綜合可調(diào)型節(jié)能粉磨工藝的研發(fā)與應(yīng)用

1、水泥粉磨工藝的分析1.1預(yù)粉磨工藝和聯(lián)合粉磨工藝20世紀(jì)90年代中期，輥壓機(jī)由于其粉碎效率高、節(jié)能高效等特點(diǎn)，迅速得到國內(nèi)水泥粉磨市場的認(rèn)可并逐漸大范圍投入使用。當(dāng)時，由于輥壓機(jī)的規(guī)格受限，水泥粉磨系統(tǒng)的主導(dǎo)工藝流程是：預(yù)粉磨工藝、聯(lián)合粉磨工藝。預(yù)粉磨工藝：調(diào)配好的水泥原料經(jīng)輥壓機(jī)擠壓后，物料粒度及易磨性改變，隨后被送到球磨機(jī)繼續(xù)粉磨至水泥成品。該粉磨工藝的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備臺數(shù)少，流程簡單。但受制于輥壓機(jī)固有的邊緣漏料的特點(diǎn)，入球磨機(jī)的物料中還有部分的物料是沒有經(jīng)過擠壓的，且所有的物料均只能得到一次擠壓的機(jī)會，易磨性改善的幅度有限，從而無法為后續(xù)球磨機(jī)創(chuàng)造良好的粉磨條件，造成增產(chǎn)和降耗的幅度有限。同時輥壓機(jī)系統(tǒng)由于沒有循環(huán)料的填充，輥壓機(jī)受原料粒度的影響大，運(yùn)行不穩(wěn)定，故障率相對較高。聯(lián)合粉磨工藝：在輥壓機(jī)后面加了一套分選裝置形成輥壓機(jī)閉路系統(tǒng)。調(diào)配好的水泥原料經(jīng)輥壓機(jī)擠壓后，物料粒度及易磨性改變，隨后被送到選粉設(shè)備中按需要選出半成品入球磨機(jī)繼續(xù)粉磨至水泥成品，不符合入磨要求的物料返回輥壓機(jī)系統(tǒng)重新受到擠壓破碎直至合格后被選出入磨為止。聯(lián)合粉磨工藝很好地解決了入磨物料粒度及易磨性不穩(wěn)定和波動大的問題，而且由于工藝的改進(jìn)，對輥壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行又產(chǎn)生了很好的促進(jìn)作用。按當(dāng)時輥壓機(jī)規(guī)格與球磨機(jī)規(guī)格的狀況，系統(tǒng)配置中輥壓機(jī)與球磨機(jī)的裝機(jī)功率比基本在0.3~0.7（見表1）。1.2聯(lián)合粉磨工藝和半終粉磨工藝步入2000年以后，隨著輥壓機(jī)裝備的快速大型化，可供球磨機(jī)配套的輥壓機(jī)規(guī)格越來越齊全，按當(dāng)今輥壓機(jī)規(guī)格與球磨機(jī)規(guī)格的現(xiàn)狀，系統(tǒng)配置中輥壓機(jī)與球磨機(jī)的裝機(jī)功率比在0.8~2.0（見表2）。所以，根據(jù)用戶需求的不同，方案的選擇面也越來越廣，在這種情況下，預(yù)粉磨工藝由于其增產(chǎn)降耗的幅度有限，慢慢被淘汰，從而漸漸形成兩種粉磨工藝，一種為聯(lián)合粉磨工藝（見圖1），另一種為半終粉磨工藝（見圖2），同時也衍生出聯(lián)合與半終粉磨工藝并存的工藝。表1初始階段輥壓機(jī)與球磨機(jī)配置對比表2目前輥壓機(jī)與球磨機(jī)配置對比上述兩種工藝均有各自的特點(diǎn)。在同等合理配置前提下，聯(lián)合粉磨工藝以水泥性能佳、能耗略高為特點(diǎn)，半終粉磨工藝以臺時產(chǎn)量略高、電耗低、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量高、顆粒分布不合理為特點(diǎn)。至于后期衍生出的兩種并存的粉磨工藝，由于其系統(tǒng)有一定的局限性，切換手段有限，操作性還有待提高，故最終在實(shí)際使用過程中，也還是按一種工藝生產(chǎn)，基本失去了兩種工藝并存的優(yōu)勢和功能。圖1聯(lián)合粉磨工藝輥壓機(jī)系統(tǒng)流程圖2半終粉磨工藝輥壓機(jī)系統(tǒng)流程2、粉磨工藝存在的問題及研發(fā)背景前面所述目前市場上的兩種粉磨工藝，在發(fā)揮優(yōu)勢的同時，也存在一些共性的問題。（1）V型選粉機(jī)與下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)之間共用風(fēng)道，為了滿足不同的切割分選粒徑的要求，兩種分選設(shè)備勢必就存在用風(fēng)量不匹配的問題，造成系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)上的困難。生產(chǎn)中，為了優(yōu)先保證某一工藝設(shè)備的用風(fēng)參數(shù)，勢必就會錯過另一工藝設(shè)備的最佳工況點(diǎn)，從而帶來系統(tǒng)指標(biāo)上的不完善。以HFCG180-160輥壓機(jī)配套HFV5000型V型選粉機(jī)、HFX-M5000型下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)、Ф3.8m×13m開路球磨機(jī)為例：①當(dāng)采用聯(lián)合粉磨工藝生產(chǎn)時，假定臺時產(chǎn)量250t/h，為提高V型選粉機(jī)的分選效率，保證入選粉機(jī)有足夠的物料參與選粉，操作中勢必會提高V型選粉機(jī)的用風(fēng)量（~30萬m3/h），保證有足夠多的物料（~350t/h）被風(fēng)力提升到下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)。而下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)由于受磨機(jī)產(chǎn)量（~250t/h）的平衡，只需要按需要的風(fēng)量（~25萬m3/h）供其選粉即可，這樣就造成了V型選粉機(jī)用風(fēng)和下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)用風(fēng)的不平衡。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，優(yōu)先保障V型選粉機(jī)用風(fēng)，就會造成下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)處在非最佳工況點(diǎn)（大風(fēng)量、高轉(zhuǎn)速）運(yùn)行，同時V型選粉機(jī)與選粉機(jī)共用風(fēng)道由循環(huán)風(fēng)機(jī)拉風(fēng)，也增加了風(fēng)機(jī)的阻力。②當(dāng)采用半終粉磨工藝生產(chǎn)時，假定臺時產(chǎn)量285t/h，其中半終粉磨工藝60t/h，球磨機(jī)臺時產(chǎn)量225t/h。同樣為提高V型選粉機(jī)的分選效率，保證入選粉機(jī)有足夠的物料（~350t/h）參與選粉，操作中勢必會提高V型選粉機(jī)的用風(fēng)量（~30萬m3/h），保證有足夠多的物料被風(fēng)力提升到下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)。而下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)由于受半終粉磨工藝質(zhì)量、細(xì)度、產(chǎn)量（60t/h）的制約，只需要按需要的風(fēng)量（理論上只需要~10萬m3/h）供其選粉即可，這樣也就造成了V型選粉機(jī)用風(fēng)（~30萬m3/h）和下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)用風(fēng)（~10萬m3/h）的極不平衡，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，優(yōu)先保障V型選粉機(jī)用風(fēng)（~30萬m3/h），就會造成下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)處在非最佳工況點(diǎn)（大風(fēng)量、高轉(zhuǎn)速）運(yùn)行，同時V型選粉機(jī)與選粉機(jī)共用風(fēng)道由循環(huán)風(fēng)機(jī)拉風(fēng)，選粉機(jī)的粗粉量也因?yàn)檠h(huán)風(fēng)機(jī)用風(fēng)的限制而不可控，造成了入磨物料的不可控，同樣也增加了風(fēng)機(jī)的阻力。（2）工藝設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性太強(qiáng)，變動一個參數(shù)，可能會帶來很多參數(shù)的關(guān)聯(lián)變化。且如果下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)及后續(xù)設(shè)備出現(xiàn)故障，則粉磨系統(tǒng)必須全線停產(chǎn)。（3）對所生產(chǎn)的水泥品種的適應(yīng)性不強(qiáng)，當(dāng)同一生產(chǎn)線兼顧兩個以上不同品種水泥的生產(chǎn)時，由于兩種不同品種的原料特性及成品性能指標(biāo)要求的不同，所以受工藝配置主導(dǎo)性和優(yōu)先性的原則，工藝設(shè)計(jì)時只能保證生產(chǎn)主導(dǎo)產(chǎn)品時的相對合理工況，非主導(dǎo)產(chǎn)品只能作為能夠兼顧生產(chǎn)的條件，但不能做到既兼顧生產(chǎn)又達(dá)到最佳工況。（4）不能很好地適應(yīng)原材料的變化。隨著資源越來越緊張，原材料（尤其是混合材）物性的變化已經(jīng)是常態(tài)化了，科學(xué)合理的粉磨工藝，應(yīng)該是能最大限度地適應(yīng)各種原材料變化。（5）設(shè)備的選型受限。在輥壓機(jī)系統(tǒng)中，由于V型選粉機(jī)與選粉機(jī)共用風(fēng)道，所以選粉機(jī)的選型規(guī)格、用風(fēng)量必須要與V型選粉機(jī)保持一致，而在實(shí)際操作中，選粉機(jī)規(guī)格是可以考慮與V型選粉機(jī)規(guī)格適當(dāng)拉開的，受上述兩種工藝方案的限制，造成選粉機(jī)選型受限。3、技術(shù)研發(fā)核心（1）將V型選粉機(jī)與下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)分別獨(dú)立出來，充分發(fā)揮在合理切割粒徑下各自的分選優(yōu)勢，互不干擾，這是研發(fā)綜合可調(diào)型節(jié)能水泥粉磨工藝的主要技術(shù)路線。具體做法：①取消傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的V型選粉機(jī)后面的下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)，改用O-Sepa型或組合型上進(jìn)料選粉機(jī)替代，這樣就能把V型選粉機(jī)與其后續(xù)分選系統(tǒng)相互獨(dú)立，V型選粉機(jī)的物料采用循環(huán)風(fēng)機(jī)分選，選粉機(jī)的物料獨(dú)立用風(fēng)機(jī)分選，V型選粉機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)與選粉機(jī)轉(zhuǎn)速及用風(fēng)量的調(diào)節(jié)均為各自獨(dú)立，互不干擾。操作上更加靈活，調(diào)節(jié)更有針對性，品質(zhì)控制更加精準(zhǔn)。且采用機(jī)械提升物料替代風(fēng)力提升物料，能耗上更加節(jié)約。通過選粉機(jī)粗細(xì)粉溜管的切換，即可輕松地實(shí)現(xiàn)半終粉磨工藝與聯(lián)合粉磨工藝之間的切換，可以根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)和原材料情況的要求，選用合適的粉磨工藝。②在輥壓機(jī)半成品選粉機(jī)的粗粉入磨處增加了粉體計(jì)量設(shè)備，當(dāng)采用半終粉磨工藝生產(chǎn)時，可以通過此計(jì)量設(shè)備，穩(wěn)定地為球磨機(jī)喂料，從而實(shí)現(xiàn)了球磨機(jī)穩(wěn)定喂料的條件。規(guī)避了傳統(tǒng)的半終粉磨工藝中，球磨機(jī)來料受輥壓機(jī)系統(tǒng)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等一系列因素的干擾。（2）同等配置的前提下，綜合可調(diào)型節(jié)能水泥粉磨工藝的總裝機(jī)功率不得高于目前常規(guī)的粉磨工藝，使用功率也要低于目前常規(guī)的粉磨工藝，這是研發(fā)綜合可調(diào)型節(jié)能水泥粉磨工藝的基本原則。同樣以HFCG180-160輥壓機(jī)配套Ф3.8m×13m開路球磨機(jī)為例，不同工藝主機(jī)設(shè)備對比見表3，工藝流程見圖3。表3傳統(tǒng)聯(lián)合及半終粉磨工藝與綜合可調(diào)型節(jié)能粉磨工藝主機(jī)對比圖3綜合可調(diào)型節(jié)能粉磨工藝輥壓機(jī)系統(tǒng)流程（3）在生產(chǎn)過程中，根據(jù)原材料及所生產(chǎn)的水泥品種的不同，系統(tǒng)能夠做到無縫切換，且調(diào)節(jié)方便，產(chǎn)品品質(zhì)可控，這是綜合可調(diào)型節(jié)能水泥粉磨工藝要求具備的基本功能。4、應(yīng)用實(shí)例及效果江西M公司4#水泥生產(chǎn)線由于水泥產(chǎn)能不足，需要利用已有的配料系統(tǒng)、水泥儲存系統(tǒng)及公輔設(shè)施，再新建一套水泥粉磨生產(chǎn)線。新建粉磨生產(chǎn)線要求半終粉磨工藝與聯(lián)合粉磨工藝都能實(shí)現(xiàn)，還要求每種粉磨工藝工況都是最佳狀態(tài)，且達(dá)到高效、節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)。按照目前的常規(guī)粉磨工藝，均難以達(dá)到M公司對新建粉磨線的要求。我公司在承接到該工程的設(shè)計(jì)及后期生產(chǎn)調(diào)試任務(wù)后，將“綜合可調(diào)型節(jié)能水泥粉磨工藝”應(yīng)用至此項(xiàng)目，工藝配置為HFCG160-140輥壓機(jī)+HFV4000V型選粉機(jī)+O-Sepa1500高效選粉機(jī)+Ф4.2m×13m開路球磨機(jī)，完全滿足了業(yè)主方對該項(xiàng)目的要求。4.1工藝流程M公司4#生產(chǎn)線綜合可調(diào)型節(jié)能粉磨工藝系統(tǒng)流程見圖4。圖4M公司綜合可調(diào)型節(jié)能粉磨工藝系統(tǒng)流程4.2主機(jī)設(shè)備M公司綜合可調(diào)型節(jié)能粉磨工藝主機(jī)設(shè)備配置見表4。表4M公司綜合可調(diào)型節(jié)能粉磨工藝主機(jī)設(shè)備配置4.3使用效果該項(xiàng)目總投資約4?500萬元，于2018年10月正式投產(chǎn)。自生產(chǎn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)節(jié)方便快捷，工序點(diǎn)控制精準(zhǔn)，系統(tǒng)對原材料的變化及水泥品種調(diào)整的適應(yīng)能力強(qiáng)，水泥性能質(zhì)量穩(wěn)定，以P·O42.5級水泥為基準(zhǔn)，平均比表面積345m2/kg，R0.08細(xì)度1.8%，R0.045細(xì)度13%，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量25%，水泥溫度86℃，臺時產(chǎn)量220t/h，工序電耗26.7kWh/t，指標(biāo)明顯優(yōu)于公司其他3臺水泥磨，與集團(tuán)同類型的水泥粉磨系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在臺時產(chǎn)量、電耗、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量及水泥溫度等指標(biāo)上圴處于領(lǐng)先水平，且操作員工反饋，該系統(tǒng)操作非常方便，取得了令人滿意的效果。5、總結(jié)綜合可調(diào)型節(jié)能水泥粉磨工藝具有以下技術(shù)特點(diǎn)和社會效益：（1）將輥壓機(jī)系統(tǒng)中的兩臺分選設(shè)備（V型選粉機(jī)及下進(jìn)風(fēng)式選粉機(jī)）分別獨(dú)立出來，充分發(fā)揮各自設(shè)備在合理切割粒徑下的分選優(yōu)勢，調(diào)節(jié)方便，指向精準(zhǔn)，同時可以實(shí)現(xiàn)按需選粉，不造成工藝設(shè)備能耗上的浪費(fèi)，節(jié)能低碳。（2）將輥壓機(jī)系統(tǒng)中的兩臺分選設(shè)備分別獨(dú)立出來，通過管道的銜接切換，實(shí)現(xiàn)各種粉磨工藝并存且各種粉磨工藝均能實(shí)現(xiàn)高效率工況的運(yùn)轉(zhuǎn)，極好地適應(yīng)了水泥廠原料的變化及成品水泥品種的變化，系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)。（3）在輥壓機(jī)系統(tǒng)的選粉機(jī)入磨處增加了計(jì)量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了球磨機(jī)穩(wěn)定喂料的同時，還不受系統(tǒng)其他控制點(diǎn)調(diào)節(jié)的影響。保證了球磨機(jī)效率的穩(wěn)定發(fā)揮。（4）節(jié)約能耗。采用了機(jī)械提升物料取代風(fēng)力提升物料、獨(dú)立了用風(fēng)量的調(diào)整、穩(wěn)定了磨機(jī)的喂料等一系列措施，將系統(tǒng)的效率發(fā)揮到最大，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時，提高了臺時產(chǎn)量等關(guān)鍵性指標(biāo)，節(jié)約了單位