综合可调型节能粉磨工艺的研发与应用.pdf

2023.No.8-19-1水泥粉磨工艺的分析1.1预粉磨工艺和联合粉磨工艺20世纪90年代中期，辊压机由于其粉碎效率高、节能高效等特点，迅速得到国内水泥粉磨市场的认可并逐渐大范围投入使用。当时，由于辊压机的规格受限，水泥粉磨系统的主导工艺流程是：预粉磨工艺、联合粉磨工艺。预粉磨工艺：调配好的水泥原料经辊压机挤压后，物料粒度及易磨性改变，随后被送到球磨机继续粉磨至水泥成品。该粉磨工艺的优点是设备台数少，流程简单。但受制于辊压机固有的边缘漏料的特点，入球磨机的物料中还有部分的物料是没有经过挤压的，且所有的物料均只能得到一次挤压的机会，易磨性改善的幅度有限，从而无法为后续球磨机创造良好的粉磨条件，造成增产和降耗的幅度有限。同时辊压机系统由于没有循环料的填充，辊压机受原料粒度的影响大，运行不稳定，故障率相对较高。联合粉磨工艺：在辊压机后面加了一套分选装置形成辊压机闭路系统。调配好的水泥原料经辊压机挤压后，物料粒度及易磨性改变，随后被送到选粉设备中按需要选出半成品入球磨机继续粉磨至水泥成品，不符合入磨要求的物料返回辊压机系统重新受到挤压破碎直至合格后被选出入磨为止。联合粉磨工艺很好地解决了入磨物料粒度及易磨性不稳定和波动大的问题，而且由于工艺的改进，对辊压机的稳定运行又产生了很好的促进作用。按当时辊压机规格与球磨机规格的状况，系统配置中辊压机与球磨机的装机功率比基本在0.30.7（见表1）。1.2联合粉磨工艺和半终粉磨工艺步入2000年以后，随着辊压机装备的快速大型化，可供球磨机配套的辊压机规格越来越齐全，按当今辊压机规格与球磨机规格的现状，系统配置中辊压机与球磨机的装机功率比在0.82.0（见表2）。所以，根据用户需求的不同，方案的选择面也越来越广，在这种情况下，预粉磨工艺由于其增产降耗的幅度有限，慢慢被淘汰，从而渐渐形成两种粉磨工艺，一种为联合粉磨工艺（见图1），另一种为半终粉磨工艺（见图2），同时也衍生出联合与半终粉磨工艺并存的工艺。表1初始阶段辊压机与球磨机配置对比序号辊压机规格辊压机装机功率/kW球磨机规格/m球磨机装机功率/kW辊压机与球磨机装机功率比1HFCG100-3021322.273800.692HFCG120-4522202.4138000.553HFCG120-4522203.0111 2500.354HFCG120-5022503.2131 6000.315HFCG140-8025003.2131 6000.636HFCG140-8025003.8132 5000.407HFCG150-10027104.2133 5500.40表2目前辊压机与球磨机配置对比序号辊压机规格辊压机装机功率/kW球磨机规格/m球磨机装机功率/kW辊压机与球磨机装机功率比1HFCG150-10027103.2131 6000.892HFCG160-14021 1203.2131 6001.403HFCG180-16021 6003.2131 6002.004HFCG180-16021 6003.8132 5001.285HFCG180-16021 6004.2133 5500.906HFCG200-18022 0004.2133 5501.13上述两种工艺均有各自的特点。在同等合理配置前提下，联合粉磨工艺以水泥性能佳、能耗略高为特点，半终粉磨工艺以台时产量略高、电耗低、水泥综合可调型节能粉磨工艺的研发与应用王青（中建材（合肥）粉体科技装备有限公司，安徽合肥230051）摘要：本文重点针对目前水泥粉磨工艺中存在的问题进行客观分析，并详细介绍了综合可调型节能粉磨工艺的研发背景和优势，并以应用实例的数据验证研发中的预期效果，有很高的相符性，为今后水泥粉磨工艺的选择提出了科学建议。关键词：水泥粉磨工艺；综合可调型节能粉磨工艺；V型选粉机；下进风式选粉机中图分类号：TQ172.639文献标志码：B文章编号：1002-9877（2023）08-0019-04DOI：10.13739/11-1899/tq.2023.08.005-20-2023.No.8标准稠度用水量高、颗粒分布不合理为特点。至于后期衍生出的两种并存的粉磨工艺，由于其系统有一定的局限性，切换手段有限，操作性还有待提高，故最终在实际使用过程中，也还是按一种工艺生产，基本失去了两种工艺并存的优势和功能。辊压机高效旋风筒进收尘器或磨尾选粉机一次风口循环风机选粉机锁风阀锁风阀锁风阀进球磨机V型分级机提升机电动风阀来自配料稳流称重仓图1联合粉磨工艺辊压机系统流程辊压机高效旋风筒进收尘器或磨尾选粉机一次风口循环风机选粉机锁风阀进球磨机V型分级机提升机电动风阀来自配料稳流称重仓锁风阀锁风阀进成品库中粗粉粗粉图2半终粉磨工艺辊压机系统流程2粉磨工艺存在的问题及研发背景前面所述目前市场上的两种粉磨工艺，在发挥优势的同时，也存在一些共性的问题。（1）V型选粉机与下进风选粉机之间共用风道，为了满足不同的切割分选粒径的要求，两种分选设备势必就存在用风量不匹配的问题，造成系统风量调节上的困难。生产中，为了优先保证某一工艺设备的用风参数，势必就会错过另一工艺设备的最佳工况点，从而带来系统指标上的不完善。以HFCG180-160辊压机配套HFV5000型V型选粉机、HFX-M5000型下进风选粉机、3.8 m13 m开路球磨机为例：当采用联合粉磨工艺生产时，假定台时产量250 t/h，为提高V型选粉机的分选效率，保证入选粉机有足够的物料参与选粉，操作中势必会提高V型选粉机的用风量（30万m3/h），保证有足够多的物料（350 t/h）被风力提升到下进风选粉机。而下进风选粉机由于受磨机产量（250 t/h）的平衡，只需要按需要的风量（25万m3/h）供其选粉即可，这样就造成了V型选粉机用风和下进风选粉机用风的不平衡。为保证系统的稳定性，优先保障V型选粉机用风，就会造成下进风选粉机处在非最佳工况点（大风量、高转速）运行，同时V型选粉机与选粉机共用风道由循环风机拉风，也增加了风机的阻力。当采用半终粉磨工艺生产时，假定台时产量285 t/h，其中半终粉磨工艺60 t/h，球磨机台时产量225 t/h。同样为提高V型选粉机的分选效率，保证入选粉机有足够的物料（350 t/h）参与选粉，操作中势必会提高V型选粉机的用风量（30万m3/h），保证有足够多的物料被风力提升到下进风选粉机。而下进风选粉机由于受半终粉磨工艺质量、细度、产量（60 t/h）的制约，只需要按需要的风量（理论上只需要10万m3/h）供其选粉即可，这样也就造成了V型选粉机用风（30万m3/h）和下进风选粉机用风（10万m3/h）的极不平衡，为保证系统的稳定性，优先保障V型选粉机用风（30万m3/h），就会造成下进风选粉机处在非最佳工况点（大风量、高转速）运行，同时V型选粉机与选粉机共用风道由循环风机拉风，选粉机的粗粉量也因为循环风机用风的限制而不可控，造成了入磨物料的不可控，同样也增加了风机的阻力。（2）工艺设备之间的关联性太强，变动一个参数，可能会带来很多参数的关联变化。且如果下进风选粉机及后续设备出现故障，则粉磨系统必须全线停产。（3）对所生产的水泥品种的适应性不强，当同一生产线兼顾两个以上不同品种水泥的生产时，由于两种不同品种的原料特性及成品性能指标要求的不同，所以受工艺配置主导性和优先性的原则，工艺设计时只能保证生产主导产品时的相对合理工况，非主导产品只能作为能够兼顾生产的条件，但不能做到既兼顾生产又达到最佳工况。2023.No.8-21-王青：综合可调型节能粉磨工艺的研发与应用（4）不能很好地适应原材料的变化。随着资源越来越紧张，原材料（尤其是混合材）物性的变化已经是常态化了，科学合理的粉磨工艺，应该是能最大限度地适应各种原材料变化。（5）设备的选型受限。在辊压机系统中，由于V型选粉机与选粉机共用风道，所以选粉机的选型规格、用风量必须要与V型选粉机保持一致，而在实际操作中，选粉机规格是可以考虑与V型选粉机规格适当拉开的，受上述两种工艺方案的限制，造成选粉机选型受限。3技术研发核心（1）将V型选粉机与下进风选粉机分别独立出来，充分发挥在合理切割粒径下各自的分选优势，互不干扰，这是研发综合可调型节能水泥粉磨工艺的主要技术路线。具体做法：取消传统设计中的V型选粉机后面的下进风选粉机，改用O-Sepa型或组合型上进料选粉机替代，这样就能把V型选粉机与其后续分选系统相互独立，V型选粉机的物料采用循环风机分选，选粉机的物料独立用风机分选，V型选粉机循环风机的调节与选粉机转速及用风量的调节均为各自独立，互不干扰。操作上更加灵活，调节更有针对性，品质控制更加精准。且采用机械提升物料替代风力提升物料，能耗上更加节约。通过选粉机粗细粉溜管的切换，即可轻松地实现半终粉磨工艺与联合粉磨工艺之间的切换，可以根据产品品质和原材料情况的要求，选用合适的粉磨工艺。在辊压机半成品选粉机的粗粉入磨处增加了粉体计量设备，当采用半终粉磨工艺生产时，可以通过此计量设备，稳定地为球磨机喂料，从而实现了球磨机稳定喂料的条件。规避了传统的半终粉磨工艺中，球磨机来料受辊压机系统选粉机转速、循环风机的转速等一系列因素的干扰。（2）同等配置的前提下，综合可调型节能水泥粉磨工艺的总装机功率不得高于目前常规的粉磨工艺，使用功率也要低于目前常规的粉磨工艺，这是研发综合可调型节能水泥粉磨工艺的基本原则。同样以HFCG180-160辊压机配套3.8 m13 m开路球磨机为例，不同工艺主机设备对比见表3，工艺流程见图3。表3传统联合及半终粉磨工艺与综合可调型节能粉磨工艺主机对比设备名称传统联合及半终粉磨工艺综合可调型节能粉磨工艺规格型号装机功率/kW使用功率/kW规格型号装机功率/kW使用功率/kW辊压机HFCG180-16021 6003 2000.70HFCG180-16021 6003 2000.70V型选粉机HFV5000HFV5000选粉机HFX-M50001601600.75HFX-N20001101100.65循环风机7107100.804504500.70选粉机风机2202200.70入选粉机提升机75750.70合计4 0702 9284 0552 833辊压机高效旋风筒进收尘器或磨尾选粉机一次风口循环风机锁风阀进球磨机V型分级机提升机来自配料稳流称重仓锁风阀锁风阀进成品库电动风阀气动阀1 气动阀2粉体计量选粉机收尘风机排空袋收尘器气动阀1气动阀2斜槽风机锁风阀图3综合可调型节能粉磨工艺辊压机系统流程（3）在生产过程中，根据原材料及所生产的水泥品种的不同，系统能够做到无缝切换，且调节方便，产品品质可控，这是综合可调型节能水泥粉磨工艺要求具备的基本功能。4应用实例及效果江西M公司4#水泥生产线由于水泥产能不足，需要利用已有的配料系统、水泥储存系统及公辅设施，再新建一套水泥粉磨生产线。新建粉磨生产线要求半终粉磨工艺与联合粉磨工艺都能实现，还要求每种粉磨工艺工况都是最佳状态，且达到高效、节能、环保、优质。按照目前的常规粉磨工艺，均难以达到M公司对新建粉磨线的要求。我公司在承接到该工程的设计及后期生产调试任务后，将“综合可调型节能水泥粉磨工艺”应用至此项目，工艺配置为HFCG160-140辊压机+HFV4000V型选粉机+O-Sepa1500高效选-22-2023.No.8粉机+4.2 m13 m开路球磨机，完全满足了业主方对该项目的要求。4.1工艺流程M公司4#生产线综合可调型节能粉磨工艺系统流程见图4。球磨机选粉机高效旋风筒V型选粉机稳流称重仓辊压机循环风机图4M公司综合可调型节能粉磨工艺系统流程4.2主机设备M公司综合可调型节能粉磨工艺主机设备配置见表4。表4M公司综合可调型节能粉磨工艺主机设备配置序号设备名称规格型号装机功率/kW使用功率/kW1辊压机HFCG160-14021 1202 2400.582V型选粉机HFV40003循环风机3553550.604放风风机75750.755选粉机90900.706选粉机风机1851850.807入选粉机提升机55550.658球磨机4.2133 5503 200合计6 5505 0154.3使用效果该项目总投资约4 500万元，于2018年10月正式投产。自生产以来，系统运行平稳，调节方便快捷，工序点控制精准，系统对原材料的变化及水泥品种调整的适应能力强，水泥性能质量稳定，以P O42.5级水泥为基准，平均比表面积345 m2/kg，R0.08细度1.8%，R0.045细度13%，水泥标准稠度用水量25%，水泥温度86，台时产量220 t/h，工序电耗26.7 kWh/t，指标明显优于公司其他3台水泥磨，与集团同类型的水泥粉磨系统相比，该系统在台时产量、电耗、标准稠度用水量及水泥温度等指标上圴处于领先水平，且操作员工反馈，该系统操作非常方便，取得了令人满意的效果。5总结综合可调型节能水泥粉磨工艺具有以下技术特点和社会效益：（1）将辊压机系统中的两台分选设备（V型选粉机及下进风式选粉机）分别独立出来，充分发挥各自设备在合理切割粒径下的分选优势，调节方便，指向精准，同时可以实现按需选粉，不造成工艺设备能耗上的浪费，节能低碳。（2）将辊压机系统中的两台分选设备分别独立出来，通过管道的衔接切换，实现各种粉磨工艺并存且各种粉磨工艺均能实现高效率工况的运转，极好地适应了水泥厂原料的变化及成品水泥品种的变化，系统适应能力强。（3）在辊压机系统的选粉机入磨处增加了计量设备，实现了球磨机稳定喂料的同时，还不受系统其他控制点调节的影响。保证了球磨机效率的稳定发挥。（4）节约能耗。采用了机械提升物料取代风力提升物料、独立了用风量的调整、稳定了磨机的喂料等一系列措施，将系统的效率发挥到最大，在保证产品品质的同时，提高了台时产量等关键性指标，节约了单位产品的能耗。（5）推动行业的技术进步。水泥粉磨本身是一项复杂的物理破碎过程，由于牵涉的影响因素太多，造成粉磨结果和成本的不同，所以很多的水泥技术工作者都为粉磨倾注了很多的精力，本工艺具有低碳、环保、操控性强、产品质量优等特点，又将粉磨技术提升了一个台阶，带动了行业的一个进步。综上所述，目前采用综合可调型节能水泥粉磨工艺已经投入运行的生产线，整体性能与经济技术指标均达预期，对我国水泥粉磨工艺的技术推进具有积极作用，社会效益、经济效益均很显著。（编辑乔彬）