浅析水泥预粉磨系统的技术改造

  摘要：CZ公司水泥制成采用辊压机+机械筛分+Ф4.2 m×13 m管磨机+O-Sepa选粉机水泥预粉磨闭路系统，改造时将1号磨Ф4.2 m×13 m（磨尾单风机）改造为前置辊压机（RP120-80）的水泥预粉磨工艺，并对O-Sepa选粉机及管磨机系统进行重点技术改造及优化。改造后达到了增产与节电的效果。

  0 引 言

  CZ公司已投产的2×2500t/d熟料新型干法水泥生产线，配置两台Ф4.2m×14m和一台Ф4.2m×13m水泥管磨机，均为带O-Sepa选粉机的一级闭路粉磨系统。为进一步节能降耗，将1号磨Ф4.2m×13m（磨尾单风机）改造为前置辊压机（RP120-80）的水泥预粉磨工艺。并对O-Sepa选粉机及管磨机系统进行重点技术改造及优化，经过一段时间运行与调整，达到了增产目标，并取得了较好的节电效益。

  1 工艺流程与设备配置

  熟料、石膏及混合材按照一定比例配料，由皮带输送机、循环提升机经除铁器后进入辊压机称重仓。混合物料由辊压机挤压，再经循环提升机输送至回转筛（筛缝6 mm），机械筛分后粗大颗粒物料继续送回稳流称重仓，细料通过下料溜槽喂入管磨机粉磨后由磨尾提升机送至O-Sepa高效水平涡流选粉机分选，成品随气流进入布袋收尘器收集，由空气输送斜槽、成品提升机送至水泥库储存，分离后的粗粉经空气输送斜槽回到磨头，进入磨内重新粉磨。系统主、辅机设备配置见表1。

  2 辊压机系统的优化改造

  2.1 采用辊压机预粉磨的特点

  目前我国2 000 t/d及以上的新型干法线或粉磨站，水泥制备多采用辊压机（少数采用立磨）与管磨机组成的预粉磨或联合粉磨系统，这是因为辊压机的粉磨效率为管磨机的4倍，系统有较大的增产、节电空间。采用辊压机挤压预粉磨后，物料发生以下变化：粒度减小，新生比表面积增大，经高压挤压后的物料产生的微观裂纹，显著改善了其易磨性，邦德功指数降低15%～25%，后续管磨机破碎仓功能移至磨外，系统可增产30%～70%、节电10%～25%，能耗较原来显著下降。辊压机挤压+机械筛分级机+管磨机+选粉机双闭路粉磨系统的主要特点是：辊压机挤压后物料经筛分分级，出筛细颗粒进入管磨机粉磨，粗颗粒返回称重仓再循环挤压，管磨机一仓功能由辊压机与筛分分级系统承担，可较普通闭路流程大幅度增产。

  2.2 CZ公司辊压机应用初期存在的问题

  在CZ公司辊压机应用初期（挤压物料未经分级入磨）过程中存在如下问题：

  （1）油缸压力过低，试运行阶段工作压力为6.5 MPa左右，挤压后的物料中细粉含量偏少，导致系统物料循环量大。

  （2）稳流称重仓下料不连续，辊压机频繁震动，动、定辊电流相差值过大，由于中控设置有连锁（动、定辊电流相差≥5 A时设备自动停止工作），辊压机经常跳停。

  （3）由于挤压后的入磨物料无分级，粒径大小参差不齐，颗粒分布范围较宽，使后续管磨机系统粉磨效率的提高受到一定限制。

  （4）压力传感器检测误差，压力传感器所测的压力比实际压力偏高，斜插板开度不敢提高，辊压机电流较低，达不到额定电流的50%。

  2.3 改造措施

  （1）邀请辊压机制造厂家专业技术人员到现场，对常用液压部件和密封件进行处理后，将油缸压力由6.5 MPa提高至 8 MPa左右。

  （2）稳流称重仓下料锥斗部位与水平面夹角由原来的45°放大至60°左右，以保证料流通畅，辊压机运行稳定。

  （3）校正压力传感器的检测误差，加强现场巡检工作。由于油缸压力的提高，辊压机工作辊缝由原来的26 mm提高至30 mm，并调节斜插板位置。辊压机的主电机运行电流能达到额定电流的60%～80%，辊压机发挥出较好的挤压功效，为后续管磨机增产、节电创造了有利条件。

  （4）加设回转筛，保证管磨机入料粒度均匀，以实现磨内合理配球，稳定磨况。将原配置筛网孔径由8 mm换成6 mm，筛析后小于6 mm的细颗粒物料由阶梯式防磨下料溜槽喂入管磨机进行粉磨，中、粗颗粒物料返回到稳流称重仓进入辊压机继续挤压。

  3 管磨机系统的技术改造

  3.1 改造前情况

  管磨机改造前有效仓长、研磨体级配见表2。

  3.2 改造措施

  （1）采用磨前挤压预粉磨及筛分分级工艺后，入磨物料粒度小而均匀，颗粒分布范围变窄，管磨机一仓长度宜适当缩短，细磨仓延长，以适应细颗粒状物料磨细要求。磨内研磨体级配过程中，既可采取“两头小、中间大”，亦可采用“逐渐大”的级配方式^[1]，增强研磨体对物料的研磨功能。考虑到该磨机两仓仓长比例已基本满足水泥预粉磨技术要求与物料粗磨及细磨等综合因素，各仓长保持不变。

  （2）管磨机主电机额定电流418A，实际运行只有电流319A。考虑到运行电流还有较大的富余量，决定适当增加管磨机各仓研磨体装载量，提高研磨体总表面积，为磨内创造更多合格细粉。磨机主电机电流一般的规律是：每增加或减少1t研磨体，主电机工作运行电流上升或下降0.8～1.0A左右。若采用边缘传动方式，因主电机、减速机与边缘传动齿轮在出料端，提高磨机细磨仓装载量比增加第一仓装载量、对磨机主电机工作运行电流上升幅度的影响要大些^[2]。该磨机为双滑履传动，根据生产运行统计，每增、减1 t研磨体导致主电机工作电流变化升、降1.0 A左右。

  （3）钢球重新级配。为减缓物料流速，强化细研磨能力，可遵循以下原则：

  ①钢球填充率：为使物料充分研磨，保证磨机出料中含有足够量合格微粉，磨机第二仓填充率比第一仓高1%～2%左右，一般一仓28%～30％、二仓30%～33％。

  ②最大球径与平均球径选择：没有配置打散分级机或V型选粉机分级的预粉磨系统，辊压后的物料大部分直接入磨，此时物料粒径分布较宽，若辊压机处理物料能力较小、挤压效果不好或熟料、混合材易磨性较差时，钢球最大球径要增大至Φ70 mm甚至以上。 至于平均球径，一仓主要考虑入磨物料粒度、易磨性等，一般可在Dcp60 mm～69 mm之间选取；二仓应根据成品质量等因素，需要提高细磨能力，平均球径多数在Dcp20 mm～28 mm之间选取^[3] 。但本次改造在磨前增设辊压机预粉磨+筛分分级闭路工艺，入磨物料最大粒度已控制在6 mm以下，入磨物料粒度小、分布范围窄，根据熟料、混合材易磨性及掺加量、脱硫石膏水分等指标，此时需提高一仓粗研磨能力，可降低最大钢球尺寸， 不使用Φ90 mm钢球，最大球径调整至Ф80 mm，二仓最大球径调整至40 mm。缩小一仓、二仓的平均球径，有效增加研磨能力。根据磨主电机运行电流是否有富裕以及隔仓板、出磨篦板中心圆板直径尺寸等因素综合考虑，适当增加一仓、二仓的填充率。

  （4）增设辊压机预粉磨及筛分分级工艺后，入磨物料粒度及研磨体平均球径降低，磨内磨细程度提高。同时，将管磨机隔仓板篦缝由10 mm封焊至8 mm，出料篦缝由8 mm封焊至6 mm，进一步增加出磨物料中成品颗粒含量。

  （5）倒仓重新级配时发现磨内部分研磨体已经严重变形甚至破损，还出现堵塞筛分隔仓板篦缝的现象。研磨体全部改用机械性能优良的高铬合金铸铁材质的优质钢球，其洛氏硬度HRC≥58～62，冲击韧性α k≥ 3～7 J/cm 2、破损率＜1.0%、单仓磨耗＜40 g/t水泥。表3为改造后磨机各仓长及研磨体级配。

  （6）为消除因入磨熟料温度高导致助磨剂有效成分挥发，将助磨剂由进料皮带加入改为直接从磨头喂入管磨机。

  4 O-Sepa选粉机的技术改造

  4.1 O-Sepa选粉机存在的缺陷

  在未加设辊压机前，该系统中O-Sepa选粉机的循环负荷在250%左右，选粉效率50%左右，45μm回粉筛余只有60%。由此可见，选粉机回粉中仍含有大量成品回到磨机内继续粉磨，从而导致磨内过粉磨现象十分严重，一部分细粉会在研磨体及衬板表面产生缓冲垫层，影响研磨体做功，尤其是细磨仓内温度较高，更易引起小钢球与衬板表面严重粘附，大幅降低粉磨效率、增加电耗。

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  虽以O-Sepa选粉机为代表的笼式选粉机相对于第一代离心式选粉机和第二代旋风式选粉机在分级性能上大大提高，但O-Sepa选粉机在内部结构及进风方式等也存在一定缺陷，仍有部分影响选粉效率的因素。通过对O-Sepa选粉机内部结构参数进行认真分析和研究，影响选粉效率的因素主要有以下几个方面：

  （1）物料经顶部两个（或四个）喂料口进入O-Sepa选粉机，经撒料盘旋转后离心分散。因O-Sepa选粉机转笼的撒料盘是一圆环面，特别是采用筒体上部抽吸式出风的结构，圆环面的半径差比较小，所以很难将粉料沿四周均布，形成不了均匀的料幕，造成分散、分级不充分。

  （2）O-Sepa选粉机采用蜗壳形结构分别在筒体切向方向进入一次风和二次风，一般一次风既可以是（部分）来自于磨机内的通风，亦可全部来源于外部。二、三次风一般采用室外的清洁空气，而三次风从下锥体底部进入，大部分气流则由一、二次风管经导流叶片进入环形分级区。三次风风量小，会造成笼形转子下部截面风速过低，不能将沿壁滑落下物料中的细粉有效吹入分级区域，无法形成有效的二次风选效果。

  （3）O-Sepa选粉机圆柱形笼式转子的旋转能够与其同导向叶片之间形成均匀的圆柱形涡流场，在粉料的重力、粉料旋转产生的惯性离心力和气流径向运动对粉体产生的粘滞力（拖拽力）共同作用下实现分级。但在O-Sepa选粉机分级转笼的上端，由于被抛撒的粉料撞击在挡料板上，然后在自重沉降的作用下垂直下落，形成有一定厚度的料幕，但此时粉料并没有与气流同步旋转，也就是说粉体只是自由下落还没旋转，即还没有产生惯性离心力，也就没有达到分级状态，但由于气流的径向运动仍然是存在的，这样会有一部分不合格的粉料进入转笼中的可能，影响O-Sepa选粉机分级后的切割粒径，从而导致O-Sepa选粉机的工作选粉效率降低。

  （4）三次风管装在下锥体上，数量少、管径细，不能对落下来的粗粉进行有效地二次分选。解现在很多水泥企业O-Sepa选粉机工作时，三次风阀的开度比例大多处于很小或关闭状态。

  （5）一部分物料在分散过程中，在选粉机进风蜗壳区域内沉积，进而影响一次进风口的截面风速及分级效果。

  4.2 O-Sepa选粉机的改造

  针对以上问题，引进南京工业大学“多级气流复合式选粉机”专利技术对O-Sepa选粉机实施以下改造：

  （1）撒料盘的改造：通过增设挡料圈和挡料环，使进入选粉机的物料能够达到撒料均匀，分散、分级、收集效果更好。（2）喂料系统中的分料器的均匀性改造：使四个进料口的料量基本接近，更有利于撒料过程中

  形成均匀料幕，提高系统的选粉效率。

  （3）选粉机的一、二、三次风以及磨内风速的调整：稳定磨内工况，同时一、二次风阀能够灵活调节，消除物料沉积现象。

  （4）改进导向叶片结构，使分级效率更高。

  （5）更换下部锥体，强化三次风：提高三次风的径向风速将沿壁滑落下物料中的细粉有效吹入分级区域，充分利用三次风提高二次风选的选粉效率。三次风强化可以降低选粉机内粉体的温度，有利于增加对成品的冷却效果。

  （6）优化改进内部结构，改善并稳定选粉机内部气体流场。

  4.3 使用O-Sepa选粉机注意事项

  （1）对于磨尾采用单风机系统配置中的O-Sepa选粉机会遇到一个常见问题：当主排风机风阀开度有变化时，磨内流速也会随之而改变。当选粉机需要增大风量时，主排风机风阀开度随之增大，磨内风速提高、物料流速加快、出磨水泥跑粗、成品颗粒含量降低，为控制成品细度合格，不得不调节选粉机转速来达到要求。为此，在一次风管处增设可调节的闸板阀门调控磨机通风，并在闸板阀门上方分别增设Φ500 mm和Φ300 mm的补风阀门各一个，这样即使主排风机阀门开度有变化，选粉机需要增大风量时，磨尾负压也能够受控，对磨内物料流速的影响可以降到最低。

  （2）O-Sepa选粉机一、二、三次风比例须保持相对稳定，不宜频繁调整。有条件的企业可以使用电动闸板阀来控制主风管的通风面积来控制磨内流速并由中控人员操作其开度，会更加方便、快捷。

  （3）O-Sepa选粉机转速的调节与用风必须匹配。在闭路系统中产品细度如果用筛余来控制，将更多受到选粉机转速的影响，如果用比表面积及颗粒级配来控制时，将更多受系统风量的影响。系统改造后O-Sepa选粉机用风比例为：一次风阀开度100%，二次风阀开度60%，三次风阀开度100%，主风管补风阀开度70%左右。经调整后该系统回粉筛余（45 μm）由60%左右提高至70%以上，回粉中水泥成品含量降低，循环负荷由250%左右下降至120%以内，系统运行工况处于良性循环状态。

  4.4 改造效果

  改造后的O-Sepa选粉机分级性能提高，可显著改善成品水泥的颗粒级配：成品中3 μm～32μm颗粒含量的增加对水泥强度的发挥起主导作用，分选后的水泥中小于3 μm以下颗粒含量减少，可最大限度地减少磨内过粉磨及粘附现象、提高粉磨效率。表4为马尔文激光粒度分析仪对系统改造前、后成品水泥的颗粒级配分析结果。

  5 结束语

  系统改造前后磨机台时产量、粉磨电耗见表5。按全年设备运转率80%，吨水泥粉磨电耗降低5kW•h计算，改造后年可节电525.6万kW•h。以电费0.60元/kW•h计算，仅节电一项年增加效益可达315.36万元。改造前、后P•O42.5水泥强度及混合材掺加量变化见表6。通过对O-Sepa选粉机的系统技术改造，选粉效率、循环负荷对比见表7。由表7数据可以看出，改造后循环负荷已降至120%以下，O-Sepa选粉机选粉效率(45 μm)已提高 至75%以上，成品水泥比表面积由改造前的342m ²/kg提高至354m²/kg，即便是增加了3%混合材掺入量，水泥3 d、28 d抗压强度仍增长1 MPa左右，充分说明改造后的O-Sepa选粉机分级性能更好。

  理论研究与生产实践证明：单段粉磨的能耗与成品磨细程度（比表面积）成正比，“分段粉磨”的能耗要低于单段粉磨能耗。“分段粉磨”强调各段功能更细化、更明确，提高每一段的做功能力，则更有利于系统增产、节电。

  在产能过剩的严峻形势下，水泥企业应积极优化技术改造，降低成本，节能降耗、提高产品实物质量，始终保持优良的市场竞争力。

  参考文献

  [1] 邹俊甫, 邹伟斌. 水泥熟料磨前预处理方法讨论[J]. 中国建材装备, 1995(2).

  [2] 邹伟斌, 赵家胤, 王新. 联合粉磨开路磨系统增产与调整 [C]//新型干法水泥中控操作技术精选, 第二届中国水泥 工业中控操作论坛论文集. 成都:新世纪水泥导报杂志社, 2012,5.

  [3] 谢克平. 水泥新型干法中控室操作手册[M]. 北京: 化学工 业出版社, 2012, 5.