柳學(xué)忠，周衛(wèi)兵，徐保國(guó)，朱教群，許元正

1 前言

我公司有兩套水泥熟料半終粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)，每套半終粉磨系統(tǒng)由1 臺(tái)CLF150×100 輥壓機(jī)、1 臺(tái)?4.2m×13m球磨機(jī)、V型選粉機(jī)、動(dòng)態(tài)選粉機(jī)組成，生產(chǎn)能力190t/h。半終粉磨系統(tǒng)入料配比為熟料90%、脫硫石膏5%、石灰石5%，助磨劑從配料主皮帶和球磨機(jī)磨頭摻入。輥壓機(jī)粉磨成品顆粒45μm篩篩余3%，比表面積380m2/kg；球磨機(jī)入磨物料顆粒45μm 篩篩余55%，成品顆粒45μm 篩篩余4%，比表面積340m2/kg。半終粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 半終粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

半終粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)投入使用時(shí)間較早，選型偏小，與球磨機(jī)不匹配；球磨機(jī)存在過(guò)粉磨現(xiàn)象，＜3μm顆粒含量過(guò)高，水泥與減水劑適應(yīng)性不理想；單套半終粉磨系統(tǒng)工序電耗高達(dá)29.4kW·h/t。為降低電耗、提高產(chǎn)量、優(yōu)化水泥品質(zhì)，公司于2021年9月對(duì)2套半終粉磨系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能提產(chǎn)改造。

2 輥壓機(jī)系統(tǒng)改造優(yōu)化

2.1 提高輥壓機(jī)能效利用率

輥壓機(jī)主要用于對(duì)物料進(jìn)行擠壓破碎，在粉磨系統(tǒng)中，輥壓機(jī)的能效利用率遠(yuǎn)高于球磨機(jī)，若要降低粉磨系統(tǒng)電耗、提高系統(tǒng)產(chǎn)量，必須實(shí)現(xiàn)“多破少磨”[1-2]。公司CLF150×100 輥壓機(jī)和?4.2m×13m球磨機(jī)的主機(jī)配置裝機(jī)功率比為0.4∶1，輥壓機(jī)能力偏小且輥縫偏差大，電流波動(dòng)大，運(yùn)行不穩(wěn)定。為提高輥壓機(jī)能效利用率，進(jìn)行如下改造：

2.1.1 實(shí)施“二拖一”改造優(yōu)化

對(duì)2臺(tái)CLF150×100輥壓機(jī)成品、半成品輸送斜槽進(jìn)行改造，將2臺(tái)輥壓機(jī)并聯(lián)，與1號(hào)?4.2m×13m球磨機(jī)組成新的“二拖一”半終粉磨系統(tǒng)，增加物料預(yù)粉磨能力?！岸弦弧彼喟虢K粉磨系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。同時(shí)，為提高輥壓機(jī)裝機(jī)功率，進(jìn)一步降低能耗，將單臺(tái)輥壓機(jī)電機(jī)功率從710kW增加至900kW，電機(jī)更換為永磁電機(jī)，增加輥壓機(jī)系統(tǒng)總裝機(jī)功率。改造后，輥壓機(jī)總裝機(jī)功率為3 600kW（4×900kW），輥壓機(jī)和球磨機(jī)總裝機(jī)功率比為1.01∶1，新系統(tǒng)產(chǎn)量提高約135t/h，系統(tǒng)總負(fù)荷增加約1 500kW（見(jiàn)表2），粉磨工序電耗＜22kW·h/t。

表2 改造前后1號(hào)粉磨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷及能耗

2.1.2 新增一套大型輥壓機(jī)系統(tǒng)

新增一套大型輥壓機(jī)系統(tǒng)，新系統(tǒng)配備1 臺(tái)TRP180×160輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)、TSS-5000雙驅(qū)精密選粉機(jī)及其他附屬設(shè)備，與2號(hào)?4.2m×13m球磨機(jī)組成新半終粉磨系統(tǒng)。新增輥壓機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表3。新增輥壓機(jī)原設(shè)計(jì)裝機(jī)功率為2×1 600kW，為最大限度發(fā)揮輥壓機(jī)能效，提高輥壓機(jī)產(chǎn)量，降低系統(tǒng)電耗，根據(jù)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，我公司將輥壓機(jī)裝機(jī)功率提升至3 600kW（2×1 800kW）。改造后，輥壓機(jī)和球磨機(jī)的裝機(jī)功率比仍為1.01∶1，經(jīng)試車(chē)運(yùn)行調(diào)整，輥壓機(jī)運(yùn)行電流可控制在80%左右，粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量340～350t/h，工序電耗＜23kW·h/t。改造前后2 號(hào)粉磨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷及能耗見(jiàn)表4。

表3 新增輥壓機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

表4 改造前后2號(hào)粉磨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷及能耗

2.2 改善輥壓機(jī)左右側(cè)運(yùn)行壓力偏差

輥壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，左右側(cè)壓力偏差較大，系統(tǒng)頻繁自動(dòng)糾偏，導(dǎo)致輥壓機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。檢查發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)流倉(cāng)物料存在離析情況，為此，在V 型選粉機(jī)入口增加多通道布料裝置，強(qiáng)制分散物料；將動(dòng)態(tài)選粉機(jī)粗粉下料管從穩(wěn)流倉(cāng)頂部改至V型選粉機(jī)下料溜管處，使動(dòng)態(tài)選粉機(jī)和V型選粉機(jī)的回料在進(jìn)入穩(wěn)流倉(cāng)前匯合；在回料下料溜管安裝導(dǎo)向板，按不同粒度充分均布物料（見(jiàn)圖2）。另一方面，在穩(wěn)流倉(cāng)進(jìn)口處加裝自行設(shè)計(jì)的均料盤(pán)，物料通過(guò)均料盤(pán)向四周拋撒，再經(jīng)四周向中間運(yùn)動(dòng)，起到均化倉(cāng)內(nèi)物料的作用（見(jiàn)圖3）。改造后，穩(wěn)流倉(cāng)物料離析情況和輥壓機(jī)左右側(cè)壓力偏差問(wèn)題得到較好改善。

圖2 下料溜管布局及導(dǎo)向裝置

圖3 均料盤(pán)裝置

2.3 增強(qiáng)輥壓機(jī)物料破碎能力

為進(jìn)一步提高輥壓機(jī)運(yùn)行效率，評(píng)估后將輥壓機(jī)壓力高限保護(hù)值由9.0MPa調(diào)整至12.0MPa，加大輥壓機(jī)工作壓力，增強(qiáng)輥壓機(jī)物料破碎能力，以實(shí)現(xiàn)“高輥壓小循環(huán)”[4]生產(chǎn)。輥壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，細(xì)粉量增加，成品比表面積由380m2/kg 提升至410m2/kg，改造前后輥壓機(jī)成品粒度對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 改造前后輥壓機(jī)成品粒度對(duì)比

3 球磨機(jī)系統(tǒng)改造優(yōu)化

對(duì)輥壓機(jī)進(jìn)行“二拖一”改造及新增一套輥壓機(jī)系統(tǒng)后，入球磨機(jī)物料量大幅增加，對(duì)球磨機(jī)物料通過(guò)量和研磨效率的要求也越來(lái)越高。為使球磨機(jī)產(chǎn)量滿足新系統(tǒng)的生產(chǎn)要求，公司針對(duì)球磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。

球磨機(jī)原磨內(nèi)粉磨倉(cāng)為二倉(cāng)結(jié)構(gòu)，一倉(cāng)有效長(zhǎng)度3.0m、二倉(cāng)有效長(zhǎng)度9.5m；一倉(cāng)鋼球平均球徑28.1mm、裝載量65t；二倉(cāng)鋼球平均球徑11.2mm、裝載量175t；球磨機(jī)粉磨倉(cāng)采用雙層隔倉(cāng)板，隔倉(cāng)板篦縫為6mm，中間篩板縫為4mm、出料篦板篦縫為2.5mm。球磨機(jī)磨內(nèi)阻力較大，通風(fēng)不佳，合格成品不能及時(shí)出磨，易產(chǎn)生過(guò)粉磨和篦板堵料現(xiàn)象，影響磨機(jī)研磨效率。為解決上述問(wèn)題，需減少磨內(nèi)阻力，增加磨內(nèi)通風(fēng)，增加隔倉(cāng)板、篦板過(guò)料能力。優(yōu)化改造如下：

3.1 二倉(cāng)改三倉(cāng)，采用陶瓷球研磨體

將磨內(nèi)粉磨倉(cāng)由二倉(cāng)改為三倉(cāng)，改造后，一倉(cāng)有效長(zhǎng)度2.75m、二倉(cāng)有效長(zhǎng)度2.50m、三倉(cāng)有效長(zhǎng)度7.25m。輥壓機(jī)改造后，入球磨機(jī)物料細(xì)度降低，一倉(cāng)不再需要太大的破碎能力，可相應(yīng)減少一倉(cāng)長(zhǎng)度；二倉(cāng)作為過(guò)渡倉(cāng)，起到部分破碎和研磨作用；三倉(cāng)為細(xì)磨倉(cāng)，是三個(gè)倉(cāng)中最長(zhǎng)的一個(gè)倉(cāng)，其研磨體種類(lèi)、級(jí)配和裝載量對(duì)球磨機(jī)研磨效率和負(fù)荷有著重要影響。

資料顯示，在水泥磨粉磨中應(yīng)用耐磨陶瓷球取代鋼球，可大幅降低球磨機(jī)電耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低噪音[4-6]。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用陶瓷球替代鋼球，可以降低球磨機(jī)功率，但對(duì)產(chǎn)量影響較大。經(jīng)多次調(diào)整對(duì)比，公司決定采用陶瓷球作為三倉(cāng)的研磨體，并將三倉(cāng)研磨體填充率由32%增加至42%。改造后，磨機(jī)裝球量由240t降至188t。改造后的磨內(nèi)分倉(cāng)情況見(jiàn)表5，各倉(cāng)研磨體級(jí)配見(jiàn)表6。

3.2 更換防堵型隔倉(cāng)板、出料篦板，優(yōu)化活化環(huán)

更換新型防堵隔倉(cāng)板，改變傳統(tǒng)隔倉(cāng)板溢流過(guò)料形式，每一塊隔倉(cāng)板前后端均設(shè)置強(qiáng)制帶料抗磨筋條，便于物料通過(guò)隔倉(cāng)板篦縫和隔倉(cāng)中心時(shí)不受料位和研磨體填充率限制，增加磨內(nèi)通風(fēng)和合格物料的通過(guò)能力。隔倉(cāng)板改造前后對(duì)比見(jiàn)圖5。

圖5 隔倉(cāng)板改造前后對(duì)比

更換新型防堵出料篦板，篦板與篦板間采用檐口設(shè)計(jì)制作，篦縫采用多級(jí)和防堵塞相結(jié)合的形式布置，中心風(fēng)大小可調(diào)節(jié)，耐磨篩板、鑄造框架、連接壓板采用螺栓連接替代焊接連接，避免了篩板因長(zhǎng)久受研磨體沖擊和軸向推力，出現(xiàn)變形、開(kāi)焊、漏球等情況。出料篦板改造前后對(duì)比見(jiàn)圖6。

圖6 出料篦板改造前后對(duì)比

為降低物料三倉(cāng)流速，對(duì)活化環(huán)進(jìn)行改造。封閉一半或全部活化環(huán)空腔，將活化環(huán)的高度由1.2m增加到1.65m，延長(zhǎng)物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間，進(jìn)一步提高三倉(cāng)陶瓷球的研磨效率。改造后，出磨45μm篩篩余由30.2%下降25.1%，出磨成品量增加。

改造后，球磨機(jī)運(yùn)行正常，磨內(nèi)通風(fēng)良好，磨機(jī)壓差降至＜1 000Pa，同時(shí)，提高了磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷和選粉機(jī)選粉效率，進(jìn)一步降低了球磨機(jī)運(yùn)行功率。球磨機(jī)改造效果見(jiàn)表2 及表4。由表2、表4 可知，改造后，1 號(hào)粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)與球磨機(jī)負(fù)荷比由0.38∶1 提高至1.16∶1，2 號(hào)粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)與球磨機(jī)負(fù)荷比由0.37∶1 提高至1.21∶1，充分體現(xiàn)了“多破少磨”效果。

4 改造效果

4.1 產(chǎn)品性能提高

改造前后輥壓機(jī)成品粒徑分布、熟料粉成品粒徑分布及熟料粉成品性能分析見(jiàn)表7、表8、表9。對(duì)改造前后熟料粉成品粒徑分布對(duì)比可知，＜3μm顆粒含量下降，特別是＜1μm顆粒含量下降，熟料粉3～32μm 顆粒含量上升，有效改善了磨機(jī)過(guò)粉磨現(xiàn)象。改造后，水泥需水量下降，與減水劑適應(yīng)性得到改善，熟料粉3d強(qiáng)度下降，28d強(qiáng)度有所上升。

表7 輥壓機(jī)成品粒徑分布

表8 熟料粉粒徑分布

表9 熟粉料成品性能分析

4.2 社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益提高

改造后，1、2 號(hào)水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量由190t/h 分別提升至325t/h、335t/h，系統(tǒng)產(chǎn)量分別提升135t/h、145t/h，產(chǎn)量平均提高75%；改造后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行調(diào)整，1、2號(hào)水泥粉磨系統(tǒng)工序電耗穩(wěn)定在22kW·h/t 左右，較改造前平均下降7.4kW·h/t。以年產(chǎn)300 萬(wàn)噸水泥熟料為例計(jì)算，可節(jié)約用電22.2×106kW·h，電價(jià)按0.6 元/kW·h 計(jì)，年可節(jié)約電費(fèi)1 332 萬(wàn)元，碳排放按0.785kg-CO2/kW·h 計(jì)算，年減少碳排放量約17 427t。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用2 臺(tái)原有輥壓機(jī)，搭配1 臺(tái)原有球磨機(jī)的“二拖一”方案，另新增一套大型輥壓機(jī)系統(tǒng)，將球磨機(jī)二倉(cāng)改三倉(cāng)，優(yōu)化球磨機(jī)隔倉(cāng)板、出磨篦板、活化環(huán)并應(yīng)用陶瓷球、永磁電機(jī)等，降低了粉磨系統(tǒng)電耗，提高了輥壓機(jī)與球磨機(jī)功率比，大幅提升了系統(tǒng)產(chǎn)量，滿足了節(jié)能降耗提產(chǎn)要求。本次改造過(guò)程中充分利舊，進(jìn)一步節(jié)約了改造成本，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。