沈錫榮，顧云濤

球磨機(jī)閉路系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷受水泥產(chǎn)品顆粒分布、產(chǎn)質(zhì)量及電耗等指標(biāo)的影響，一般控制在100%～200%。輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷受輥壓機(jī)、球磨機(jī)功率比影響，一般控制在100%～500%。目前常用“大輥壓機(jī)+小球磨機(jī)”的組合方式，系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷控制較高。輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷等參數(shù)對水泥廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要影響，精準(zhǔn)控制循環(huán)負(fù)荷是水泥廠節(jié)能降耗的有效措施之一。但水泥廠在進(jìn)行例行循環(huán)負(fù)荷檢測時，因取樣代表性不強(qiáng)、樣品制作檢測較繁瑣等原因，往往難以精準(zhǔn)檢測控制循環(huán)負(fù)荷。

1 雙曲線進(jìn)料裝置的運行情況

L公司有4套180860輥壓機(jī)雙選粉開路粉磨系統(tǒng)，工藝流程見圖1。2015年輥壓機(jī)出廠配置了直通固定式進(jìn)料管，2018年1號輥壓機(jī)使用了雙曲線進(jìn)料裝置。運行比較發(fā)現(xiàn)，使用雙曲線進(jìn)料裝置的輥壓機(jī)，系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷稍低時低產(chǎn)低耗，循環(huán)負(fù)荷過低時低產(chǎn)高耗，循環(huán)負(fù)荷高時高產(chǎn)高耗，輥壓機(jī)做功多，但會產(chǎn)生部分熱能消耗。雙曲線進(jìn)料裝置對輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷的精準(zhǔn)控制必要且可行。

2015年4月粉磨系統(tǒng)初產(chǎn)時，輥壓機(jī)、球磨機(jī)等做功＞90%，月均產(chǎn)量200t/h，電耗30kW·h/t，未能實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)；2016年1月，投入半終粉磨系統(tǒng)運行，輥壓機(jī)做功在70%左右，月均產(chǎn)量180t/h，電耗28kW·h/t；2017年5月開始使用陶瓷球，月均產(chǎn)量160t/h，電耗＜25kW·h/t。2015年輥壓機(jī)出廠初始，直通固定式進(jìn)料管的進(jìn)料口軸向長度為1 600mm，2018年4臺輥壓機(jī)進(jìn)料口寬度從期初500mm全部調(diào)至320mm，使用陶瓷球后，工序電耗穩(wěn)定在25kW·h/t內(nèi)。

2018年2月，1號輥壓機(jī)使用了雙曲線進(jìn)料裝置，進(jìn)料口尺寸長度為1 480mm，寬度為180～550mm，寬度可調(diào)節(jié)。系統(tǒng)高產(chǎn)運行時，進(jìn)料口寬度調(diào)至350mm，輥壓機(jī)做功在70%，系統(tǒng)產(chǎn)量170t/h左右，電耗24kW·h/t；低產(chǎn)運行時，進(jìn)料口寬度調(diào)至290mm，輥壓機(jī)做功在60%，系統(tǒng)產(chǎn)量155t/h左右，電耗在23kW·h/t內(nèi)；當(dāng)進(jìn)料口寬度＞450mm時，易振動塌倉，＜240mm時，料床較差，電耗上升。

引進(jìn)雙曲線進(jìn)料裝置試運行半年后，平衡產(chǎn)量與電耗，評估最經(jīng)濟(jì)參數(shù)，重設(shè)進(jìn)料口尺寸。3、4號輥壓機(jī)主要生產(chǎn)普通水泥，進(jìn)料口調(diào)寬至300mm；2號輥壓機(jī)僅生產(chǎn)高水分低標(biāo)復(fù)合水泥，進(jìn)料口調(diào)寬至330mm；車間綜合電耗同比上年降低1kW·h/t。生產(chǎn)比較中發(fā)現(xiàn)，雙曲線進(jìn)料裝置下料口四周密封防泄漏效果較好，調(diào)節(jié)自如，對物料性能及產(chǎn)品需求變化適應(yīng)能力強(qiáng)，可以增加輥壓機(jī)有效做功，同時降低循環(huán)負(fù)荷。2020年L公司又增加了2臺第二代雙曲線進(jìn)料裝置，旺季、雨季時開大進(jìn)料口控制，淡季進(jìn)行小循環(huán)節(jié)能控制。

圖1 工藝流程圖

2 循環(huán)負(fù)荷的計算及進(jìn)料裝置的比較

通過提升料壓、減少側(cè)漏、維護(hù)輥面花紋、增加系統(tǒng)壓力可增加輥壓機(jī)做功，尤其是通過擴(kuò)大喂料口尺寸，增加輥面受料面積，可直接提升輥壓機(jī)做功能力。

2.1 循環(huán)負(fù)荷的計算

輥壓機(jī)循環(huán)負(fù)荷一般是按選粉機(jī)進(jìn)出物料中某粒徑物料的篩余比例進(jìn)行計算，但由于選粉機(jī)進(jìn)出物料難以均布，取樣代表性差，碾碎料餅取粉等制樣方式極為繁瑣，料餅密度及厚度不勻，難以準(zhǔn)確計算輥壓機(jī)物料通過量[1]。循環(huán)負(fù)荷為回料量與產(chǎn)量之比，參照提升負(fù)載簡易計算公式[3]，綜合考慮輥壓機(jī)下料沖擊動能等，對照臺時產(chǎn)量估算提升機(jī)提升料餅的不同電流時的輸送量，即輥壓機(jī)通過量G及循環(huán)負(fù)荷K：

式中：

η1——驅(qū)動效率，取0.9

G——輥壓機(jī)產(chǎn)量，即提升機(jī)輸送量，t/h

g——重力加速度，取9.8m/s

H——提升高度，L公司設(shè)備取45m

V1——排料速率，即提升機(jī)頭輪線速率，L公司設(shè)備取1.16m/s

V2——喂料速率，即輥壓機(jī)線速率，L公司設(shè)備取1.6m/s

P0——空載做功，kW·h；空載設(shè)備受設(shè)備磨損、積料等影響，以實際空載電流推算，P0=1.732I0U cosφ

I——提升機(jī)電流，A

I0——L公司提升機(jī)空載電流，取184A

U——電壓，取0.38kV

cosφ——功率因數(shù)，取0.85

N——系統(tǒng)產(chǎn)量，t/h；L公司取172.2、155.5、163.3高低中三個產(chǎn)量對比

K——循環(huán)負(fù)荷，%

2.2 進(jìn)料裝置的比較

不同進(jìn)料口尺寸運行參數(shù)對比見表1。

在1號輥壓機(jī)使用雙曲線進(jìn)料裝置后，不斷調(diào)試進(jìn)料口尺寸，與同原料的2號輥壓機(jī)直通固定的進(jìn)料方式進(jìn)行對比，調(diào)整合適的倉位，尋求最佳運行參數(shù)。當(dāng)1號輥壓機(jī)進(jìn)料口從350mm減小到290mm時，輥壓機(jī)循環(huán)負(fù)荷從227.9%下降至131.6%，系統(tǒng)節(jié)電1.1kW·h/t。試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)1號輥壓機(jī)進(jìn)料口寬度＞400mm或料餅提升機(jī)電流＞190A時，產(chǎn)量提升幅度小，能耗增加幅度大，入磨料溫增加近20℃；當(dāng)進(jìn)料口寬度＜240mm時，不能形成穩(wěn)定料床，產(chǎn)量下降幅度較大，能耗上升拐點出現(xiàn)。物料變化時，系統(tǒng)參數(shù)也有所變化，輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷視配套磨機(jī)能力控制在100%～300%，過高或過低均易增加系統(tǒng)能耗。

3 輥壓機(jī)能量的有效精準(zhǔn)利用

輥壓機(jī)系統(tǒng)主要包括輥壓機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、換風(fēng)風(fēng)機(jī)、選粉機(jī)等設(shè)備，風(fēng)機(jī)和選粉機(jī)動力消耗受風(fēng)量、風(fēng)阻、溫度及料氣比等影響，系統(tǒng)熱量平衡主要受料量、風(fēng)量及溫度影響，輥壓機(jī)的做功主要用于顆粒破碎及摩擦生熱，破碎做功是有效做功。

表1 不同進(jìn)料口尺寸運行參數(shù)對比

（1）能量的有效利用。熱量消耗、噪聲或循環(huán)運輸均為能量的無效使用，提升機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備單位消耗能量變化量較小，不作計算。反復(fù)對比參數(shù)發(fā)現(xiàn)，大循環(huán)操作時，入磨料溫溫升近10℃，循環(huán)氣體溫升5℃，由此推斷，輥壓機(jī)做功存在浪費的情況，部分做功用在了物料內(nèi)部摩擦生熱。通過比熱容公式（3）可測算物料及外排風(fēng)溫升帶來的能量消耗。

物料溫升能量單位消耗Q1：

式中：

C——水泥的比熱容是0.84×103J/（kg·℃），系統(tǒng)混合細(xì)料參照水泥比熱容計算；焦耳（J）轉(zhuǎn)換千瓦時（kW·h）的系數(shù)2.78×10-7

M——材料重量，kg

△t——溫升，以1℃計

當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)量為150t/h時，在3×105m3/h風(fēng)量循環(huán)操作中，有1×105m3/h風(fēng)量不斷進(jìn)行著冷風(fēng)吸入、熱風(fēng)外排操作，能量消耗測算同上。為簡化計算，忽略空氣水分、壓力、溫度等影響，空氣以密度1.293kg/m3、比熱容1.0×103J/（kg·℃）計算。

外排風(fēng)溫升能量單位消耗Q2：

由此測算，物料及氣體溫度升高時能量消耗較大。再加上提升運輸?shù)仍斐傻哪芰坷速M、高溫靜電等負(fù)面的影響以及因進(jìn)料口截面加大導(dǎo)致的循環(huán)負(fù)荷提高等原因，雖然輥壓機(jī)做功增加，但系統(tǒng)不一定節(jié)能。另外，輥壓機(jī)對粗顆粒的破碎能力強(qiáng)，對細(xì)粉的處理能力偏弱，大量細(xì)粉進(jìn)入擠壓輥導(dǎo)致輥壓機(jī)擠壓效果大幅下降。只有當(dāng)進(jìn)入擠壓輥的顆粒級配合理，形成密實穩(wěn)定的料床，實現(xiàn)“料擠料”和“高壓小循環(huán)”，能夠?qū)⑽锪弦淮螖D壓成合格細(xì)粉，能量利用率才能最優(yōu)。

（2）能量的精準(zhǔn)利用。每調(diào)整一次輥壓機(jī)參數(shù)，水泥顆粒級配及理化性能都會有變化，但常規(guī)篩析檢測難以發(fā)現(xiàn)。若將物料顆粒粒徑從80μm磨成60μm，或?qū)⑽锪项w粒粒徑從40μm磨成30μm，常規(guī)45μm篩篩析分析檢測不到變化；若將物料顆粒粒徑從50μm磨成40μm，則45μm篩篩析分析檢測調(diào)整效果立見。因此，能量最好精準(zhǔn)利用在將熟料顆粒磨到3～32μm內(nèi)，反復(fù)調(diào)整后，找到最佳運行參數(shù)。

4 循環(huán)負(fù)荷精準(zhǔn)控制

低壓大循環(huán)時，物料間的摩擦增多，部分做功用于產(chǎn)生細(xì)粉，是有效做功，而部分摩擦生熱則是能量消耗。細(xì)粉量增加，帶來產(chǎn)量增加，電耗下降，不能抵消摩擦生熱的能量浪費時，系統(tǒng)運行便不再經(jīng)濟(jì)。精準(zhǔn)調(diào)節(jié)輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷非常必要。

通過調(diào)節(jié)風(fēng)量或選粉機(jī)轉(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，但若不調(diào)節(jié)輥壓機(jī)進(jìn)料口尺寸、選粉系統(tǒng)料氣比波動，輥壓機(jī)將不能穩(wěn)定生產(chǎn)。如大進(jìn)料口時用小風(fēng)，細(xì)粉則不能及時外排，將會帶來塌倉等異常情況；如小進(jìn)料口時用大風(fēng)，則會導(dǎo)致細(xì)粉過少，料床不密實，輥壓機(jī)產(chǎn)生波動或能耗上升。運行過程中宜根據(jù)進(jìn)料口尺寸、輥壓等配合倉位的調(diào)節(jié)，精準(zhǔn)控制輥壓機(jī)喂料量。

現(xiàn)行進(jìn)料裝置大多未解決流量調(diào)節(jié)板下端與圓弧輥面周向泄壓漏料的問題，輥端面與側(cè)擋板間物料側(cè)漏也未處理好，過多的漏料溢料使精準(zhǔn)調(diào)節(jié)困難。較為常見的是某杠桿式進(jìn)料裝置的調(diào)節(jié)板繞軸擺動，無法控制調(diào)節(jié)板下端與圓弧形輥面間隙，二者間隙＞150mm時，側(cè)擋板與輥端間隙較大，造成輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)量增大，選粉機(jī)負(fù)荷增大，大量未選出的細(xì)粉進(jìn)入循環(huán)，增加了后續(xù)輸送和選粉設(shè)備的工作負(fù)荷。尤其是，杠桿進(jìn)料裝置的調(diào)節(jié)板通過托料方式調(diào)節(jié)物料流量，造成輥面上部與翻板下部的滑移喂料區(qū)物料不密實，物料不受限，被擠壓后易上溢，造成料壓損失。

新型輥壓機(jī)雙曲線進(jìn)料裝置調(diào)節(jié)板受設(shè)定曲線限制，具備傳統(tǒng)直線拔插型及旋轉(zhuǎn)擺動型進(jìn)料裝置的優(yōu)點，調(diào)節(jié)板使用曲線滑槽機(jī)構(gòu)，側(cè)擋板使用楔塊機(jī)構(gòu)，在上、下轉(zhuǎn)軸及滑軌的限位下，通過蝸輪螺桿升降機(jī)推拉；調(diào)節(jié)板下端沿輥面圓弧作曲線移動，輥壓機(jī)進(jìn)料溜管下料截面面積隨之改變，同時保持調(diào)節(jié)板下端與圓弧輥面間隙恒定在5～15mm；在側(cè)擋板內(nèi)側(cè)增設(shè)人字形耐磨件嵌入輥面30～50mm，形成凹凸密封，上部絲桿通過一組楔塊擠壓調(diào)節(jié)，確保側(cè)擋板貼緊輥端面；輥壓機(jī)進(jìn)料口軸向、周向四周無泄壓漏料，完善了輥壓機(jī)喂料機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷精準(zhǔn)控制[2]。

5 結(jié)語

輥壓機(jī)精準(zhǔn)做功是粉磨系統(tǒng)節(jié)能的核心，雙曲線進(jìn)料裝置可對輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)的負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)控制，可在高產(chǎn)低耗間尋求最佳平衡或按需切換。視配套磨機(jī)能力，循環(huán)負(fù)荷控制在120%～240%較經(jīng)濟(jì)，過高或過低的循環(huán)負(fù)荷易增加系統(tǒng)能耗。