袁鳳宇

合肥水泥研究設(shè)計(jì)院/合肥中亞建材裝備有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230051

淺談立式磨粉磨濕排粉煤灰工藝及主機(jī)優(yōu)化

袁鳳宇

合肥水泥研究設(shè)計(jì)院/合肥中亞建材裝備有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230051

為有效處理電廠濕排粉煤灰和減少其對環(huán)境的污染，需要將濕排粉煤灰進(jìn)行高效合理利用、變廢為寶。根據(jù)濕排粉煤灰的理化性質(zhì)和立式磨工藝的優(yōu)點(diǎn)，采用立式磨粉磨工藝粉磨，使其達(dá)到用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的要求。為適應(yīng)粉磨濕排粉煤灰，對主機(jī)立式磨做了適應(yīng)性改進(jìn)，如磨盤的轉(zhuǎn)速采用變頻調(diào)速、維持穩(wěn)定料床的措施、合理設(shè)計(jì)磨輥組合、磨輥與襯板合理配合、進(jìn)料口進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

濕排粉煤灰 立式磨 工藝 機(jī)械優(yōu)化 應(yīng)用

0 引言

粉煤灰是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。粉煤灰不僅占用大量耕地, 消耗大量沖灰用水, 而且粉煤灰的二次揚(yáng)塵會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。

電廠粉煤灰的排放方式主要有干收干排、干收濕排和濕收濕排等方式。一般將干收干排收集的粉煤灰稱為干排粉煤灰，而將干收濕排和濕收濕排收集的粉煤灰稱為濕排粉煤灰。由于粉煤灰市場存在淡旺季，在銷售淡季時(shí)，電廠粉煤灰?guī)靸Υ婺芰Σ粔驎r(shí)，電廠只能采用濕排的工藝。

為有效處理濕排粉煤灰和減少其對環(huán)境的污染，我們面臨的難題是如何將濕排粉煤灰進(jìn)行高效合理利用、變廢為寶。根據(jù)濕排粉煤灰的理化性質(zhì)和立式磨工藝的突出優(yōu)點(diǎn)，采用立式磨粉磨工藝粉磨，使其達(dá)到用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文以馬鞍山寶鑫建材有限公司粉磨濕排粉煤灰項(xiàng)目為例進(jìn)行立式磨粉磨工藝、設(shè)備優(yōu)化及應(yīng)用的介紹。

1 工藝方案的比較

1.1 粉煤灰的性質(zhì)

1.1.1 物理性質(zhì)

粉煤灰其比重在1.95～2.36 g/cm3之間，松干密度在450～700 kg/m3范圍內(nèi)，比表面積在220～588 m2/kg之間，在粉煤灰的物理性質(zhì)中，細(xì)度和粒度是比較重要的，它直接影響著粉煤灰的其他性質(zhì)，粉煤灰越細(xì)，細(xì)粉占的比例越大，其活性也越高。粉煤灰的細(xì)度影響早期水化反應(yīng)，而化學(xué)成分影響后期的反應(yīng)。

1.1.2 化學(xué)性質(zhì)

粉煤灰是由煤中的無機(jī)礦物質(zhì)經(jīng)灼燒生成的氧化物、硅酸鹽混合物，其主要氧化物組成是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、MnO、SO3等，其中以SiO2和A l2O3為主（ SiO2含量在50%左右，Al2O3含量在27% 左右），然而不同地區(qū)、年代、堆積層次、燃燒溫度產(chǎn)生的粉煤灰的化學(xué)成分差異很大。由于煤的灰量變化范圍很廣，不同地區(qū)甚至同一地區(qū)的煤灰量都不同，此外還因煤的燃燒方式及燃燒程度不同而不同。我國有代表性的火力發(fā)電廠粉煤灰的化學(xué)成分見表1[1]。

粉煤灰鈣含量僅在3%左右時(shí)，其本身基本沒有水硬膠凝性能，只有當(dāng)以粉狀形態(tài)與水作用時(shí)，才能在常溫與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物。粉煤灰用于水泥生產(chǎn)可以節(jié)約熟料且改善水泥性能，粉煤灰用作混凝土摻合料也可節(jié)約大量水泥和具有減少需水量、改善和易性、增強(qiáng)可泵性以及減少混凝土徐變、水化熱、熱能膨脹性和提高混凝土抗?jié)B能力等優(yōu)點(diǎn)。為有效利用粉煤灰，需要滿足《我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T1596-2005）的指標(biāo)要求，主要指標(biāo)見表2[2]。

表1 我國有代表性的火力發(fā)電廠粉煤灰的化學(xué)成分 %

表2 我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1596-2005）

1.2 粉磨工藝方案比較

由上述粉煤灰的物理化學(xué)性質(zhì)得知，原狀粉煤灰細(xì)度粗，早期活性較低，需水量偏高，因此難以在混凝土中直接利用，為達(dá)到用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1596-2005）的要求，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚?。對粉煤灰進(jìn)行加工處理的主要方式有兩種，一種是利用選粉機(jī)進(jìn)行分選，另一種是將其全部磨細(xì)，其中磨細(xì)處理是更為合理的方式。

根據(jù)主機(jī)設(shè)備的粉磨原理的不同，濕排粉煤灰粉磨工藝可分為管磨工藝和立式磨工藝。

1.2.1 管磨工藝[2]

對于濕排粉煤灰，需要經(jīng)過脫水和烘干處理，再進(jìn)入管磨粉磨系統(tǒng)。粉煤灰粉磨系統(tǒng)的管磨工藝主要有開流高細(xì)磨粉磨工藝、閉路管磨機(jī)粉磨工藝、半終粉磨工藝、開流微粉管磨機(jī)工藝等，其中，開流微粉管磨機(jī)工藝又可分為先分選再開流粉磨和直接開流粉磨工藝。

采用傳統(tǒng)烘干加管磨的粉磨工藝，存在工藝系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大、能耗高、污染大等弊端。

1.2.2 立式磨工藝

與管磨工藝相比，立式磨粉磨工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）烘干能力大。立式磨采用熱風(fēng)輸送物料，只要有足夠的熱量，在立式磨內(nèi)可烘干入磨水分高達(dá)20%以上的物料。

（2）粉磨效率高、能耗低。立式磨粉磨系統(tǒng)的電耗比管磨機(jī)低20%～40%，而且隨原料水分的增加和產(chǎn)品細(xì)度要求的提高，節(jié)電效果更加顯著。

（3）工藝流程簡單、占地面積及占用空間小。立式磨本身帶有選粉機(jī)，不需要另加選粉機(jī)和提升設(shè)備，出磨含塵氣體直接由高濃度袋收塵器收集處理，故工藝流程簡單，占用建筑面積約為管磨系統(tǒng)的70%，建筑空間約為管磨系統(tǒng)的50%～60%。

（4）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。產(chǎn)品的化學(xué)成分及細(xì)度穩(wěn)定。物料在立式磨內(nèi)停留的時(shí)間僅2～3 min，而在球磨機(jī)內(nèi)則要15～20 min。所以立式磨產(chǎn)品化學(xué)成分及細(xì)度可以很快測定、校正。

（5）噪音低、污染小。立式磨的噪音小，比管磨機(jī)低20～25 dB。因立式磨采用全密封系統(tǒng)，系統(tǒng)在負(fù)壓下操作，無揚(yáng)塵，環(huán)境清潔。

2 立式磨工藝方案

馬鞍山寶鑫建材有限公司的混凝土攪拌站擬采用電廠濕粉煤灰和鋼廠的鋼渣（或礦渣）作為原料，生產(chǎn)可用于混凝土的二級粉煤灰和鋼渣（礦渣）微粉或濕灰和鋼渣混合粉磨的“復(fù)合粉”。本項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)思想為：兼顧粉磨多種廢渣的生產(chǎn)特性，可以混合粉磨多種原料，也可以單獨(dú)粉磨一種原料。

2.1 工藝流程及措施

本項(xiàng)目的工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

粉磨工藝為：粉煤灰、鋼渣（礦渣）等原料經(jīng)原料庫底皮帶秤配料后，由皮帶輸送機(jī)輸送至鎖風(fēng)喂料機(jī)入立式磨，在立式磨內(nèi)完成粉磨和分選，合格細(xì)粉隨同氣流出立式磨，由高效袋式收塵器收集為成品，經(jīng)空氣輸送斜槽、斗式提升機(jī)、庫頂空氣輸送斜槽送入成品庫，不合格的粗粉相繼經(jīng)皮帶輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、鎖風(fēng)喂料機(jī)回立式磨重新粉磨，如此循環(huán)，完成粉磨、分級作業(yè)全過程。

為了滿足項(xiàng)目的要求，我們?yōu)樵撃C(jī)配置了變頻主電機(jī)，以解決粉磨不同原料對磨盤轉(zhuǎn)速不同要求的問題；但由于資金原因，在控制方面暫時(shí)沒有配套高壓變頻器。為防止鐵件對立磨的損傷，在皮帶機(jī)卸料口前設(shè)置有永磁除鐵器；為防止?jié)窳险掣?，從立磨進(jìn)風(fēng)口引一根風(fēng)管對其進(jìn)行加熱。

2.2 系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備性能參數(shù)

系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備性能參數(shù)見表3。

表3 系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備性能參數(shù)

3 立磨機(jī)械優(yōu)化

3.1 磨盤的轉(zhuǎn)速采用變頻調(diào)速

立磨的主傳動系統(tǒng)是指磨盤、主減速機(jī)、主電動機(jī)等三大部分，由于粉煤灰粒度較細(xì)，在磨輥高壓下很難形成穩(wěn)定的料層，而降低磨盤轉(zhuǎn)速可以明顯改善料層的穩(wěn)定，因此磨盤的轉(zhuǎn)速最好采用變頻調(diào)速，以適應(yīng)不同性質(zhì)的物料粉磨。

3.2 維持穩(wěn)定料床

粉煤灰比重較輕，很難在立磨磨盤上形成料層，而粉磨時(shí)磨盤上物料中含有更細(xì)的1μ m～40μ m微細(xì)顆粒，生產(chǎn)過程中，由于氣流原因?qū)е铝洗驳奈锪虾写罅繗怏w，料床已有流態(tài)化的趨勢，使立磨不能有效地嚙入大量的顆粒群，造成磨輥的滑動或輥前堆積。以上這些現(xiàn)象會導(dǎo)致磨輥的陷落→滑動→振動的惡性后果。

要解決此問題，一方面要求磨盤上的物料在碾磨過程中必須進(jìn)行部分排氣，從而使磨輥、磨盤可較順利有效地碾磨物料；另一方面要有效地阻滯物料流動，調(diào)整磨盤上擋料環(huán)的高度，降低磨盤上物料的運(yùn)動速度，達(dá)到磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 合理設(shè)計(jì)磨輥組合

我們將每只磨輥分為靠近磨機(jī)中心的半輪胎（簡稱內(nèi)半胎）部分和靠近磨外的半輪胎（簡稱外半胎）兩個(gè)區(qū)域，每只磨輥的外半胎為上一只磨輥內(nèi)半胎的主輥（高壓粉磨輥），同時(shí)其內(nèi)半胎又為下一只磨輥外半胎的輔輥（排氣鋪料輥），從而使每只磨輥的兩個(gè)半胎都能充分發(fā)揮其粉磨及輔助粉磨作用。磨輥組合的示意見圖2。

圖2 磨輥組合的示意圖

3.4 磨輥與襯板的合理配合

為保證在整個(gè)粉磨過程中，當(dāng)實(shí)現(xiàn)粉煤灰成品比表面積很大時(shí)，也能做到平穩(wěn)操作，振動小，需要磨輥與襯板的合理配合，具體見圖3。

圖3 磨輥與襯板合理配合圖

3.5 進(jìn)料口的特殊設(shè)計(jì)

在磨機(jī)的進(jìn)料口處設(shè)計(jì)有相互隔離的兩個(gè)物料通路，來自原料的水分高、溫度低的新鮮原料和從外循環(huán)提升機(jī)返回重新喂入磨機(jī)的含少量細(xì)粉（有活性）的水分低、溫度高的排渣從不同的料路喂入磨機(jī)，實(shí)現(xiàn)干料和濕料分開，彼此不產(chǎn)生干擾地喂入立磨，有效降低了磨機(jī)喂料口堵料現(xiàn)象。具體見圖4。

圖4 一口雙進(jìn)料

4 運(yùn)行評價(jià)

4.1 調(diào)試和運(yùn)行操作注意事項(xiàng)

4.1.1 振動

料層不穩(wěn)定是立磨產(chǎn)生振動的主要原因，次要原因有：磨內(nèi)進(jìn)入了大塊金屬或較硬的雜物，會導(dǎo)致瞬間碾磨壓力過大，甚至產(chǎn)生破壞性震動；蓄能器充氣壓力過大或過小也會導(dǎo)致立磨震動；磨內(nèi)通風(fēng)不足導(dǎo)致磨內(nèi)細(xì)粉過多，同樣會造成料層不穩(wěn)，磨機(jī)震動。振動是立磨運(yùn)行中普遍存在的情況，合理的振動（振動值＜3 mm/s）是允許的。在操作上應(yīng)嚴(yán)格將振動控制在允許的范圍內(nèi)，才能為穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造先決條件。

4.1.2 料層厚度

為了找到最佳的料層厚度，必須進(jìn)行多次擋料圈高度調(diào)整。而在擋料圈高度一定、喂料平均粒徑太小或細(xì)粉太多的條件下，通過調(diào)整給料量、碾磨壓力、循環(huán)風(fēng)量和分離器轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)來穩(wěn)定料層。最佳料層厚度主要取決于原料的性質(zhì)，如含水量、粒度、顆粒分布和易磨性。

4.1.3 立磨壓差

立磨壓差是由風(fēng)環(huán)和分離器處的風(fēng)阻及物料的內(nèi)循環(huán)量而產(chǎn)生，也是重要的監(jiān)控參數(shù)之一。由于系統(tǒng)風(fēng)量對立磨運(yùn)轉(zhuǎn)的影響很大，因此，立磨壓差保持在一定范圍，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)才能穩(wěn)定。壓差還是磨內(nèi)情況的一面鏡子，操作員可通過觀察壓差了解立磨系統(tǒng)工作情況，判斷給料量是否準(zhǔn)確，系統(tǒng)風(fēng)量是否合適、系統(tǒng)是否高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等。

4.1.4 其它

磨機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行，除以上提出要注意的磨機(jī)振動、料層厚度、壓差等參數(shù)，其他還要注意檢查立磨本體及系統(tǒng)風(fēng)管和輔機(jī)的密封，盡量減少系統(tǒng)漏風(fēng)；調(diào)整合適的磨輥壓力、穩(wěn)定料床，根據(jù)調(diào)試時(shí)積累的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)逐步掌握相應(yīng)的產(chǎn)量對應(yīng)一定的壓力，當(dāng)然還要考慮以后物料的粒度及易磨性的變化。

總之，立磨操作員要勤于思考，善于觀察，及時(shí)對系統(tǒng)的變化作出正確預(yù)見性的判斷。經(jīng)常對立磨現(xiàn)場的情況進(jìn)行了解并和控制室中磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比，逐步積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

4.2 運(yùn)行參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行效果

該生產(chǎn)線于2013年12月調(diào)試投料，經(jīng)過近1個(gè)月的調(diào)試各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，見表4。

表4 馬鞍山寶鑫立式磨粉磨濕排粉煤灰工藝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

調(diào)試初期由于缺少高壓變頻器，立磨磨盤轉(zhuǎn)速無法調(diào)整，在單獨(dú)粉磨濕粉煤灰時(shí)料層不穩(wěn)，因此只能低壓低產(chǎn)量試運(yùn)行。而一旦提高產(chǎn)量并提高磨輥壓力，磨機(jī)振動立刻明顯增加，導(dǎo)致立磨無法正常運(yùn)行。為了解決料層不穩(wěn)導(dǎo)致振動的問題，我們開始試驗(yàn)在濕粉煤灰中加入不同比例的鋼渣來穩(wěn)定料層。從50%開始逐步降低鋼渣摻量，經(jīng)過多次試驗(yàn)，終于在摻入約20%鋼渣時(shí)磨機(jī)也可以長期穩(wěn)定運(yùn)行了，這就為今后的生產(chǎn)提供了操作參數(shù)依據(jù)。因?yàn)闈穹勖夯液弯撛袌鰞r(jià)格低廉，而生產(chǎn)的以粉煤灰為主的“復(fù)合粉”既可以用于業(yè)主自己的攪拌站，也可以對外銷售。

5 結(jié)束語

根據(jù)濕排粉煤灰的理化性質(zhì)，為滿足我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的要求，粉磨工藝可采用烘干加管磨工藝和立式磨工藝。因傳統(tǒng)烘干加管磨的粉磨工藝具有工藝系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大、能耗高、污染大等弊端，又加之立式磨工藝自身具有烘干能力大、粉磨效率高、工藝流程簡單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，近年來，采用立式磨粉磨工藝粉磨粉煤灰技術(shù)的應(yīng)用越來越多。

為適應(yīng)粉磨濕排粉煤灰，對主機(jī)立式磨做了適應(yīng)性改進(jìn)，如磨盤的轉(zhuǎn)速采用變頻調(diào)速、維持穩(wěn)定料床的措施、合理設(shè)計(jì)磨輥組合、磨輥與襯板合理配合、進(jìn)料口進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

[1] 田野, 楊剛.濕排粉煤灰的烘干處理工藝[J]. 建材技術(shù)與應(yīng)用, 2012(09):37-40.

[2] 朱春啟, 楊春保,董江波. 粉煤灰磨細(xì)工藝的選擇[J].四川水泥, 2013(02):94-96.

TQ172.687

B

1008-0473(2016)04-0064-05 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.04.013

2016-01-04）