Institute Co.,Ltd.,Chengdu,Sichuan610051)Abstract:TIE-fixed grate bed adopts technologies suchas central partition air supply,fine adjustment air valve,and water droplet type high-efficiency grate plate.It useshigh-speed airflow with horizontal air outlet to quicklycool the clinker.Not only can the system obtain hightemperature and stable secondary air,but it can alsoevenly distribute the clinker,reduce the segregationdistribution of coarse and fine clinker,and control thegeneration of red river from the source;At a stable andhigh secondary air temperature,the overall thickness ofthe material layer can be reduced to around 650 mm,significantly reducing the overall load resistance of allsubsequent cooling fans,further facilitating the coolingThe problems and countermeasures in the energy-saving and carbon reduction practice of the finalgrinding system of the raw material roller press(22)Song Yang,Tao Congxi,Zeng Rong,Wei Huaijun,Lao Lilin,Li Pengbin,Li Hanting(1.China Resources Cement Technology R&D(Guangxi)Co.,Ltd.,Nanning Guangxi,530000,;2.Chengdu Building Materials Industry Design andResearch Institute Co.,Ltd,Chengdu,Sichuang610051;3.China Resources Cement(Wuxuan)Co.,Ltd.Building Materials,Laibin Guangxi,546100)Abstract:Due to factors such as high moisture contentin raw materials,insufficient drying capacity of thesystem,high equipment resistance,and structural defectsin high-efficiency powder selection machines,the finalgrinding system of the raw material roller press isunstable in operation,with high cycle load,frequentshutdowns,high system resistance,excessive pulling ofthe circulation fan,and coarse fineness,resulting in highelectricity consumption in the raw material section andlow qualified rate of finished product fineness.Conductthermal diagnosis and research analysis on materialcharacteristics,process flow,equipment selection andoperation,and finished product fineness,and implementcorresponding equipment,process,and system operationoptimization measures.After optimization,the powerconsumption of the final grinding system section of theraw material roller press has been reduced by 2.2 kWh/t,the powder selection efficiency has been improved,andthe fineness of the finished product has been significantlyimproved,achieving the goals of improving quality,efficiency,energy conservation,and carbon reduction.Keywords:raw material roller press final grindingsystem,V-shaped powder selection machine,verticalhigh-efficiency powder selection machine,energy-savingand carbon reduction