第七届中国水泥工业粉磨技术研讨会将在绵阳召开
由成都建筑材料工业设计研究院有限公司、西南科技大学、西南水泥有限公司联合主办的以“绿色低碳 科技赋能”为主题的第七届中国水泥工业粉磨技术研讨会将于2024年4月24日-26日在绵阳绵州酒店举办。
我国是水泥生产大国,水泥粉磨技术直接影响着水泥工业的振兴和发展,相关资料表明每生产一吨水泥需粉磨各种物料达3-4吨之多,粉磨电耗占水泥生产总电耗的65-75%,粉磨成本占水泥生产总成本的35%左右,在能源日趋紧张的今天,要求我们不断探索、采用新思路、新工艺、新技术向着优质高产、节能降耗的方向发展。......
一、概述
我国是水泥生产大国,水泥粉磨技术直接影响着水泥工业的振兴和发展,相关资料表明每生产一吨水泥需粉磨各种物料达3-4吨之多,粉磨电耗占水泥生产总电耗的65-75%,粉磨成本占水泥生产总成本的35%左右,在能源日趋紧张的今天,要求我们不断探索、采用新思路、新工艺、新技术向着优质高产、节能降耗的方向发展。
水泥辊压机联合粉磨系统相关技术经过国内多年来的实践,技术日趋成熟,节能降耗初见成效。然在"多破少磨"理念指导下所采取的"大辊压机配小管磨"的粉磨工艺,始终未达到预期的最佳效果。
江苏盐城吉达公司是一家专注于水泥粉磨技术研究的高新技术企业,在水泥辊压机联合粉磨技术发展方面有着多年的技术改造经验,公司于2012年6月在天山股份-库车分公司的5000t/d 生产线的水泥联合粉磨技改中,对辊压机、球磨机采用"双闭路联合粉磨系统",取得了重大突破:Ф4.2×13m水泥磨系统产量达350t/h,水泥质量稳定,吨水泥粉磨电耗降至25度左右,目前此系统相关工艺技术正在天山股份及国内同类新型干法生产线(中联、南方、西南等水泥)在建或技术改造项目中全面推广。(见系统工艺图1):
(图1)
二、新疆天山股份库车半终粉磨联合改造技术介绍
1、技改前基本情况
新疆天山股份库车水泥分公司日产5000t/d生产线,水泥粉磨系统主机采用φ1.8×1200辊压机+φ4.2×13m球磨机组成的联合粉磨系统,辊压机装机功率1250kW×2,通过能力:610~850t/h,球磨机装机功率3550kW,生产能力:180~200t/h;物料配比:熟料75%、煤矸石18.5%、石膏6.5%为主、无助磨剂,成品比表≤350m2/kg,辊压机与球磨组成的联合粉磨系统采用的是国内水泥生产企业普遍采用的较成熟的粉磨工艺,此种工艺水泥企业认同度高,水泥产量、质量稳定,能耗适中,系统运转率高。工艺流程如下图所示:
盐城吉达公司在总结了多年的粉磨工作经验的基础上,对采用"辊压机与球磨机"组成的联合粉磨工艺进行了系统分析,发现在辊压系统中,物料经辊压机强力挤压后,经V型选粉机初分级后,粗粉仍回辊压机,细粉经旋风筒(除尘器)收集后直接喂入球磨机,而这部分入磨的细粉中含有大量30μm及以下的合格细粉,在球磨机中形成"料垫",降低了球磨机的粉磨效率并产生严重的过粉磨现象。因此,将辊压系统中产生的合格细粉从入磨物料中分离出并送入成品,可大幅度提高成品产量,同时改善球磨机的工况,进而提高球磨机的产量。
2、技术改造方案
本着节能降耗充分挖掘企业的生产潜力的目的,2012年初,天山股份南疆事业部杨兆祺董事长带着集团的技改课题组来到江苏盐城吉达公司进行技改考察,盐城吉达公司根据天山股份南疆分公司提供了基础技术资料做出了四种技改方案,随后天山股份南疆分公司技改团队会同成都水泥工业设计研究院及吉达公司对技改方案进行了深入的技术探讨,最后确定选用盐城吉达公司四套方案中的第三套方案进行技改,第四套方案留有进一步提产节能的潜力,可供以后进行改造。具体四套几种方案工艺流程如下页图所示:
方案一:优点:Sepax2000选粉机为独立内循环分选系统,改造对原工艺系统参数没有影响。缺点:增加一台提升设备及内循环风机,设备土建投资大,额外增加系统能耗,与原改造降耗目标不一致。
方案二:优点:前面辊压及后面球磨共用一台高效选粉机,工艺简单,紧凑,系统能耗低。缺点:选粉设备外形大,选粉浓度高。
方案三:优点:前后为独立闭路系统,原系统工艺改变不大,便于实施,并基本不增加系统能耗。缺点:对二次分选设备技术要求高,选粉精度K值达0.9以上,要求系统低阻高效,阻力低于1000Pa。
方案四:优点:前辊压闭分选系统与方案三优点相同,同时球磨选粉机采用闭路内循环系统,系统阻力小,能耗低,且没有外排。缺点:用在干法生产线上时,由于入磨熟料温度高,需在后面循环选粉机上增加冷风口,以利于降低水泥温度。
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第三套方案具体内容:在原有V型选粉机后串联接入一台高效涡流选粉机,将经"V选"粗选后的细物料再进行一次精细分选,分选出的粗粉喂入球磨机,分选出粒径30μm以下细粉由后续旋风筒收集直接送入成品库。三方都认为该种工艺技改可行性高,投入低,可操作性强,风险小。但成都水泥工业设计研究院提出原辊压机系统的循环风量250000m3/h,循环风机可提供的风压为3500Pa,要求新增加的高效涡流选粉机对系统产生的阻力不得高于1000Pa,选粉精度K值要达0.90以上,因此传统的"动态选粉机"(下进风)与"卧式转子选粉机",显然不适合用于该系统改造,这两种选粉机主要存在以下问题:①系统阻力大,能耗高;②水泥质量波动大,主要表现为水泥需水量增大;③选粉机效率低,分离出的粗粉中还含有大量合格细粉。为此吉达公司在成都水泥工业设计研究院,盐城工学院、天山股份技术人员的鼎力支持下,对公司现有的涡流选粉机进行了低阻设计,降低选粉机系统阻力,使选粉机系统的压损小于800Pa。(三种类型选粉机与V选联接如下图所示)
3、新增的吉达涡流选粉机技术特点
(1)Sepax涡流选粉机工作原理:
选粉机工作时,可变速电机通过传动装置带动主轴转动,前级"V选"分选出相对较细的物料混合在高速气流中,由选粉机侧面切向进风口高速旋转进入选粉机,气流经选粉机底部的粗粉分离器时,一部分粗颗粒被分离,下落到粗粉锥中,其余物料被旋转气流吹起继续上升,进入精确分级区:平面涡流分级区,含尘气流在旋转的笼形转子形成的强烈而稳定的平面涡流作用下,粗颗粒被抛向周围的立式导向叶片,撞击后失去动能经三通锥落入中粗粉锥中,经中粗粉锁风阀排出,符合要求的细粉穿过笼形转子进入其内部,随气流进入后续的旋风筒中被收集形成成品粉。改变主轴转速可方便的调节细粉的粒径范围。
结构如下图所示:
(2)Sepax涡流选粉机技术特点:
1、分级原理先进。采用平面涡流分级原理设计分级区域,增设分散预分级区,减轻了主分级区的负荷,排除了粗颗粒的干扰作用,采用航空空气动力学分析方法对整个流场进行了优化设计,使得分级圈表面气体流场均匀而稳定,气流相对误差均<5%。
2、性能好、分级精度高、效率高。一级选粉预分离出混合粉中的粗粒子,二级精确选粉在导向叶片与直笼型转子所构成的环形空间内完成,由于预分离了粗粒子,排除粗颗粒的干扰,因此分级精度特高,分选效率更高。
3、节能幅度大。设备系统采用流线形设计,使系统阻力小于1000Pa,选粉气流内部循环,细粉收集仅采用高效低阻旋风筒即可,节能降耗十分明显。
4、细度调节容易。只要改变转子的转速就可将成品的细度控制在250~600m2/kg勃氏比表面积范围内。
5、选粉能力大。Sepax吉达涡流选粉机的直径可在φ1.9~φ5.75m之间,相应的选粉能力为25~600t/h。
6、适应性强。Sepax吉达涡流选粉机结构紧凑,体形较小,加之可将物料进行多级分离,因而适应性强,可用于任何粉磨设备所组的闭路粉磨系统,尤其是对带有辊压机的半终粉磨和终粉磨系统,是其最佳的配套分级设备。
7、使用寿命长。选粉机易损部位耐磨件:如粗粉分离器、导向叶片和转子分级叶片等均采用耐磨材料制造或进行抗磨工艺处理,其磨损率极低。采用新型合金板作内衬,有效延长了其使用寿命。
8、改善水泥质量。由于Sepax吉达选粉机选粉效率高、精度高,减少了物料过粉磨现象,成品的颗粒径分布相对较窄,级配组成合理,提高了水泥中微粉含量,3~32μm的含量达70%以上,而<3μm的含量仅占8%左右,从而提高了水泥的强度。
(3)Sepax涡流选粉机与V选系统中常用的选粉机性能比较
4、天山南疆分公司半终粉磨技改前后配置对比
(1)改造前主要设备配置
(2)改造后主要设备配置
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5、天山南疆分公司半终粉磨技改后的效果分析
2012年5月选粉机运至技改现场,经两周的精心安装,试车,6月10日系统联动开机试生产,在φ4.2×13m球磨机研磨体装载量达75%时,系统产量已经达290t/h,现场调试人员对这么高的系统产量表示怀疑,当即通过现场校准计量系统,结合开机时间及库存水泥量核算发现平均台时产量达300t/h。在额定装载量达到100%时,整个系统台时产量达到了创历史的新高;磨机台时350t/h,平均比表面积在360 m2/kg左右,具体参数见下表:
6、改造后成品质量粒度激光分析结果
(1)成品粒度特征参数表
(2)成品粒径分布表
(3)成品样品粒度分布图
7、技改效果与体会
(1)天山股份库车项目技改效果
天山南疆分公司通过将辊压系统中合格细粉选出形成半终粉磨,工艺流程为在"V选"与细粉收集器之间新增加一台吉达涡流选粉机与V选串联,对出"V选"的细物料进行精细分级,将30μm以下的细粉选出,进入成品水泥,取得了显著的经常效益,水泥质量得到很大的改善,水泥的标准稠度用水量减少1个百分点,后期28天强度有所提高,因此受到混凝土企业的好评。系统台时产量达350t/h,在天山集团内同类生产线提高100t/h以上,吨水泥电耗降至25kWh/t以下,同比下降6kWh/t,运行一年后产生的经济效益相当可观。
(2)技术改造不足之处
天山股份-库车分公司5000t/d 项目水泥磨,磨前采用半终粉磨精细选粉工艺,磨尾仍采是o-sepa- N-4500选粉机,相对于内循环高效涡流选粉机,其选粉效率与选粉精度较低,装机功率较大,在一定程度上影响了水泥粉磨电耗的进一步降低。就天山库车联合粉磨系统工艺而言,如果前后均采用内循环高效涡流选粉机(见系统工艺图2),则完全可以实现P.O42.5水泥半终粉磨吨电耗可降至20度以下。扬州义合水泥有限公司Ф3.5×13m管磨机采用辊压机联合粉磨系统(生产P.O42.5,45um筛余2.5%左右,成品比表面积≥360m2/kg),未采用半终粉磨工艺,仅后续闭路管磨机系统选用内循环高效涡流选粉机,吨水泥粉磨电耗也能达到22度左右便是例证。
(3)天山股份库车项目半终粉磨技改体会
我国的水泥半终粉磨工艺与装备技术在各界同仁的共同努力下,主要技术指标已进入世界领先行列。水泥半终粉磨的实质是:选出大部分高效预粉磨系统所产生的微粉(30um以下,主要是20um以下)直接进入成品,一方面稳定了辊压机料床,极大减轻了辊压机的振动,提高了预粉磨的效率;另一方面,大幅度减少了管磨机内的"软垫"与"过粉磨"现象,提高了管磨机的破碎与研磨效率,成品质量提高的同时,产量大幅度提高,效益显著。
三、水泥半终粉磨工艺发展趋势
1、粉磨新工艺的新思路、新方向
传统大型管磨机粉磨工艺目前有两种:(1)辊压机+离心打散机+管磨机+O-sepa选粉机+袋式除尘器,此工艺的优点:动态分离处理量大,工艺简单。缺点:只能初级分离,分级2mm以下,分级原理单一。(2)辊压机+V形选粉机+旋风除尘器+管磨机+O-sepa选粉机+袋式除尘器。工艺的优点:静态分级打散设备,无运动部件,工作可靠。 结构简单,耐磨部件使用寿命长;缺点:与其他类型的选粉机相比效率较低,选粉细度不均匀,分选效果不佳,稳流仓含细粉多,容易导致辊压机频繁塌料。征对以上两种工艺的优缺点,结合目前"多破少磨"粉磨理论盐城吉达公司开发一种全新粉磨工艺:辊压机+双转子三分离选粉机+管磨机+高效涡流选粉机+磨机除尘器:此工艺已在多家水泥厂:天山股份库车分公司,扬州义合水泥,提产明显,节能效果显著.工艺图如下图如示:
此工艺的优点:磨机前后为独立闭路系统,分级处理量大,工艺简单,分级精度高,体积小,提产效果明显 。缺点:对磨前精细粉选粉机设备技术要求高,选粉精度K值达0.9以上,选粉机低阻高效,阻力应低于1000Pa。
对于该工艺的缺点,可以通优化选粉机内部结构来解决,目前盐城吉达公司已经在这方面做了不少工作,已经将磨前双转子三分离选粉机系统阻力控制1000Pa以下,应用于天山股份,扬州义合水泥,邳州中联等多家水泥厂的磨前磨后配套,效果显著,因此此工艺必将是未来粉磨工艺发展的主攻新方向。
2、主机及其配套设备大型化
水泥半终粉磨工艺主要应用Φ3.8M以上的管磨机系统,且大多数应用在Φ4.2M管磨机系统(最小应用于Φ3.2M管磨机系统),在"多破少磨"理念的指导下,对应管磨机所配套的预粉磨设备,均比传统配套规格大,目标产量提高约50%。以Φ4.2M管磨机系统为例,水泥粉磨系统主要采用Φ1800×1200(至少Φ1600×1400 )辊压机+Φ4.2×13M球磨机组成的联合粉磨系统。对水泥半终粉磨工艺而言,设备大型化则系统综合效益更为显著。现如今水泥工艺设计一方面以综合效益最大化为目标,谋求系统总运转率与瞬时效益最大化的平衡点;另一方面加大水泥粉磨系统规格以提高其生产能力,不少水泥企业因此抓住水泥价格较高的销售机遇,放量生产;而在水泥价格较低的时期,利用用电的"峰谷政策",粉磨系统实行"谷开峰停",主动适应了水泥市场需求变化与价格波动,收益颇丰。
3、水泥质量控制的多样化
对水泥的质量要求由传统的80um筛余、追求比表面积,向追求颗粒级配组成与颗粒形貌的科学性,实现效益最大化方向转变,水泥粉磨细度不仅关系到水泥粉磨的能耗,更为重要的是对水泥性能有着很大的影响。为了兼顾实现优化颗粒组成与经济效益最大化,必须准确把握 "多破少磨"的平衡点,即同时保证粉磨系统各个环节的能力平衡与粉磨系统状态的稳定。建议采用过程质量控制与目标管理相结合的方法:
(1)辊压机及V型选粉机物料控制要求:V型选粉机出口物料≤30μm一般达30%以上,最好40%以上;≤80μm一般达60%以上,最好70%以上;≤200μm一般达95%以上;
(2)精细选粉机成品质量控制要求:30μm零筛余;
严格执行上述过程质量控制指标要求,是半终粉磨系统成品质量、产量、综合效益大幅度提高的关键。
4、主机及配套设备平衡
(1)辊压机与V形选粉机系统
辊压机的"边际效应" 众所周知,大规格辊压机漏边料的相对比例,比小规格辊压机明显偏小。选择合理的辊缝间隙与工作压力,确保料床的稳定性,从而实现高效率"料层挤压" 。V型选粉机、辊压机、精细选粉机等(包括相关输送、除尘等)系统生产能力的平衡和谐是关键。
(2)V形选粉机与精细选粉机系统
1、V选与精细选粉机的连接方式
必须从颗粒流体力学的角度来设计,再通过实践来验证其效果。确保流体阻力小。对于旋转型流体,一方面要降低局部阻力,因势利导;另一方面要降低沿程阻力,路径尽可能短。当两者矛盾时,一般是局部阻力大于沿程阻力,即管道设计顺风向较为有利。实践证明图3的V选与精细选粉机切向连接方式则是最佳连接方式。
图3 V选与精细选粉机切向连接方式
Sepax涡流选粉机切向连接方式实测指标为:系统阻力低至800-1000Pa,选粉效率高达90%以上,选粉精度K值达0.9,为系统产量高,单位电耗低提供了有效保证。
但如果V选与动态选粉机采用上下垂直连接(如图4),沿程加长,阻力加大,且进入后再旋转所产生的局部阻力大幅度增加。目前一般所能达到的指标为:选粉效率仅能达70%左右;选粉精度K值达0.7;系统阻力达到1500-2000Pa,系统能耗高,单产电耗高。
(图4 V选与动态选粉机采用上下直接方式)
(3)磨尾选粉机的选择
磨前精细选粉机分选后的粗粉进入磨机,经磨机研磨后进入后续选粉机进行选粉,成品入库,粗粉回磨机继续研磨。目前国内大型管磨机磨尾选粉机选择有两种,分别是o-sepa选粉机和内循环高效涡流选粉机。
国产内循环高效涡流选粉机与o-sepa选粉机比较
国产内循环高效涡流选粉机与o-sepa选粉机相比,采用内循环旋风筒收集成品,无须配套大规格收尘器(其配套风机功率动辄数百千瓦),系统能耗大幅度降低。国内多家水泥企业实践证明,由于其独特的原理、结构,选粉效率、选粉精度等主要经济、技术指标明显优于o-sepa选粉机,且已达到国际领先水平(循环风机叶轮维修周期在两年以上便是例证)。
A、结构性能比较:
① 与O-Sepa选粉机相比Sepax高效涡流选粉机增设分散和予分级区域,采用高风压,强气流,首先将高速抛散的物料进行强力分散,并在旋转气流作用下将大于150~200μm的粗颗粒分离出来,这样既提高了物料分散度,又大大减轻了主分离区域内物料的相互干扰作用。
② Sepax高效涡流选粉机其专利型整流笼形转子的运用使得分级圈表面气体流场均匀而稳定,其任何一处的气体流速相对误差均<5%,为精确分级创造了条件。
③ Sepax高效涡流选粉机彻底改变了现有各种选粉机分散与分离完全处在统一区域的弊端,将分散与分离区域隔开,能够单独分别调节分散和分离区域内气体流场的流速,这样既能提高物料的分散程度,又能提高物料的分离效率。
④ Sepax高效涡流选粉机选粉效率85%以上,回粉中45μm以下颗粒含量3%以下,特别适合与高细磨相配套使用,控制循环负荷在100~150%范围内,使得系统既有高产量又有高质量,即合理的颗粒级配和颗粒形貌。
B、投资比较
Sepax高效涡流选粉机与O-Sepa选粉机相比,其主机部分与O-Sepa选粉机投资价格相当,但O-Sepa选粉机需配套一台大型脉冲除尘器收集成品,而Sepax涡流选粉机仅须一台处理量小得多的除尘器用于磨机通风除尘,其一次投资要少得多。Sepax涡流选粉可在正压下工作,细粉收集采用高效旋风筒即可,无需再配置庞大的气箱脉冲袋式除尘器,这样不但降低了粉磨电耗,而且也降低了投资费用(省去了气箱脉冲袋式除尘器)和维护保养费用。
四、结束语
精心操作和必要的管理维护是高效稳产的必要条件,为此应制订相应的规范和制度,以保证计划产量期间的设备运转率。生产过程中应均衡喂料,并根据物料的变化,及时调整操作。一般精细选粉机成品质量控制标准为30μm零筛余;后续闭路球磨系统所用内循环高效涡流选粉机成品质量控制标准为45μm筛余2.5%左右。这主要是考虑前置的精细选粉机所选成品为辊压机直接形成,颗粒圆形度较差,但其粒径较小,进入后续管磨系统,会大大增加管磨机内的"软垫",破碎研磨效率锐减;而后续的内循环高效涡流选粉机所选成品颗粒圆形度较高,故其粒径可放宽至45μm筛余2.5%左右。实践探索,在此成品质量控制标准下,Φ4.2×13M闭路管磨联合粉磨系统,产量从230-250t/h增产350t/h以上,整体效益较好,熟料配比下降2%,水泥的标准稠度用水量稍有下降,水泥质量将会得到一定改善,极易受到混凝土客户的喜爱。 盐城吉达公司在天山库车、邳州中联、西南筠连、宜宾瑞兴(星船城)、邓州中联半终粉磨等系统均取得了很好的效果。
编辑:陈宗勤
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日常要加强磨机运行管理,关注入磨物料粒度水份等理化性质的变化,有针对性的做好维修保障工作。
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水泥行业是实现碳中和的关键行业之一,水泥行业碳排放占建材行业碳排放总量的80%左右,是建材行业碳排放重点领域。
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12月30日,山东省工信厅发布《关于山东华杰新型环保建材有限公司等企业水泥粉磨项目补齐产能情况公示》。
武乡山水水泥有限公司年产100万吨水泥粉磨生产线项目位于蟠洪循环经济工业园区,是武乡县新型建材产业的重点项目之一。该项目总投资1.65亿元,主要建设五座水泥配料库、六座水泥储存库及各种辅材环保密闭堆棚等,于今年3月开工建设,目前项目建设已经基本完工,部分基础配套工程正在扫尾,预计2023年2月可全部建成并投入生产。
12月14日,山东工信厅发布“关于枣庄市鲁光水泥有限公司等三家企业水泥粉磨项目产能置换情况公示”,其中枣庄市鲁光水泥项目为新建,山东宝山科技、沂南铜象水泥项目为产能补齐。
建德南方水泥有限公司部分资产(寿昌、大慈岩水泥粉磨线涉及的相关资产)成功转让。
同意山东沂源沂阳水泥按照报告表中所列建设项目的性质、规模、地点、采用的生产工艺、环境保护对策措施等进行项目建设。
水泥厂设备及备品备件采购作为“花钱”环节,不仅关乎水泥企业成本支出,更关乎生产线的安全稳定运行。在当前的市场环境下,优质的设备及备品备件采购渠道对于水泥企业降低生产成本,巩固市场竞争优势尤为重要。
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福州金牛水泥有限公司成立于2006年,是一家大型水泥粉磨企业,公司主要经营袋装水泥、散装水泥。产品长期、广泛应用于国家重点工程和福建标志性工程,销售区域覆盖福建全省,同时辐射浙江等周边省份。
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