中国立窑水泥厂粉磨系统的技术改造任务

 
　　立窑水泥厂在我国经济建设中做出了 历史性贡献：一是满足地方经济建设和广大农村市场对水泥的需求；二是营造了156万个直接就业岗位；三是为许多地区和农村的经济腾飞完成了原始的资本积累。 即使在今天，在规模总量上也是占据绝对优势；在经济欠发达地区仍然是地方税收和财政收入的主要来源。但是，随着国内经济的连续快速发展，尤其在我国加入 WTO 后，立窑水泥生存的空间在减小。国家产业政策和结构的调整、环境保护和可持续发展的日益高标准的要求、 跨国建材巨头们加紧进军中国建材市场 、国内大企业集团的快速扩张、市场的无序竞争，这一切不得不使所有的立窑企业面对一个现实——生存与发展的问题。
　　解决生存与发展问题至少要做两件事：一是顺应潮流，把企业规模做大，上新型干法生产线或建水泥粉磨站，主动调整产品结构；二是对有一定规模的企业加强管理，完善工艺，节能挖潜，增加效益，提高市场抗风险能力。前者解决发展问题，后者解决生存问题。
　　不论新线或老厂改造，都涉及到工厂粉磨系统的技术方案选择。就我国立窑水泥厂粉磨系统技术改造方案的选择，本人谈以下几点，供参考。 
一、立窑水泥厂粉磨系统的主要问题
　　• 磨机规格小：由于立窑单机规模小（最大年产 10 万吨），因此绝大多数立窑厂的磨机规格都是 Φ 2.2 ～ 2.4m 的小磨机。随着立窑台数的增加，出现了磨机群。在这种情况下，企业磨机规格小而多、产能低、电耗高，环境污染严重，效益低下。
　　• 综合技术经济指标落后：由于磨机规格小，单机产量低。即使采用群窑大磨的厂，其磨机规格大都在 3m 。就立窑水泥整体而言，水泥质量还是不够稳定。除了水泥熟料质量因素外，也不乏粉磨原因而带来的水泥质量问题。随着水泥新标准的执行，水泥比表面积的提高，磨机台时产量降低，粉磨系统电耗提高，增加了生产成本，降低了企业经济效益。也还是规格小的问题，粉磨系统的人均生产能力最多达到干法大厂的 30% 。 日本小野田水泥公司在大连设立的合资企业华能－小野田水泥公司， 150万吨/年水泥，员工500人。
　　• 环保不达标：由于磨机规格小而多，每台磨机从进料到出料的粉尘污染；单机的噪音污染；单机的润滑和冷却水排放污染都是不可避免的。单从粉尘治理就要上许多收尘设备。过多的收尘设备一是给企业带来较大的投资，二是给企业的管理和维护带来诸多不便。 
　　有资料表明，目前我国大气粉尘污染主要源自于水泥、火电和冶金三大行业，其中水泥行业的排放量跃居首位。据专家保守估计，我国水泥工业每年排放的粉尘总量超过 1200万吨，约占水泥年产量的2.5%，而德国、美国、日本等先进国家，其水泥工业粉尘排放量仅占产量的0.01%左右，两者相差200多倍。 
　　• 电气自动化水平底：从自动控制和自动化技术而言，立窑厂与回转窑厂没有多少区别，但在投资上，立窑厂上过多的自控和高档次的自动化显然在经济上是不合算的。虽然在“七五”期间，国家积极推广立窑技改 14 项新技术，其中有一部分自动化技术，但档次低，立窑的自动控制技术至今还不成熟。在粉磨系统的自动化技术方面，当回转窑厂在对立式磨和辊压机系统进行自动控制的时候，我们的立窑厂主要还是围绕球磨机的自动配料和进项机的使用。
　　• 生产工艺不完善，尤其是部分工厂还没有烘干设备：用于生料粉磨的粘土和煤及水泥粉磨的湿矿渣等混合材，基本靠自然晒干，造成了入磨物料综合水分偏高和波动。水分偏大影响磨机的产量；水分波动 对配料计量及检验数据有影响，从而影响生产控制和产品质量。 随着企业生产规模的增大，粉磨与烘干的矛盾就越现突出。
　　6 、先进立窑企业技术八项指标：中国水泥协会立窑研究会近期公布了“先进立窑企业技术八项指标”。⑴、企业规模为年产水泥 30 万吨以上。⑵、工艺设备完善，生产关键环节实现自动化控制及计算机管理。⑶、产品质量通过认证：稳定生产 32.5 、 42.5 等级水泥；出厂水泥 3d 、 28d 抗压强度超标 4 MP a 、 5MPa ；熟料 28d 强度 52 MPa 以上； f CaO 在 2.5% 以下。⑷、水泥均匀稳定性不大于 1.1R （ R 为同品种不同强度等级水泥 28d 抗压强度上月平均值）。⑸、环保达标，逐步实现环保体系认证。⑹、能耗指标：可比熟料烧成热耗： 900 × 4.18kJ/kg 。可比水泥综合电耗： 80kWh/t 以下。⑺、全员实物劳动生产率： 1000t/ 人· a 以上（不含矿山）。⑻、企业管理：建立严格的科学管理机制，追求技术进步，坚持文明生产，并形成具有特色的企业文化，通过 ISO9001 质量体系认证。

二、技术改造的目标和指标 
　　1 、扩大规模：首先是扩大新型干法生产线。在经济发达地区应该瞄准 2000t/d 生产线；经济欠发达地区可在 1000t/d 上起步。靠近大中城市和交通发达地区可与大企业集团联手改建水泥粉磨站，进入大企业集团就解决了企业的生存和发展问题。上述两项条件不具备的立窑厂必须按照中国水泥协会立窑研究会公布的指标：至少尽快将规模发展到年产 30 万吨。也就是说，粉磨系统的技术改造优先考虑在单机 30 万吨规模的基础上。 
　　2 、节能降耗：不论是立窑厂还是回转窑厂，粉磨系统的节能降耗是永恒的主题。水泥生产中 70% 的电耗都用在了生料和水泥粉磨，任何粉磨新技术的研究和采用无不是围绕节能降耗而展开的。吨生料粉磨系统电耗 17kWh ；吨水泥粉磨系统电耗 30 kWh ，应是我们技术改造的指标。
　　3.保达标：尤其在粉尘排放上要达到或低于国家规定的排放标准。在磨机系统和烘干机系统达到国家的排放标准并不难，收尘机技术早已过关，只是资金投入问题。 
　　4 、提高自动化水平：只要粉磨系统的规模上去了，提高自动化水平也不难。关键是领导的意识、管理的水平、职工的素质。生产全线的集散自动控制是最终目标，至少生料和水泥粉磨系统的两个车间各自独立自动控制生产是能做到的。 
　　5 、解决烘干问题：创造条件上烘干机，对已有烘干机的尤其是回转式烘干机的，可以采用“快速沸腾式烘干机”技术进行改造，使烘干机单机产量提高 80% 。暂时条件不具备的厂可采用“烘干兼粉磨技术”进行技术改造。入磨前被烘干的物料水分至少应控制在 2% 以下。 
三、开流磨的技术改造 
　　开流高细高产磨技术主要用于水泥粉磨、非金属矿超细粉磨、无烟煤粉磨等。对原有的磨机改造时，应具备以下工况条件：
　　• 磨机直径可以从 1.5m至3.8 m ，磨机长径比至少 >2.5；• 入磨物料综合水分 <2% ；• 入磨物料粒度、研磨体装载量、磨机运行等正常稳定； • 磨机通风状况良好，收尘和计量设备完好。 
（一）、改造的主要内容
　　1 、衬板：段仓安装活化衬板，有效地消除了“滞留带”，激发和强化了研磨体的运动。 
　　2 、隔仓板：尾仓更换带内筛分装置的隔仓板，严格控制进入尾仓的小颗粒，使前仓的钢球和尾仓的小段各自最大限度地发挥破碎和研磨作用。 
　　3 、研磨体：采用微型研磨体强化尾仓的研磨能力。 直径 8～12 mm的小段，单位质量的个数是普通钢段的20倍,总表面积是普通钢段的2.5倍。研磨效率与研磨体的表面积的0.5～0.7次方成正比。小段的应用起到了提高产量、增加产品比表面积、改善微粉颗粒组成的至关重要的作用。
　　4 、料段分离装置：对于微型研磨体，有必要设计一个让细粉顺利出磨，同时微型研磨体不致跑出磨外的出料篦板装置。 
　　5 、合理的工艺参数设置：改造后的高细高产磨，其工艺参数应根据生产的水泥品种、熟料的易磨性、混合材的品种和掺入比例、磨机规格的大小，来设置磨机的仓位、研磨体的级配和细度的控制。 
（二）、改造的指标
　　• 增产 20 ～ 35% ； 节电 17～25%。 • 水泥比表面积可达 300～350m 2 /kg。 • 研磨体消耗降低 25%以上。
（三）、改造效果
　　表 1 磨机改造前/后主要技术指标对比表 

四、闭路磨的技术改造
　　选粉机的功能是通过将出磨物料中达到一定粒径的颗粒及时选出，减少磨内过粉磨量，从而达到提高磨机粉磨系统效率。但选粉机本身并不产生细粉，选粉机的改造应与磨机改造结合起来进行。当然，一般说来，选粉机的效率高，系统产量也高。这里有一点需要说明，随着磨机规格的增大， 采用闭路粉磨是水泥粉磨工艺的必然趋势。
　　以日本小野田的 O-Sepa选粉机为代表的涡流式选粉机，是一种分级效率高达80%以上的高效选粉机。引进该技术生产的国内有两家，他们是上海新建和山东建机。国产同类技术的最早是以合肥院的HES和DS高效选粉机为代表。近几年，成都利君等公司也陆续推出类似的选粉机。国外主要有德国的Sepol型、SKS型、丹麦的Sepax型、美国的SD型、法国的TSV高效动态选粉机。这些选粉机的分散、分级及收集机理非常明确，尤其分级机理与离心式和旋风式相比有突破性的改变，选粉机的各环节均达到了相当高的水平，因而整体的选粉效率很高，是一种极具优势的分级设备。
　　与离心式或旋风式的选粉机相比，涡流高效选粉机可提高磨机产量 15～40%；节电10～20%；体积小、重量轻、布置灵活；产品可在300～600m 2 /kg任意调节；系统负压操作，无粉尘污染。不足之处是一次性投资较大，但根据已改造后的诸多实例统计，一般投资回收率在一年半之内。
　　立窑厂的闭路磨改造或新建时应直接采用这种第三代涡流高效选粉机。一种新的方式就是将高细高产磨和带涡流选粉机的技术有机组合的研究正在试验中。其目的既提高磨机产量，又改善水泥质量。
五、新建或改造生料磨系统的方案选择 
　　生料粉磨的环节是为窑的煅烧提供合格的原料，除了稳定的化学成分之外，均齐的生料粉颗粒也为煅烧过程提供了良好的条件，从而影响到水泥熟料的质量。生料生产的通常控制以 0.08mm 和 0.2mm 筛余为指标，当 0.2mm 筛余小于 1.0% 或 1.5% 时， 0.08mm 筛余可放宽到 10 ～ 16% 。所以，生料粉磨系统的改造必须围绕着如何提高 0.08mm 和 0.2mm 为切割粒经的粉磨效果。
　　闭路磨方案：采用涡流式高效选粉机作为闭路磨设计和改造的方案选择已是不争的共识。它选粉时的高效率，产品细度调节的自动化，极少的维修量为用户带来诸多方便之处。尤其是产生的颗粒均齐的生料粉为生料磨方案的首选。
　　立式磨方案：立式磨是融粉磨和选粉为一体的先进的粉磨设备。国外新建水泥厂几乎 90% 都是采用立式磨技术。立式磨技术经 20 年的不断改进和实践，已开始大有逐渐取代球磨机的之势。与球磨机系统相比，它的电耗节省 20 ～ 30% ；通风和烘干能力强；入磨粒度可达 60 ～ 80mm ，从投资上可减少一级破碎；噪音小，声强在 80dB 以下；金属磨耗小，磨辊和磨盘的使用寿命可达 8000 小时以上。国外最大规格的立式磨生料粉磨能力已达 400t/h ，系统装机功率 6800Kwh 。因此，尤其对于新建生料磨系统应优先考虑采用立式磨方案。
　　辊压机方案：利用老磨机前加辊压机系统的方案在国内已有许多示例，生料粉磨系统的产量几乎翻一番，系统电耗在 17kWh/t 以下。对于生料粉磨系统最佳的方案是挤压半终粉磨系统，并采用带涡流的高效选粉机闭路流程。 

兖州矿务局水泥厂 1#窑生料磨挤压半终粉磨工艺流程图 
兖州矿务局水泥厂 1#窑生料磨技改，是利用一台Φ2.2×6.5m老磨机上加DS750高效组合选粉机，磨机前加辊压机的半终粉磨工艺流程（图1）。改造后标定R 0。08 =6.5%，产量46t/h，系统电耗16.1kWh/t。山东水泥厂也在Φ2.4×10m中卸烘干磨上使用了同样的技术方案，台时产量达65t，电耗16.23kWh/t。

六、新建或改造水泥磨系统的方案选择
　　水泥粉磨系统对最终产品质量的生产控制指标是细度和比表面积，而在新标准执行后，还要考虑到微粉的颗粒级配，既— 30 微米的含量。目前，立窑厂按新标准要求生产时普遍出现水泥磨产量下降，这就要求我们改变以下传统的工艺选型思路——大一个规格选磨机。而在方案的选择上，各厂的规模、工况不同，方案的选择也应有所区别。
　　1 、开流磨系统：由于立窑厂多数球磨机规格较小，对于Φ 3.2m 以下的磨机采用高细磨技术在国内已相当成熟。带磨内筛分装置的高细磨国内已有 300 多台在运行。开流高细磨方案的选择尤其适合立窑厂的熟料粉磨，它的产品中微粉量高，在筛余细度 4% 以下，比表面积 340m 2 /kg 时有利于克服熟料早期强度不高。其次，开流磨流程简单、投资小、便于管理。在增产节能方面，同规格磨机相比可增产 25% 以上，系统电耗降低至少 20% 以上。尤其对掺矿渣混合材量较高时，高细磨的选用似乎比闭路磨更易于控制质量。 
　　2 、闭路磨系统：在熟料温度偏高，水泥品种经常更换、已有磨机长径比较小的水泥磨系统，宜选用带涡流式的高效选粉机。选粉机的外进风可将入选粉机的粗粉进行冷却，转子的无级调速便于品种的更换。闭路磨系统操作的好坏，主要是系统工艺参数的设计是否合理。
　　3 、辊压机 + 球磨机系统：在一次性投资许可的情况下，上辊压机 + 球磨机系统可同时满足以上两种情况，并可大幅度提高系统产量，降低系统电耗。经辊压机挤压后的熟料料饼，通过打散分级机后产生的细粉均在 2mm 以下，而且微粉中已有 20~30% 的成品。带辊压机的水泥粉磨系统一般比原来系统至少可增产 50% 以上，系统电耗在 30kWh/t 。 选择辊压机后，磨机的规格可以降低。也可以用一台辊压机同时带多台球磨机。由于挤压后的物料不同与破碎机破碎的物料，在球磨机的工艺参数设计上要有所区别。 

七、结束语 
　　今天的立窑厂的粉磨系统技术改造，正处在市场竞争激烈，新标准贯彻执行，“上大改小”的政策引导，环保和绿色工业要求日益加强的背景之下，无论是为了生存或发展，立窑厂对粉磨系统的技术改造都显得尤为迫切和重要。
　　由于粉磨生料和粉磨水泥的生产控制指标有所不同，因此，在生料磨系统方案的选择上应优先考虑闭路磨；在水泥粉磨系统方案的选择上要考虑如何尽可能获得较多的微细粉。又由于各厂的工况不同，在方案选择前应摸清被粉磨的原料的性能，多方案比较，按合理、高效、经济的原则选择不同的粉磨系统。
　　要转变观念，技术改造不是修修补补、填平补齐，要从技术进步、节能降耗的目标出发，尽可能选择最先进的技术和装备，一次改造到位。有最好的投资回报率是技术改造成功的标志。技术改造除了取得经济效益之外，也可以促进企业管理水平的提高，更体现了企业领导的意识和水平。