技术丨水泥辊压机联合粉磨系统优化与实践

 

摘要:

以某水泥公司大辊压机联合粉磨系统为例介绍了其多种粉磨工艺可切换的工艺流程、设备配置、优化措施及实际应用情况。经过优化调整后的实践结果表明,采用180-140辊压机配Ф3.8m×14.5m球磨机的联合粉磨系统,生产P·O42.5R水泥台时产量可达到224t/h,水泥工序电耗可降到23.6 kWh/t,电耗达到国内先进水平。

 
 

水泥粉磨电耗在水泥制备综合电耗中,占有相当大的比例。多年来,降低水泥粉磨电耗一直是水泥行业技术人员研究的重要课题。目前,我国的水泥粉磨领域,采用水泥辊压机与球磨机配套组成的粉磨系统已经成为主流[1],而随着辊压机装备技术的不断成熟以及工艺系统的不断创新,作为水泥预粉磨装备辊压机大型化已成发展趋势,形成了大辊压机配小磨机、大辊压机配大磨机等多种配置形式[2];在工艺系统上,已经逐步形成了联合粉磨系统和半终粉磨系统以及两者可切换的工艺系统。

 

然而,目前国内采用大辊压机的水泥联合粉磨系统,其粉磨工序电耗(P·O42.5R水泥,下同)大都在30~32 kWh/t;近年来兴起的水泥辊压机半终粉磨系统,由于从辊压机系统中选出一部分成品,较联合粉磨系统而言,产量得到相应的提升,其粉磨工序电耗一般在27~30 kWh/t,个别先进指标可达到25 kWh/t左右[3]。但水泥半终粉磨系统,是将辊压机预粉磨系统产生的符合水泥细度要求的细粉提前选出,直接加入到成品中[4],虽能起到提产降耗作用,但由于辊压机直接选出成品的颗粒形貌、级配及颗粒内部特性(微裂纹等)等因素,导致水泥需水量偏高[5]。因此,在国内大部分水泥半终粉磨生产线中,生产P·C水泥品种时使用半终粉磨系统,在生产P·O水泥时则切换为联合粉磨系统。

 

因此,对水泥辊压机联合粉磨系统工艺进行优化、降低粉磨能耗同时制备性能优越的水泥,对采用辊压机作为预粉磨装备的水泥粉磨系统意义更为重大。本文结合南方某水泥公司采用大辊压机联合粉磨系统的工程实践,介绍水泥辊压机联合粉磨系统的工艺优化措施及效果。

 

1 工艺流程与设备配置

该公司的球磨机规格为Ф3.8 m×14.5 m,水泥粉磨工序电耗要求为≤26 kWh/t(P·O42.5R水泥)。结合该要求,在设备及工艺选型上,采用了“180-140辊压机+V型选粉机+三分离精细选粉机+球磨机+O-Sepa选粉机”的双圈流粉磨工艺,并在工艺设计上,充分考虑未来产品品种和性能,设计了多种粉磨工艺可切换的工艺系统:双圈流联合粉磨系统、双圈流半终粉磨系统、单圈流联合粉磨系统(球磨机开路)以及单圈流半终粉磨系统(球磨机开路)。其工艺流程如图1所示,系统主要设备配置如表1所示。

图1 水泥辊压机粉磨系统工艺流程

表1 主要设备配置

 

2 系统优化设计的措施

2.1 辊压机选型及优化

在该项目实施时,项目建设方提出的产量指标为≥180 t/h,但对水泥粉磨工序电耗要求较严,综合考虑球磨机的规格,在辊压机的选型上选择大辊压机,加大预粉磨装备的型号规格,以期在粉磨过程中,增加辊压机的吸收功率。此外,增加辊压机的实际操作投影压力,增加辊压机的粉磨效率。与常规水泥辊压机(多个项目统计)运行投影压力和线压力对比数据如表2所示。

表2 辊压机实际投影压力对比

从表2可以看出,本项目辊压机的实际运行投影压力较目前大多数水泥辊压机(多个项目统计值)高,且实现了高效挤压。

 

2.2 球磨机选型及优化

为了延长物料在球磨机内的研磨时间,本项目采用了Ф3.8 m×14.5 m球磨机,较常用的同规格球磨机长度加长了1.5 m。以便延长物料在磨内停留时间,提高进出球磨机物料的比表面积增加值,从而降低球磨机系统的循环负荷,选粉机的处理量降低,在相同的选粉用风风量下,降低选粉的喂料浓度,优化选粉机的工况,提高选粉效率。

在球磨机磨内结构优化上,采用了防堵型、中心料风分离及物料流速可调的隔仓板,其主要特点是:

(1)隔仓板的篦缝采用线切割工艺及低磨耗材质,加工精度高,磨损小,篦缝不变形,研磨体不易堵塞篦缝;

(2)强制过料型隔仓板,物料从隔仓板的下沿出料孔卸料至二仓,避免了常规的从上沿出料孔出料导致物料被中心风带走而造成的“吹料”现象,有效地将研磨长度最大化;

(3)隔仓板的物料通道装置可以调节,实现对物料流速的控制与调节。

此外,由于球磨机前配置了大型的预粉磨设备,入球磨机的物料细度大幅降低,研磨体平均球径减小。因此,本项目在磨内结构件的设计上,采用了减薄型的磨内衬板和活化装置,在减轻衬板和活化装置重量、降低磨机基础功耗的同时,增加了球磨机的有效容积。

 

2.3 选粉系统的选型及优化

本项目包含两套选粉系统,即预粉磨选粉系统和球磨机选粉系统。

 

2.3.1 预粉磨选粉系统选型

在预粉磨选粉系统的选型优化上,按照辊压机通过量与选粉机的喂料浓度进行选型。辊压机通过量按1 000 t/h计算,V型选粉机喂料浓度按最大4 kg/m3设计,计算得到风量要求为250 000 m3/h,因此,辊压机系统选粉机处理风量按270 000 m3/h进行设计选型。

 

2.3.2 球磨机选粉系统选型

随着大型的预粉磨装备的应用,球磨机入磨细度降低,且该项目采用加长型的球磨机,可进一步降低球磨系统的循环负荷。结合以往的工程经验,球磨机系统较为理想的循环负荷为90%~130%,按产量220 t/h,选粉系统喂料浓度2.5 kg/m3计算,球磨系统选粉机风量约为200 000 m3/h,因此,选粉机处理风量按210 000 m3/h进行设计选型。

 

2.3.3 V型选粉机的优化

V型选粉机的分选效率与喂料浓度、喂料均匀性相关,对具有一定喂料浓度的V型选粉机,其喂料均匀程度(料幕均匀性)对选粉效率影响较大。本项目在设计时,将V型选粉机的进料口划分为三部分,进料溜子设计成3个(如图2所示),实现物料分区域进料,避免了物料进V型选粉机时集中在某一个区域,提高料幕的均匀性。

图2 V型选粉机进料溜子

 
3 系统运行情况

3.1 水泥配比参数及质量控制指标

该项目于2018年2月投产,生产P·O42.5R水泥时,其原料配比和质量控制指标如表3所示。

表3 水泥配比及质量控制指标(P·O42.5R水泥)

由于熟料强度不高(28 d强度55 MPa),也没有其他活性混合材如矿渣等可以利用,为满足水泥强度富余要求,熟料掺量比较高,达到86.5%。

 

3.2 生产运行情况

该系统自运行以来,提产降耗效果显著,技术指标先进。表4为该公司粉磨系统2018年9月验收考核时生产运行参数和水泥性能参数。

表4 系统生产运行指标及水泥性能(P·O42.5R水泥)

 

从表4可以看出,该系统的产量达到224 t/h,粉磨工序电耗(从水泥配料站底至水泥库顶)可低至23.6 kWh/t,创造了国内水泥辊压机联合粉磨的新低,粉磨电耗指标达到先进水平。

 

4 与其他类似生产线的对比

该生产线的粉磨工序电耗低至23.6 kWh/t,较国内的水泥辊压机联合粉磨和半终粉磨系统均低。笔者也收集了国内几个典型辊压机水泥粉磨系统的装备配置和生产指标,如表5和表6所示。

表5 国内典型水泥辊压机粉磨系统主机配置

表6 国内典型水泥辊压机粉磨系统生产指标(P·O42.5R水泥)

可以看出,不同的生产线,由于其使用的原材料配比及易磨性、生产工艺(联合粉磨系统或半终粉磨系统)以及装备选型配置等不同,水泥粉磨电耗和水泥性能具有较大的差异。但总体上,水泥辊压机联合粉磨系统,其粉磨电耗在30~32 kWh/t,需水量较低;采用水泥辊压机半终粉磨系统,其粉磨电耗25~30 kWh/t,但水泥需水量偏高。而本项目通过在装备及工艺方面的优化设计,使得该系统从水泥粉磨电耗和水泥需水量等方面均取得较好的技术指标。

 

5 结束语

采用水泥辊压机配套球磨机形成的水泥联合粉磨系统,既充分发挥了辊压机高效粉磨的优势,又保留了球磨机对成品水泥性能控制与优化。通过对系统设计选型及设备的精心优化,创造了水泥辊压机联合粉磨系统电耗的新低,甚至优于很多半终粉磨系统。随着该系统在运行过程中的继续优化和精细化管理,将实现更为优越的经济技术指标。

 

 

2021年7月29日 15:01
浏览量:0