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水泥联合(半终)粉磨系统节能要素分析

2018/05/14 中国水泥网高级顾问 邹伟斌 粉磨系统 0
本文以水泥粉磨工序实际生产过程中的数据为依据,探讨了由预粉磨设备(辊压机或外循环立磨)与不同性能的分级设备以及粉磨设备组成的水泥联合粉磨系统或半终粉磨系统节能要素与各段的相关技术细节,以及通过对系统诊断分析后所采取的针对性技术改进措施与实施后获得的技术经济效果。......
  摘要:本文以水泥粉磨工序实际生产过程中的数据为依据,探讨了由预粉磨设备(辊压机或外循环立磨)与不同性能的分级设备以及粉磨设备组成的水泥联合粉磨系统或半终粉磨系统节能要素与各段的相关技术细节,以及通过对系统诊断分析后所采取的针对性技术改进措施与实施后获得的技术经济效果。   关键词:联合(半终)粉磨系统  节能要素  措施  效果   引言   水泥联合粉磨系统或半终粉磨系统由预粉磨设备(辊压机或外循环立磨)、不同性能的动态或静态分级设备以及粉磨、成品颗粒整形设备(管磨机)等几段组成,每一段获得的物料粒径均不相同,整个系统中各段之间的接口都非常重要。在实际生产过程中,即使是采用两套完全相同的系统配置,粉磨不同性质的物料,由于易磨性与水分、温度各异,所获得的系统产量与能耗指标也不同。现有的水泥粉磨系统均存在一定的节电空间,只有不断完善技术细节,采取相应的技术措施持续改进,才能逼近更低的粉磨电耗指标。   笔者通过长期在生产一线的走访与调研,了解到一部分企业水泥联合粉磨系统或半终粉磨系统中存在的实际问题,经对现场工艺与设备参数的诊断分析并采取的针对性技术改进措施。实施后,粉磨系统达到了节能降耗目标。现将部分相关案例与诊断分析过程,以及采取的针对性技术措施与达到的技术经济效果整理成本文,以供水泥粉磨技术人员在系统改造与调整中参考。   1、预粉磨设备与分级机以及系统中的粉磨设备   目前,国内水泥联合粉磨系统或半终粉磨系统,主要采用辊压机与内部不带选粉机的外循环立磨作为磨前预粉磨设备。处理后的物料通过外置的动态分级机、静态气流分级机或动态、静态两级组合的气流分级设备完成物料的分级作业。由于料床粉磨设备处理后的水泥颗粒形貌多为不规则的柱状、长条状,不利于水泥性能,尤其是标准稠度用水量与凝结时间。后续管磨机的工作则是在粉磨过程中完成水泥的磨细与颗粒整形,不但改善了水泥的物理性能,而且能够磨制出更多的成品。   1.1辊压机预粉磨段的技术要求   1.1.1必须保持完好的辊面   辊压机是依靠慢速旋转的双辊间产生的高压力区域完成物料的挤压粉碎,辊子线速度一般在1.5~1.8m/s之间。在慢速挤压处理过程中,通过辊缝的物料,微观结构被破坏,内部产生大量的微裂纹,显著提高了易碎性与易磨性,对后续管磨机系统的产能发挥与降低粉磨电耗,起到了决定性作用。   辊压机运行中,双辊面必须保持良好的完整状态,即辊面硬面层一字纹或其他形式的硬面花纹应保持完好,一旦磨损成为光面或产生剥落、凹陷,对入机物料的摩擦、牵制能力变差,必将会产生中部漏料而显著影响物料挤压效果,应及时进行辊面修复(严重磨损、剥落的辊面见图1),恢复完好辊面。否则,即使再提高辊压机的工作压力,仍难以形成稳定料床,物料从辊缝逃逸现象不可避免,严重降低了物料的挤压效果,导致系统生产能力下降,粉磨电耗上升。【1】   案例:R公司采用170-100辊压机(处理能力620t/h、主电机功率900kW-10kV-额定电流63A×2)+V型气流分级机+Φ4.2m×13m双仓管磨机(主电机功率3550kW-10kV-额定电流243A、筒体工作转速15.6r/min)+O-sepa N-3500高效选粉机(喂料能力630t/h、选粉能力210t/h、主轴电机功率160kW)组成的双闭路水泥联合粉磨系统。生产P.O42.5级水泥,系统产量210t/h,粉磨电耗32kWh/t左右。辊面中部严重磨损后(见图1左),生产水泥品种、等级不变,系统产量降至185t/h,粉磨电耗上升到36.4 kWh/t。   影响因素分析:“磨前处理是关键”,水泥联合粉磨系统或半终粉磨系统中辊压机预粉磨段能力发挥的优与劣,决定了系统产能因素的80%以上,直接关联到系统粉磨电耗。中部辊面磨损严重,造成物料挤压过程中产生漏料、不能形成稳定的料床,处理效果极差。大量粗颗粒在辊压机子系统中循环,料饼提升机负荷居高不下。最终结果是系统产量下降11.9%,粉磨电耗上升4.4 kWh/t,必须对辊面进行堆焊修复,恢复辊压机挤压做功能力。   采取的措施与效果:为了节省生产时间,诚邀郑州机械研究所专业技术人员携带自主研发的高性能焊丝及辊面焊接设备,对磨损严重的辊压机辊面进行在线堆焊,将双辊辊面修复完好。同时修复磨损的侧挡板,并调整两侧挡板与辊边间隙≤2mm,有效减少了边缘漏料。处理完毕开机运行,系统恢复至原有产量及粉磨电耗指标。   由此可见,辊压机辊面完好程度与料床受限程度,对辊压机挤压做功能力以及系统产量、粉磨电耗影响重大,需要引起高度重视。 图1  中部磨损(左)与严重剥落(中、右)的辊压机辊面   堆焊修复后170-100辊压机辊面见图2:
  图2  堆焊修复后的一字纹辊面
  1.1.2料床必须受限,进料比例实现灵活可控   辊压机采用垂直管道进料,属于流动性料床。物料循环挤压处理过程中,双辊边缘物料不易受限、易产生侧漏。在辊压机推广应用初期,由于使用斜插板控制入机物料量,料床受限程度较差,进料比例调控不够灵敏。由成都九泰科技有限公司研发的专利产品“辊压机杠杆式双进料装置”,彻底解决了这一技术难题。采用特殊结构的侧挡板,杜绝了边部漏料问题,使辊压机两侧面料床进一步受限,为有效挤压做功奠定了坚实的基础。侧挡板材质采用高硬度(洛氏硬度HRC>63)、厚度10mm+10mm复合堆焊耐磨钢板制作,抗磨性能优良,工作寿命长。经在多家水泥企业辊压机上应用,进料比例灵活可控,调节方便,料床受限程度好,显著提高了辊压机的挤压做功能力,主电机出力达70~85%。系统产量增加,粉磨电耗降低,凸显出良好的技术经济效果。(辊压机杠杆式双进料装置见图3左、采用复合堆焊耐磨钢板制作的侧挡板见图3右)
  图3  辊压机杠杆双进料装置(左)与耐磨侧挡板(右)
  1.1.3垂直管道形成稳定料压,实现过饱和喂料   辊压机运行过程中,必须实现连续状、过饱和喂料,使物料均匀压在辊面上被拉入工作辊缝。若管道内部物料呈断续状进入辊压机,则严重影响其稳定挤压,易造成物料瞬间逃逸或从辊缝泄漏,物料处理效果差。   案例:L公司采用140-80辊压机(处理能力360t/h、主电机功率500kW-10kV-额定电流36.7A×2)+600/140打散分级机(处理能力380~600t/h、打散电机+分级电机功率为55kW+45kW)+Φ3.2m×13m三仓开路管磨机(主电机功率1600kW-10kV-额定电流118.9A、筒体工作转速18.7r/min),生产P.O42.5级水泥产量80t/h、系统粉磨电耗32.6kWh/t,欲进一步提产降耗。   影响因素分析:由于采用粉煤灰配料,且粉煤灰与其它颗粒状物料共同进入称重仓,物料极易产生离析现象。此外,由称重仓至辊压机受料平面垂直管道距离只有1.50m,管道内料压低或物料产生离析时,导致断续下料现象。上述因素的叠加,导致难以形成过饱和喂料,辊压机振动大、挤压做功波动较大,影响系统产能发挥。   采取的措施与效果:利用年底大修时间,首先将粉煤灰输送系统单列,计量后单独入磨,不进称重仓,消除由粉煤灰引起的物料离析现象。同时,根据现场工艺布置,提高了循环提升机与称重仓高度,加高垂直进料管道至3.50m,以保持管道内稳定的料压。根据现场物料实际综合水分<1.2%的特点,对打散分级机下锥体12块筛板实施改造,由4.0mm宽度筛缝缩小至2.0mm,进一步降低入磨物料粒径。同时将内锥筒加高300mm。改造后,辊压机挤压做功显著改善,主电机运行电流由改造前的50%左右提高至70%左右,磨制P.O42.5级水泥产量可稳定在90~95t/h、系统粉磨电耗降至29kWh/t左右。 [Page]   1.1.4严格控制入辊压机物料粒径与水分   辊压机作为高效率料床预粉磨设备,对粗颗粒物料的挤压处理有效,对细颗粒与粉状物料的处理效果差,细粉物料与脱硫石膏应不进入辊压机,有条件的企业可直接入磨。对于处理湿度较大的物料,同样处于做功不良状态。入机物料水分大,极易粘附称重仓壁、下料管道及循环提升机料斗与壳体、加剧链条磨损,进入V型气流分级机的料饼强度高、亦难以实现均匀分散,直接影响正常分级,增加了辊压机段的循环负荷与风机、提升机的电耗。从辊压机出力的角度考虑,如粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉等细粉物料,应直接计量入磨,不宜进入辊压机,避免影响辊压机正常挤压做功。虽然脱硫石膏配入比例较少,也应直接入磨(脱硫石膏入磨前应采取堆棚堆放、加强进料水分控制)。从系统运行的稳定性考虑,进入辊压机物料综合水分不宜>3.0%。   1.1.5选择合理的工作压力   按料床粉磨理论分析可知,在一定范围内提高辊压机工作压力,能够增加出机物料中细粉含量,挤压后的物料产生微观裂纹、易碎性与易磨性显著改善,有利于后续磨机增产,但同时辊压机主电机电耗也会增加。如果系统生产能力的发挥,不足以抵消增加的电耗部分,则得不偿失。现阶段联合粉磨系统或半终粉磨系统的辊压机以“低压大循环”为操作宗旨,这里的“低压”指的是整个粉磨系统电耗在较低水平时,辊压机适宜的工作压力。由于每个粉磨系统中所用物料的易磨性、水分、温度不同,辊压机均存在一个合理的工作压力操作范围,并不是越高越好。   同时,辊压机工作压力越高,会导致辊面磨损量加剧,增加维护成本,应在操作中引起高度重视。   1.1.6消除铁质对辊面磨损的影响   熟料中的金属材料多来自掉落的预热器挂片与篦冷机篦板等耐热钢配件,对辊面损伤大,铁磁性较差。其次是混合材料中带入的铁质材料(如含有游离铁的钢渣、矿渣、硫磺渣、磷渣等)。需要从配料站、输送皮带等部位设置多道强磁除铁,并恢复金属探测器,以彻底解决金属材料对辊面的伤害。   1.1.7采用复合耐磨合金辊套   如前所述,辊压机辊面完好程度对稳定挤压做功影响极大,必须保持完好。针对辊压机辊面磨损及工作寿命问题,成都九泰科技有限公司推出了一种辊压机复合耐磨合金辊套,该辊套表面为一字纹,应用前及连续运行10个月后的辊面见图4:
  图4 复合耐磨合金辊套应用前(左)及运行10个月后(右)
  辊套技术特点:复合耐磨合金辊套采用高速离心铸造方法成型,辊套材质含有Cr、Ni、V、MO等多合金元素,金相组织中Cr7C3和Cr3C型高硬度铬合金碳化物(显微硬度HV300-1800和HV1150-1770)、钒合金碳化物VC显微硬度HV2800、钼合金碳化物MoC 显微硬度HV2250。多种高硬度碳化物的组合,材料硬度显著增加,该辊套表面洛氏硬度可达到HRC61以上,提高了抵抗磨料磨损与高应力磨损的能力。由于基体材料采用含有V元素的高碳合金钢,具有良好的冲击韧性,抵抗破损能力良好,有效延长了辊面的工作寿命。   案例:葛洲坝集团老河口公司采用170-100辊压机(物料通过量620t/h,主电机功率900kW-10kV-额定电流61.22A×2)+Vx8820气流分级机+Φ4.2m×13m双仓管磨机(主电机功率3350kW-10kV-额定电流239A、筒体工作转速15.6r/min)+O-Sepa N-3500选粉机(喂料能力630t/h、选粉能力210t/h、主轴电机功率160kW)组成的双闭路联合粉磨系统。   由于采用钒渣与电炉渣作混合材,材料中SiO2含量达72%以上,熟料矿物组成中C2S含量在22%以上,易磨性差。入辊压机物料磨蚀性大,加快了辊面磨损速度。   辊压机使用某公司离心复合辊套,制备P.C32.5R水泥,产量205t/h、P.O42.5级水泥产量190t/h,辊面每年修复2次,需要花费28万元。改用成都九泰科技有限公司推出的复合耐磨合金辊套,生产P.C32.5R水泥207t/h,辊套表面可免堆焊,运行一段时间后,辊面一字纹磨损,可用专业砂轮机延辊宽方向重新开槽,应用效果良好。连续运行10个月的复合耐磨合金辊面见图4右。【2】   1.1.8低能耗、高效率的半终粉磨系统   与联合粉磨系统相比,半终粉磨系统是将预粉磨段经过V型气流分级机后的合格成品分选一部分出来,一般提取比例在15~25%(过多则影响水泥性能),使系统获得明显的增产效果,粗粉进入管磨机,有效避免磨内“过粉磨”现象,提高了管磨机段的粉磨效率。通过动态组合选粉机分离出来的部分成品,有效的降低了水泥温度。总体来讲,两套不同的粉磨系统,在辊压机和磨机规格配置完全相同的前提下,由于半终粉磨系统在预粉磨段提取了一部分成品,其产量和粉磨工序电耗指标均优于联合粉磨系统。半终粉磨系统是联合粉磨系统的一个工艺演变与优化提高。   案例:邳州中联公司水泥制成采用新型的辊压机双闭路半终粉磨系统,配置160-140辊压机(处理能力780t/h、主电机功率1120kW-10kV-额定电流76A×2)+V4000型气流分级机+盐城吉达SV4000高效涡流选粉机+Φ3.8m×13m管磨机(主电机功率2500kW-10kV-额定电流185A、筒体工作转速16.6r/min)+吉达Sepax-3500高效涡流选粉机(喂料能力630t/h、选粉能力210t/h)。生产P.O42.5级高性能水泥,系统产量稳定在180t/h,粉磨电耗23kWh/t。(辊压机双闭路半终粉磨系统工艺流程见图5)   图5  辊压机双闭路半终粉磨系统工艺流程 [Page]   1.2外循环立磨的预粉磨段的技术要求   与辊压机料床粉磨机理相同,系统中配置内部无选粉机配置的外循环立磨预粉磨,料床相对固定。通过长期运行观察,立磨料床的稳定性比辊压机好。国内少部分企业采用外循环立磨预粉磨组成的联合粉磨系统或半终粉磨系统,也取得了高产低能耗的运行结果。此外,外循环立磨与辊压机不同的是:磨辊数量能够在制造前确定,可设计为三辊,也可以是四辊,以及磨盘工作转速的设定。目前,采用磨前外循环立磨预粉磨的联合粉磨系统或半终粉磨系统,生产P.O42.5级水泥,系统粉磨电耗较好水平已低于25kWh/t。   采用外循环立磨预粉磨物料效率高,其磨盘运行线速度远大于辊压机(一般不低于3m/s)。现阶段外循环预粉磨立磨所用的工作压力与辊压机相近,可在12MPa以上稳定运行,比初期提高较多。该系统集破碎、干燥、粉磨于一体,通过对挡料圈高度的调整,稳定了料床厚度,被限的固定料床经过多次碾压。被碾压处理的物料经过多次外循环,将颗粒状物料进行重复粉磨,产生更多的细粉量。立磨磨辊与磨盘之间的物料料床全部受限,能量利用率高于辊压机。   由于舍弃了内部选粉装置,而采用机械方式卸料,显著降低了磨内通风阻力、省却了系统风机电耗。一般来讲,采用外循环立磨的预粉磨系统比内循环立磨系统至少可节省电耗2 kWh/t以上。立磨对于入机物料粒径不像辊压机那样敏感,对于细颗粒物料的处理效果好,碾压后通过磨外设置的动态、静态两级组合气流分级机分级,后续管磨机的入磨物料粒径全部<1.0mm(甚至<0.5mm)所占比例可达95%以上,能够使系统增产60~100%。(采用机械卸料方式的外循环预粉磨立磨内部结构见图6)
图6  采用机械卸料方式的外循环预粉磨立磨内部结构   外循环立磨预粉磨后的物料颗粒粒径分布见表1(物料未经分级): 表1 立磨预粉磨后(未分级)的物料颗粒粒径分布   采用动态、静态两级气流分级后的外循环立磨预粉磨物料颗粒粒径分布(半终粉磨系统动态分级机取出预粉磨段的部分成品)见表2: 表2  经动态、静态两级气流分级后入磨物料颗粒粒径分布【3】   由表2可以看出,采用外循环立磨预粉磨经动态、静态两级气流分级后的入磨物料颗粒粒径更细,基本上在0.2mm以下。   案例:YC水泥公司原有两套相同配置的150-100辊压机(处理能力500t/h、主电机功率710kW-10kV-额定电流54.4A×2,与管磨机装机功率比1420 kW /3550 kW=0.40)+600/140打散分级机(处理能力380~600t/h、打散电机+分级电机功率为55kW+45kW)+Φ4.2m×13m双仓管磨机(主电机功率3550kW-10kV-额定电流243A、筒体工作转速15.75r/min)组成的开路联合粉磨系统。生产P.O42.5R水泥产量140t/h,系统粉磨电耗37kWh/t。   系统存在问题分析:辊压机系统配置的打散分级机分级后的入磨物料偏粗,系统产量低,粉磨电耗高。欲寻求高效率的粉磨技术改造,达到增产、节电的技术经济效果。   技术改造方案:针对该公司辊压机联合粉磨系统产量低、电耗高的现状,通过技术论证,决定在预粉磨段停用150-100辊压机。采用3400P四辊外循环立磨(轮胎状辊子、凹槽状磨盘,物料处理能力1000~1200t/h、主电机功率2500kW-10kV-额定电流185A,立磨与管磨机装机功率比2500 kW /3550 kW=0.704)+V型气流分级机+组合式动态选粉机组成开路半终粉磨系统。现场工艺见图7:
  图7 采用外循环立磨作预粉磨的半终粉磨系统现场
  改造完毕运行调试后,磨制P.O42.5R水泥产量达到200~230t/h,比原系统提高60~90t/h,增产幅度42.86~64.29%。系统粉磨电耗降至29kWh/t以下,节电8kWh/t以上,节电幅度>21.62%。   本案例说明,由辊压机改造为3400P外循环立磨预粉磨,该立磨与管磨机的装机功率比由辊压机配置时的0.40提高至0.704。外循环立磨对物料的处理能力比原辊压机提高2倍以上,经循环碾压后的成品量显著增加,入磨物料粒径明显降低,更有利于管磨机的磨细与整形,提高系统产量。   新粉磨线配置或技术改造中,有效增大预粉磨段的处理能力,能够使全系统获得更显著的节能效果。【4】 [Page]   2、关于粉磨系统中的一级静态V型气流分级机及动态分级机   2.1一级静态V型气流分级机   一级静态V型气流分级机内部无运转部件,通过内部打散板(空气导流板)对入机物料分散、分级,采用负压抽吸式原理,由双旋风收尘器收集细粉。根据被挤压物料的特性,一般入磨0.9mm筛余最大不超过3.0%,多数在1.0%以下。采用气流分级方式比机械筛分分级方式获得的入磨物料粒径小。   影响因素分析:通过多年对一级静态V型气流分级机的运行观察,其存在的主要问题是:由于入机物料的均匀分散程度较差,而严重影响其分级效率。分级效率低,则意味着回到稳流称重仓的物料中仍有一部分细粉没有分选干净,在系统中做无功循环,影响辊压机的有效做功。回到称重仓的细粉量越多,说明V型气流分级机的分级效率越低。产生该现象的主要原因是由于进入V型气流分级机的物料分散不均匀所致。   采取的技术改造措施:V型气流分级机应采用多通道进料,强化物料的打散与均匀分散功能,可显著提高分级效果与分级机的效率。可以在改造前、后取样,以不同筛孔检测返回称重仓物料的筛余进行对比,即可分析改造后分级机的分级效率提高幅度。   案例:LY公司采用辊压机+V型气流分级机+Φ4.2m×13m管磨机+吉达公司Sepax高效选粉机组成的双闭路半终粉磨系统。生产P.C32.5级水泥,系统产量243t/h,粉磨电耗32.4kWh/t。【5】   影响因素分析:由于进入V型气流分级机物料分散不均匀,分级效率低,返回称重仓物料中的细粉较多,直接影响辊压机挤压做功。需要改进进料方式,满足物料良好的分散要求,提高分级效率,最大限度减少返回称重仓的细粉含量,增加系统产量,降低粉磨电耗。   采取的措施与效果:将循环提升机进入V型气流分级机的物料分为三等份,多通道进料形成均匀了的料幕,提高了气流对物料的分散效果与分级效率,返回称重仓物料细粉含量大幅度降低。系统产量提高至270t/h,增产27t/h,增幅11.11%。粉磨电耗降至28.7 kWh/t ,节电3.7 kWh/t,节电幅度11.42%。具体对比数据见表3:   表3  进料方式改进前、后回称重仓物料细度对比(P.C32.5水泥)   由表3可知:V型气流分级机进料方式及均匀性对物料分散与分级非常重要,该技术细节直接影响系统产量的发挥与粉磨电耗。应对此进行针对性改造,有较大的节能空间,不可忽视。   2.2动态分级机   以初期联合粉磨系统配置的打散分级机为代表,内部旋转部件有打散盘、风轮,配有打散电机与分级电机,整体装机功率较低。物料分级以锥体下部筛板筛分为主,上部风轮分级为辅,通过主轴转速调节入磨物料量,现阶段尚有部分企业在应用。   打散分级机能够适应水分较大的物料,分级后的入磨物料切割粒径在2.0~2.5mm,视辊压机规格与挤压做功能力以及被挤压物料的特性,入磨物料中<0.080mm细粉含量在一般在45~55%。   案例:YS水泥公司配置170-100辊压机(处理能力620t/h、主电机功率900kW-10kV-额定电流61.22A×2)+650/160打散分级机(处理能力≥800t/h、打散电机+分级电机功率为90kW+75kW)+Φ4.2m×13m三仓开路管磨机(主电机功率3550kW-10kV-额定电流260A、筒体工作转速15.6r/min),生产P.O42.5级水泥产量165t/h、系统粉磨电耗34kWh/t。   影响因素分析:经打散分级机的入磨物料R0.9mm筛余在28~30%、R0.080mm筛余65%左右、筛下细粉含量只有35%左右。由于分级后的物料粒径偏粗,从而导致系统产量低、粉磨电耗偏高。   采取的措施与效果:根据入磨物料综合水分<1.2%实际状况,将打散分级机下锥体12块分级筛板进行改造,采用1.0mm宽度篦缝,降低入磨物料中的粗颗粒含量,达到提高系统产量、降低粉磨电耗的目的。实施改造后,入磨物料R0.9mm筛余在5~6%、R0.080mm筛余降至35%左右,P.O42.5级水泥产量增至195t/h、系统粉磨电耗降至26kWh/t以下,增产30t/h、节电8kWh/t,技术经济效果显著。  3、粉磨系统中的磨细、成品颗粒整形设备-管磨机   联合粉磨系统或半终粉磨系统中,需要管磨机完成水泥物料的磨细与整形、提高出磨成品量。主要影响因素有以下几个方面:   3.1管磨机磨内结构   3.1.1一仓衬板工作表面对研磨体提升参数与一仓粉碎效率的影响   管磨机一仓主要功能是完成物料的粉碎(粗磨),一般采用提升能力好的阶梯衬板。衬板提升端厚度尺寸影响研磨体的提升高度,直接影响一仓研磨体对物料的粉碎(粗磨)能力。一般来讲,阶梯衬板提升端厚度磨损值达到其原始厚度尺寸的1/3时,对研磨体提升能力开始变差,研磨体抛落高度降低,一仓冲击、粉碎(粗磨)效率下降。   一仓磨损严重、穿孔淘汰的沟槽阶梯衬板见图8:
  图8  磨损严重的沟槽阶梯衬板
  案例:YZ水泥公司采用120-50辊压机(处理能力120~170t/h、主电机功率250kW-10kV-额定电流19.61A×2)+550/110打散分级机(处理能力≥150t/h、打散电机+分级电机功率为45kW+37kW)+Φ3.2m×13m三仓开路管磨机(主电机功率1600kW-10kV-额定电流110A、筒体工作转速18.1r/min),生产P.C32.5级水泥产量80t/h、系统粉磨电耗30kWh/t。   磨机一仓阶梯衬板提升端原始厚度110mm,长期运行磨损至60mm,磨损值50mm,运转到衬板磨损后期时,水泥细度难以控制,磨制P.C32.5级水泥产量降至60t/h、系统粉磨电耗34kWh/t。   影响因素分析:一仓阶梯衬板磨损后,改变了研磨体的提升高度(下降),最外层研磨体切向滑动加剧。降低了研磨体对颗粒状物料的冲击、粉碎能力,导致一仓物料粗处理能力明显变差,卡不住粗颗粒或易磨性差的物料,成品水泥细度不受控,系统产量下降,粉磨电耗上升。   采取的措施与效果:停机后,全部拆除一仓磨损的阶梯衬板,更换新衬板(提升端厚度110mm、非提升端厚度35mm,高度差75mm),恢复对研磨体的提升高度,以及对物料的冲击粉碎能力。开机运行后,P.C32.5级水泥产量提高至85t/h、系统粉磨电耗降至29kWh/t以下。   由此可见,管磨机一仓阶梯衬板提升端过度磨损后,改变了研磨体的运动轨迹,由抛落式变为泻落式,削弱了对物料的粉碎作用,对系统产量与粉磨电耗造成严重影响,生产过程中一定要引起足够的重视。可利用停机时间检查阶梯衬板磨损状况,测试提升端厚度尺寸,并做好相关记录备查,一旦发现异常,应及时处理,消除隐患。 [Page]   3.1.2隔仓板对管磨机系统粉磨效率的影响   现阶段主要是采用传统低通孔率的隔仓板,由于设计方面的缺陷,加之使用小规格研磨体,极易产生篦缝堵塞现象,影响磨内通风及过料。其次是部分企业的水泥管磨机选择使用了出料端带有盲板的隔仓板,导致中部风速高,磨内存在粉磨盲区,缩短了磨机的有效研磨长度。采用正常通风控制参数,出磨水泥细度偏粗。减小磨内风速则物料中的水分与粉磨温度难以排出,造成管磨机粉磨功能紊乱。多种不利因素的叠加,导致系统产量降低,粉磨电耗持续上升。   管磨机隔仓板篦缝的设计原则:要具备最大的通孔率与过料、通风面积,且篦缝不易堵塞。物料在管磨机中呈自然、均匀流动状态,通过磨尾收尘风机风量的调整,可方便调节磨内风速与物料流速。   案例:YZ水泥公司采用170-100辊压机(处理能力620t/h、主电机功率900kW-10kV-额定电流63A×2)+V型气流分级机+Φ4.2m×13m双仓闭路管磨机(主电机功率3550kW-10kV-额定电流260A、筒体工作转速15.75r/min)+O-sepa N-3500选粉机(喂料能力630t/h、选粉能力210t/h、主轴电机功率160kW)组成的双闭路联合粉磨系统,生产P.O42.5级水泥产量200t/h、系统粉磨电耗33kWh/t。   由于入磨物料水分较大(综合水分2.5%左右),隔仓板一仓端篦缝严重堵塞(见图9右),系统产量下降至175t/h,粉磨电耗上升至37 kWh/t以上。   影响因素分析:入磨水分主要由混合材与脱硫石膏带入,加之采用温度较高的熟料,水分与温度因素叠加,导致磨内粘附加剧、物料堵塞隔仓板篦缝。造成隔仓板过料与通风阻力增大,粉磨状况恶化,系统产量降低、电耗升高。   采取的措施与效果:改用防堵塞形式隔仓板,增大通孔率,确保通风与过料能力。根据实际工艺状况,严格控制入磨物料综合水分<1.8%,同时提高一仓研磨体尺寸,增大粉碎能量。二仓采用直径Φ12mm小球等量取代不同规格混合球30t,增加细磨能力。改造完毕运行,在恢复P.O42.5级水泥原系统产量的同时,逐步提高至215t/h,粉磨电耗降至32.4 kWh/t。   图9 研磨体堵塞隔仓板(左)与物料水分大堵塞的隔仓板(右)   现阶段的隔仓板采用框架与冲孔筛板复合形式,不同厂家生产的冲孔筛板缝宽度在1.2~8.0mm,筛缝长度在15~22mm。采用这种复合形式的隔仓板至少比传统隔仓板减轻了1/3的重量,同时实现了篦缝不堵塞,且磨内通风与过料能力良好。(框架与冲孔筛板复合形式防堵塞隔仓板见图10)
  图10  复合形式防堵塞隔仓板
  磨内不宜选用出口端带有盲板的隔仓板(出口端边缘带有两圈盲板(左)与一圈盲板(右)的隔仓板见图11、出口端采用全盲板的隔仓板见图12),这种结构形式的隔仓板中部风速高(经测试>20m/s),磨内存在轴向研磨盲区1.0~2.0m,等同于缩短了磨机有效长度,减少了研磨体磨细做功能力。   图12  出口端全部是盲板的隔仓板   3.1.3细磨仓活化环对管磨机系统粉磨效率的影响   管磨机细磨仓安装活化环,其目的是为了更好的消除研磨体“滞留带”,激活微段或小球在运动中的有效研磨做功,提高对水泥的磨细能力,降低水泥成品细度。细磨仓活化环配置高度低、磨损或磨断,会影响细磨仓的粉磨效率。磨损严重的活化环见图13:
  图13  磨损严重的活化环
  细磨仓采用的隔仓板形式的活化环见图14、安装完毕的细磨仓活化环见图15: 图14  隔仓板结构形式的活化环   图15  细磨仓已安装完毕的活化环 [Page]   案例:YQ水泥公司采用170-100辊压机(处理能力620t/h、主电机功率900kW-10kV-额定电流63A×2)+Vx8820气流分级机+Φ4.2m×13m双仓闭路管磨机(主电机功率3550kW-10kV-额定电流243A、筒体工作转速15.6r/min)+O-sepa N-3500选粉机(喂料能力630t/h、选粉能力210t/h、主轴电机功率160kW)组成的双闭路联合粉磨系统,生产P.O42.5级水泥产量155t/h、系统粉磨电耗37kWh/t。   影响因素分析:管磨机一仓有效长度3.50m、阶梯衬板+钢球;二仓有效长度9.0m、小波纹衬板+钢段。入辊压机物料综合水分<1.5%,入磨细度R0.080mm筛余35.6%、比表面积182m2/kg。出磨细度R0.080mm筛余19.8%、比表面积201m2/kg。平均每米研磨体只创造比表面积2m2/kg,说明磨内磨细能力较差。检查发现二仓无活化环配置,粉磨区域“滞留带”比例大,研磨体做功能力不足。   采取的措施与效果:拆除六圈小波纹衬板,安装六圈高度1250mm活化环,激活小规格段粉磨能量,提高二仓钢段磨细功能。安装完毕开机运行,在入磨比表面积不变的前提下,出磨比表面积达到266m2/kg,每米研磨体创造比表面积6.72m2/kg,生产P.O42.5级水泥产量达190t/h、增产35t/h;系统粉磨电耗降至32.5kWh/t,降低4.5 kWh/t。   关于细磨仓活化环抗磨材质的选择:磨机运行过程中,活化环在提升、搅动、活化研磨体的同时,其自身受到研磨体携裹物料与其作相对运动,研磨体与活化环之间产生剪切应力磨损与表面低应力划伤式磨料磨损。抵抗这种磨损机制最有效的方法是:选择应用高硬度耐磨材料。可以选用洛氏硬度HRC≥60的高铬合金耐磨铸铁,合金马氏体或合金贝氏体耐磨球墨铸铁等。亦可采用厚度≥55mm、洛氏硬度HRC≥58的耐磨钢板加工制作。在采用高硬度材料铸造活化环的同时,设计上需要尽量减轻单块重量,以降低管磨机筒体静载荷。   3.1.4细磨仓衬板工作表面对管磨机系统粉磨效率的影响   有的企业仍在开路水泥磨机细磨仓应用锥面分级衬板。采用微段形研磨体,该分级衬板对球形研磨体分级有利,分级效果显著,而对段形研磨体的分级基本不起作用。加之衬板设计为光滑的工作表面,与研磨体之间摩擦力非常小,易使研磨体产生切向滑动(打滑),不利于水泥的磨细,系统产量低、粉磨电耗高。开路磨细磨仓使用的分级衬板见图16:
  图16  开路磨细磨仓使用的锥面分级衬板
  即使在细磨仓使用分级衬板,应将其工作表面设计为波纹形状,提高与研磨体之间的摩擦系数,有利于水泥的磨细。   管磨机细磨仓应选用波峰大一些的波纹衬板,波峰设计为3~4个即可。国外管磨机细磨仓也有采用设计高度较高的单波峰波纹衬板,这种衬板几乎无研磨死区,衬板与研磨体之间的摩擦系数较大,对最外层研磨体提升能力好,有利于提高水泥的磨细程度。   3.1.5出磨篦板对管磨机系统粉磨效率的影响   与传统隔仓板设计原则相同,出磨篦板多采用同心圆或放射状篦缝。管磨机运行过程中,研磨体碎渣或水泥物料堵塞篦缝造成通风不良、造成料流不畅,磨内温度与水分排出困难,影响磨机的正常粉磨。随着时间推移,磨内必将会产生严重粘附,恶化粉磨环境。(由于物料粘附堵塞的出磨篦板见图17)。   与隔仓板通过能力要求也一样,采用框架与冲孔筛板复合一体的出磨篦板,可以较好的避免研磨体或物料粘附堵塞,保持通风与过料通畅。冲孔筛板缝宽度一般在5.0~7.0mm之间选择。
  磨尾安装的镂空框架与冲孔筛板复合型防堵塞出磨篦板结构见图18:
  图18 磨尾复合型防堵塞出磨篦板
  案例:LH水泥公司采用170-100辊压机(处理能力620t/h、主电机功率900kW-10kV-额定电流63A×2)+V型气流分级机+Φ4.0m×13m三仓开路管磨机(主电机功率2800kW-10kV-额定电流208A、筒体工作转速15.95r/min、研磨体装载量195t)+磨尾风机组成的开路联合粉磨系统,生产P.O42.5级水泥产量180t/h、系统粉磨电耗27kWh/t。   由于出料篦板篦缝堵塞严重,磨头溢料、冒灰,系统产量下降至155t/h,粉磨电耗上升至32 kWh/t以上。   影响因素分析:由于磨尾出磨篦板严重堵塞,导致磨内通风、过料能力显著降低,篦板截面通风阻力明显增大,中心圆板局部风速提高,水泥细度变粗。降低系统产量后,虽成品水泥细度达到控制指标要求,但出磨水泥温度与粉磨电耗升高。   采取的措施与效果:为了彻底解决磨尾篦板堵塞对磨机产量的影响,将其改造为防堵塞形式出料篦板,提高了通孔率,使其始终保持良好的通风与过料功能。完成磨内改造运行后,系统产量恢复并逐步提高至185t/h、粉磨电耗降至26kWh/t。 [Page]   3.2研磨体质量与级配对管磨机系统粉磨效率的影响   完成磨内结构与配置后,必须关注研磨体质量与级配。选用的研磨体质量优劣,直接影响管磨机的粉磨效率。出现变形与严重粘附,将显著降低系统产量,增加粉磨电耗。(研磨体变形及表面粘附见图19-图20)
图20 一般变形研磨体(左)与质量优良的轴承钢研磨体(右)
  严重粘附的研磨体与严重变形与粘附的研磨体(见图21):
  图21 严重粘附的研磨体(左)严重变形与粘附的研磨体(右)
  在研磨体选择应用方面,一定要重视研磨体内在质量及表面光洁度对系统产量、粉磨电耗的影响。笔者建议选用质量优良的高硬度高铬铸铁(Cr含量>25%、洛氏硬度HRC≥63)或GCr15轴承钢研磨体,轴承钢材料不但具有较高的硬度(洛氏硬度HRC≥64)和高的冲击韧性(αk≥20j/cm2),磨耗低、整体磨损均匀、不变形。而且具有良好的表面光洁度,对物料温度与水分敏感程度较差,表面不粘附。在管磨机粗磨仓、过渡仓和细磨仓应用效果好。   4.采用低耗能的高效选粉机   与传统配置大布袋收尘器的O-sepa选粉机系统相比,采用内循环风的Sepax高效涡流选粉机由于内部撒料盘分散形式、导风叶片和转笼与主轴下部风扇叶片结构形式的改进,使其具有更高的分级效率,以R0.045mm筛余测试的选粉效率可达85%,而O-sepa选粉机R0.045mm筛余测试的选粉效率达到60%也少见。Sepax高效涡流选粉机主轴电机功率与系统风机电机功率均低于相同规格O-sepa选粉机的配置,节能效果显著,维护工作量低。Sepax高效涡流选粉机导风叶片与笼型转子见图22:
  图23  O-sepa选粉机导风叶片(左)与笼型转子(右)
  现以相同喂料能力810t/h、选粉能力270t/h的Sepax-4500高效涡流选粉机与O-sepa N-4500选粉机为例进行系统装机功率比较:Sepax-4500高效涡流选粉机用风采用内循环形式,通风阻力小。选粉机内部与外部旋风收尘器的循环风压差一般<-2500Pa~-2800Pa,配置的系统风机电机功率仅为400kW(风量285000m3/h、风压4500Pa)、选粉机主轴电机功率90kW,合计装机功率490kW。   而O-sepa N-4500选粉机用风来源于自然空气,实际一次风、二次风的管道风速应≥20m/s,配置的系统风机电机功率为710kW(风量310000m3/h、风压6500Pa)、选粉机主轴电机功率240kW,合计装机功率950kW。由于O-sepa N-4500选粉机采用大布袋收尘器收集水泥成品,选粉机进出口压差一般>-1700Pa,收尘器进出口压差至少>-1700Pa。若物料水分与空气湿度偏大,滤袋粘附后透气性能变差,进出口压差明显变大>-2200Pa~-2500Pa,压差总和>-4000Pa甚至>-4500Pa(未计通风管道部分),因系统通风阻力大,故所配风机功率也大。选粉机与收尘器压差越大,系统风机电耗越高。上述分析可知:由于内部结构形式与用风方式,以及成品收集方式的不同,系统阻力也不一样,两种处理能力相同的选粉机装机功率竟相差460kW。   对比可知:O-sepa选粉机依靠大布袋收尘器收集成品,含尘气体湿度与腐蚀性因素造成滤袋损坏、堵塞,更换费用高,维护工作量大、成本增加。而Sepax高效涡流选粉机采用外挂四个旋风收尘器收集成品,基本不须更换备件,维护费用低。 [Page]   5.助磨剂应用技术   粉磨系统中应用分散性能优良的助磨剂,可消除物料在粉磨过程中的团聚、粘附现象,使研磨体与衬板工作表面始终保持良好的光洁度。提高磨内物料流动性以及磨尾选粉机的分级效率,增加成品水泥中3~32μm含量,一般可降低2~3%熟料掺入量。根据不同的物料易磨性及水泥成品细度控制指标,应用助磨剂一般可提高系统产量5~8%以上,节电1~2kWh/t。   6.陶瓷研磨体节能降耗应用技术   关于陶瓷研磨体在水泥粉磨系统中的应用,由于氧化铝耐磨陶瓷材料的密度仅为金属材料密度的1/2。相对金属研磨体而言,即使陶瓷研磨体采用40%以上填充率,其实际装载量也低。大大降低了管磨机主电机的驱动负荷。根据被粉磨物料的易磨性及水分与成品水泥细度的不同,应用陶瓷研磨体粉磨水泥,一般可实现粉磨系统节电4~6kWh/t,降耗效果显著。可参见笔者撰写的陶瓷研磨体应用相关技术论文,在此不赘述。   7.结束语   7.1联合粉磨系统或半终粉磨系统设备多,工艺较复杂,运行过程中每一个工艺环节都会出现问题,应针对各段的主要影响因素进行预判,并及时诊断处置,消除工艺隐患,确保系统稳定运行。   7.2采用辊压机或外循环立磨预粉磨,两种料床预粉磨设备各有其特点。立磨对物料粒径的适应范围比辊压机宽,能量利用率及运行稳定性高于辊压机。   7.3磨前处理是关键,预粉磨段对粉磨系统产量、能耗的影响因素占比80%以上。新粉磨线配置或技术改造过程中,增大预粉磨段的处理能力,系统节能效果更好,应高度重视。   7.4稳定辊压机挤压做功的关键要素:下料管道料压稳定、必须保持完好的辊面以及良好的受限料床、采用调整灵活的进料控制装置、适宜的工作压力。   7.5配置动态或静态气流分级机,以及动态、静两级组合的气流分级设备,应强化预粉磨段进入分级机物料的均匀分散,否则会显著降低分级效率,增加物料无功循环与系统电耗。   7.6磨内磨细是根本。充分发挥管磨机细磨与整形功能的关键要素:必须注意磨内结构与衬板工作表面形状选择。隔仓板与出磨篦板必须保持良好的通风与过料能力。研磨体质量与级配稳定、提高磨细能力与出磨成品含量。   7.7磨后选粉是保证。选择应用低耗能高效选粉机,确保成品分级子系统始终处于高效率稳定运行状态。   7.9粉磨系统中引入分散性能优良的助磨剂,可消除物料在粉磨过程中的团聚、粘附现象,使研磨体与衬板工作表面始终保持良好的光洁度。提高磨内物料流动性以及磨尾选粉机的分级效率,增加成品水泥中3~32μm含量,一般可降低熟料掺入量2~3%。根据不同的物料易磨性及水泥细度控制指标,应用助磨剂一般可提高系统产量5~8%以上,节电1~2kWh/t。   7.10陶瓷研磨体在水泥粉磨系统中的应用,能够明显降低管磨机的运行负荷,根据被粉磨物料的易磨性、水分以及成品水泥细度,一般可实现系统节电4~6kWh/t,效果显著。   7.11生产过程中,应密切关注粉磨系统所用的不同物料特性及其变化。关于被磨物料理化性能对粉磨系统产量与能耗的影响,可参见笔者在本刊2016-06期《水泥粉磨系统异常案例分析及解决措施之物料物理性能部分》一文的详尽论述。   参考文献   【1】、邹伟斌《水泥联合粉磨系统故障原因与解决措施》,《新世纪水泥导报》2012.02   【2】成都九泰科技有限公司,复合耐磨合金辊套应用报告2017.10内部资料   【3】、刘福永、袁凤宇、张志宇《立磨替代辊压机作预粉磨的改造实践》,《新世纪水泥导报》2017.05   【4】、邹伟斌《提高水泥粉磨系统预粉磨能力的实践》,《新世纪水泥导报》2017.02   【5】、尚义华《V型选粉机布料不均致水泥磨产量偏低的分析》,《水泥工程》2016.01   中国水泥网将于2018年6月13-14日在杭州举办“2018第十届国际粉磨峰会”,本届峰会以“超低电耗 高性能水泥 无人值守”为主题,将邀请行业专家深度探析降低粉磨能耗及高性能水泥生产的途径,并举行互动论坛,现场解答疑问、交流经验。
(责任编辑:俞垚伊)
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2018-07-13 新疆维吾尔自治区 ¥386.00
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2018-07-13 湖南省 ¥401.63
2018-07-13 湖北省 ¥438.53
2018-07-13 河南省 ¥394.42
2018-07-13 山东省 ¥439.49
2018-07-13 江西省 ¥405.97
2018-07-13 福建省 ¥443.92
2018-07-13 安徽省 ¥405.88
2018-07-13 浙江省 ¥468.53
2018-07-13 江苏省 ¥434.18
2018-07-13 上海市 ¥450.00
2018-07-13 黑龙江省 ¥450.91
2018-07-13 吉林省 ¥457.45
2018-07-13 辽宁省 ¥388.09
2018-07-13 内蒙古自治区 ¥298.86
2018-07-13 山西省 ¥340.87
2018-07-13 河北省 ¥399.58
2018-07-13 天津市 ¥421
2018-07-13 北京市 ¥455.56

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