联合粉磨开路磨系统增产改造措施

  摘要：以生产规模60万吨/年水泥粉磨生产线配置120～50辊压机与动态分级设备（打散分级机）和3.2×13m开路三仓高细管磨机组成的单闭路粉磨工艺系统为例,论述总结了实际生产过程中粉磨系统存在的共性问题及其改进所采取的技术与调整措施,并进行了相关的技术经济分析。

  0   前 言

  近几年来，设计生产规模60万吨/年的选粉机，大多采用?椎3.2×13m管磨机。生产工艺流程中，既有双闭路粉磨工艺系统（辊压机+动态或静态分级机+管磨机+高效选粉机，其中辊压机与动态分级机（打散分级机）或静态分级机（V形选粉机）组成磨前闭路、管磨机与高效选粉机组成闭路）；也有单闭路粉磨工艺系统（辊压机+动态或静态分级机+开路管磨机）；此外还有普通的一级闭路和开路粉磨系统，在此不赘述。前两种粉磨工艺系统各有其特点：单闭路系统总装机功率低于双闭路系统，且流程较简单；从大幅度增产角度来看，双闭路粉磨工艺系统大多采用静态分级机（V形选粉机）对辊压机挤压后的物料进行风选分级，入磨物料切割粒径一般≤0.5mm且颗粒较均匀，因粉磨过程中“过粉磨”现象减少，其系统产量潜力发挥明显高于单闭路粉磨工艺系统，粉磨电耗一般在28～33kWh/t水泥左右；当然，若单闭路粉磨工艺系统优化调整方法得当，其增产幅度也较大(>50%以上)，粉磨电耗也可控制在28～30kWh/t左右。

  以国内某单位双闭路粉磨工艺系统为例，其配置的辊压机功率+静态分级机（V形选粉机）循环风机功率=1220kW；另一单位的单闭路粉磨工艺系统中辊压机功率+静态分级机（V形选粉机）循环风机功率=1320kW；上述两个系统中?椎3.2×13m磨机台时产量均在120t/h左右。而本文中探讨的某粉磨线单闭路粉磨系统中辊压机功率+动态分级机（打散分级机）功率=575kW，与上述两个系统的预粉磨及分级设备的装机总功率相差较大，分别低645kW及745kW；从分级设备工艺特性分析：打散分级机系统总装机功率小、分级电耗较低，由于以机械式筛分为主，故分级精度较差。经打散分级的入磨物料切割粒径在2.0mm左右，但其中尚有少部分＞5～8mm颗粒入磨，磨机一仓中仍需要配用?椎70mm钢球；打散分级机内筛板磨损量大，该系统增产幅度一般为磨机设计能力的30%～50%左右。而采用静态分级机（V形选粉机），该分级设备工艺特性是在风选中打散分级，克服了机械式筛分的缺陷，分级精度显著提高，分级后的入磨物料切割粒径在0.5mm左右，颗粒均齐性好；但因循环风机功率配置较大，且风机管道较长、转弯较多、系统阻力大、风机叶轮及管道磨损量大、分级系统电耗高于打散分级机。V形选粉机适用于物料通过量至少为磨机最大产量2倍以上的辊压机（现阶段配置的辊压机物料通过量已是磨机最大产量的5倍以上）。基于高效率的料床粉磨特性，辊压机的电能利用率比管磨机高得多。据粉磨统计资料显示，辊压机每投入1kWh/t吸收功，后续管磨机可节省2～3kWh/t；所以，磨前辊压机做功越多，磨机的增产、节电幅度越大。根据粒度系数计算可知，入磨物料粒径≤0.5mm时，磨机台时能力可达到其设计产量的2倍甚至以上，即实现系统产量翻番，这与实际生产数据相吻合。

  现以某粉磨站单闭路粉磨工艺系统为例，分析探讨增产调整过程中遇到的共性问题及其改进的技术措施与达到的增产效果。

  2   粉磨工艺系统主机配置及相关技术参数

  该粉磨线采用挤压联合粉磨单闭路工艺系统。配用120-50辊压机（物料通过量150-170t/h、装机功率250kW×2）；550/120打散分级机（处理能力＞150t/h，装机功率45kW+30kW）；3.2×13m开路三仓高细水泥磨（设计生产能力60t/h、主电机功率1600kW、电压10kV、设计装载量125t、主减速器JDX1000、速比i=7.1）；磨尾收尘器（风机型号4-72、风量35000～50000m3/h、风压1770Pa、电机功率37kW）。

  采用新型干法窑熟料与粉煤灰、电厂炉渣、石灰石、石膏共同粉磨。生产P.C32.5级水泥（成品细度控制80um筛余≤2.50%）,台时产量75t/h；P.O42.5级水泥（成品细度80 um筛余≤1.50%），台时产量66t/h。3.2×13m开路磨机磨内工艺技术参数及各种物料化学成份分析结果见表1、表2。

  经取样测定粉煤灰80?滋m筛余在22.2%～36.9%之间，单独计量配料不经过辊压机直接入磨。多次直接抽取入磨物料测定综合水份一般均在1.50%以下，水份较小，料干。

  通过对该单闭路粉磨工艺系统分析认为，影响磨机台时产量的主要因素有以下几个方面：

  （1）辊压机挤压物料时工作压力不足6.5MPa，既使入机物料粒径与辊缝在正常范围，运行中工作压力也只有5.5～5.8 MPa，压力偏低则挤压效果差，经打散分级后的入磨物料细度80?滋m筛余在64%左右，细粉物料少，成品率较低。

  （2）造成入磨物料细度偏粗的另一个原因是:打散分级机配置的内筛板缝偏大，原设计装机为8mm。经分级后入磨物料经水洗烘干后观察，其中粗颗粒（＞5mm占10%左右）含量偏多。应为辊压机工作压力低和打散分级机内筛板缝偏大所致。

  （3）生产操作中用风不合理，磨尾拉风过大，在40～45Hz，磨内理论风速达1.8m/s，导致磨内物料流速过快，成品细度跑粗。为保证水泥细度合格，被迫降低磨机产量。

  （4）入磨粉煤灰计量稳流措施差，时有冲料或断料现象，料流不够稳定。

  （5）磨内物料流速过快与研磨体级配不合理，导致磨机各仓功能划分不够清晰，不能实现有效的“分段粉磨”，水泥磨细程度差，3～32um有效颗粒含量偏少，只有57%左右。 

      （6）所用研磨体质量差，硬度偏低、变形多、粘灰、表面光洁度不好；实际生产应用的球、段磨耗量大（达200～300g/t水泥）、磨耗成本高。球、段表面粘附后，严重影响粉磨效率。

  3   改造与调整措施

  针对上述存在的不良状况，需对该粉磨系统进行改造，主要采取了以下技术措施：

  （1）调整后，破碎机现场工作压力由5.5MPa上升至6.5～7.5MPa，物料挤压效果显著提高，料饼中细颗粒含量明显增多，为打散分级机有效分级奠定了良好的基础。

  （2）打散分级机对物料的分离特性是以机械式筛分分级为主，并与风轮结合实现部分风选细粉为辅；与V形选粉机相比，分级精度较低，入磨粒度较大。根据辊压机循环负荷及提升机能力核算，物料循环过程中提升能力富裕较多，且入辊压机的物料水份较小，可以通过适当降低打散分级机内筛板缝尺寸，缩小入磨物料粒径。为此，将打散分级机内筛板缝由8mm改为5mm，并将内锥筒高度加高130mm，以提高打散分级效果。

  经对辊压机和打散分级机进行技术处理后，入磨物料粒径明显减小，＞5mm颗粒含量降到5%以下，细粉含量增加，入磨物料80?滋m筛余由64%降至52%左右。

  （3）根据磨物料综合水份小，混合材中粉煤灰较细且掺量多，其矿相中所含球形玻璃体硬度高，易磨性差，在磨内流动性好的特点，将第一道筛分隔仓板内筛缝宽度由4mm改为2mm，有效抑制料流中的粗颗粒，实现研磨体对物料的“分段粉磨”，在提高各仓磨细能力的同时，磨内截面通风状况趋于均匀。

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  （4）管磨机粉磨物料过程中，研磨体内在质量的优劣要占影响产量因素的一半以上。为此，一仓、二仓改用机械性能优良的高铬合金铸铁（HRC≥60）研磨体，粉磨物料时具有良好的表面光洁度，避免表层粘附造成对研磨物料的缓冲；因改用后的研磨体硬度较高、磨耗降低（单仓＜50g/t水泥），从而能使磨机长期保持高而稳定的粉磨效率。

  （5）因调整后的入磨物料细粉含量增加、粗颗粒减少，将磨内一仓、二仓研磨体级配作了相应调整，增大其研磨能力；一仓最大球径由70mm降为?椎60mm，并引入部分20mm球，以适应粉磨掺有较多粉煤灰的水泥的要求，平均球径由44mm缩小至38mm；二仓平均段径也由16.7mm降至13mm；并对第三仓微段进行补充，12×12 mm、10×10 mm微锻各补入5.0t，第三仓装载量保持80t左右，全磨总装载量138t。调整后的研磨体级配见表3。

  （6）改进入磨粉煤灰计量与输送，均匀稳定粉煤灰下料。

  （7）合理调整用风，通过收尘风机变频调速控制磨尾拉风量，保持磨内风速在0.85~0.92m/s左右，一般在20～25Hz左右频率即可满足磨内通风要求。

  （8）辊压机运行操作中，稳定称重仓料位在60%～80%，使下料筒内保持一定的料压，实现对辊压机的过饱和喂料，使辊压机多做功，控制辊压机主电机运行电流至少达到其额定电流的60%～80%。

  辊压机取代磨机一仓的破碎功能后，相当于使后续的管磨机多出一个细磨仓，细磨能力和产量显著提高，可实现系统节能最大化。

  通过采取以上改进与调整技术措施，3.2×13m开路磨机生产P·C32.5级水泥（80um筛余≤2.50%）台时产量从75t/h提高至91t/h左右；P·O42.5级水泥（80um筛余≤1.50%）台时产量也由66t/h提高至75t/h。若按实际生产能力60万t/年计，与改造前相比，由于增产因素，全年可节电300万kWh，节电价值达180万元。改进后P·C32.5与P·O42.5级水泥配比见表4。改进后具体技术指标见表5。

  管磨机粉磨效率与磨内所装载的研磨体总表面积的0.7次方成正比，研磨体的总表面积越高，粉磨效率也越高。在采用优质耐磨研磨体的前提下，对辊压机及打散分级机系统进行必要的改进，有效降低入磨物料粒度，提高入磨细粉比例。同时缩小一仓平均球径和二仓平均段径，并适当增加第三仓微段装载量，最终目的是通过增加研磨体的个数，提高研磨体总表面积，增大其对物料粉磨过程中的“集群效应”，以稳定提高粉磨效率。所以，在管磨机主电机和减速器承载能力允许和不改变系统装机总功率的条件下，适当增加磨内研磨体装载量，提高研磨体与被磨物料之间的接触、粉磨面积，充分挖掘管磨机的生产潜力、有效降低粉磨系统电耗。

  按一般经验来讲（以P·C32.5级水泥为例），当入磨物料综合水份≤1.50%，由120-50辊压机与550/120打散分级机和3.2×13m开路管磨机组成的联合粉磨单闭路工艺系统，其台时产量增加系数一般为磨机研磨体总装载量的0.6~0.7倍左右，本文中的P.C32.5级水泥台时产量91t/h，其系数在0.66左右；而由辊压机与静态分级机（V形选粉机）和3.2×13m开路管磨机组成的单闭路粉磨工艺系统，其台时产量增加系数一般与管磨机装载量基本接近或略有富裕，大约在0.85~1.10倍左右；（如某单位配置物料通过量350 t/h（约为磨机台时产量的3倍左右）的140-80辊压机与静态分级机（V形选粉机）和?椎3.2×13m双滑履开路三仓管磨机组成的单闭路粉磨工艺系统，磨机功率1600kW、研磨体总装载量120t左右。生产P、C32.5级水泥比表面积380m2/kg，台时产量保持125t/h左右，最高达135t/h，系统电耗30.6 kWh/t左右，产量增加系数为1.04~1.125；生产P.O42.5级水泥比表面积410 m2/kg ，台时产量保持105t/h左右，最高达115t/h，系统电耗27.0kWh/t左右，产量增加系数0.875~0.96）。此外，该磨机配置的由不同厂家制造的1600 kW（电压10kV）主电机，其额定电流值大致分为108~119A六个左右等级，一般规律是每增加或减少1 t研磨体，主电机工作运行电流上升或下降0.6~0.8A左右，因主电机、减速器与边缘传动齿轮在出料端，提高磨机第三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。

  生产实践证明，辊压机与静态分级机（V形选粉机）配套的单闭路或双闭路粉磨系统，因前置辊压机处理能力大，且经风选分级后的入磨物料切割粒径小且均匀，可使磨内研磨体平均直径进一步缩小，对物料磨细能力显著提高，磨机增产系数明显高于动态分级机（打散分级机）配置的联合粉磨工艺。

  4   结束语

  水泥联合粉磨工艺增产节能是一个系统工程，为充分发挥系统生产潜力，大幅度提产降耗，应重点做好以下各方面工作：

  （1）稳定称重仓料位。实现对辊压机的过饱和喂料（前提是入称重仓的物料粒度不能太小，粉状料要少，否则辊压机做功少）辊压机作功越多，利用率越高，整个粉磨系统增产节电效果越显著。

  （2）在入磨物料综合水份小，且循环提升机输送设备有一定富裕量时，打散分级机内筛板缝宽度应适当缩小（有的企业同型号打散分级机内筛板缝采用4mm）；并适当增加内锥筒高度，提高入磨物料细粉含量。

  （3）对筛分隔仓板及内筛板缝宽尺寸进行改进，使其对一仓内细度合格物料进行强制筛分分级后进入第二仓，实现磨内“分段粉磨”，充分发挥各仓的粉磨功能。

  （4）对于较大粉煤灰掺量的水泥管磨机，其仓长比例分配规律类似于矿渣微粉磨机，一仓有效长度不宜太长，一般取2.5~2.75m，仓长比例20.41%~22.45%左右。第三仓有效长度不宜过短，应占磨机总有效长度的55%以上，即第三仓的研磨体装载量也占应全磨总装载量的55%以上，提高细磨能力。

  （5）在不改变系统装机总功率的前提下，积极采用机械性能优良的高硬度研磨体，并适当增加研磨体装载量，可稳定提高粉磨效率。

  （6）打散分级机分选后回称重仓的物料中仍存在一部分＜3mm的颗粒物料，条件具备时，建议增加一道3mm孔的筛分设备，使＜3mm的较细颗粒全部进入磨机，降低辊压机系统循环负荷，进一步提高挤压效果及磨机台时产量，降低粉磨电耗。

  （7）当发现研磨体表面由于细粉粘附而降低粉磨效率时，可以引入性能良好的助磨 剂解决之。