辊压机水泥粉磨技术的研究及应用

辊压机水泥粉磨技术的研究及应用2007-1-11作者:作者：于波陈涛刘建李鹏斌单位：成都建筑材料工业设计研究院有限公司摘要辊压机料床粉磨技术是一项先进而成熟的粉磨技术；在辊压机的各种粉磨流程中，由V型静态选粉机和辊压机组成的联合粉磨系统尤其具有优质、高产、低消耗等综合优势。CDG辊压机和静态选粉机的运用实践证实了这个结论。关键词辊压机联合粉磨系统增产节能O概述水泥工业是国民经济的基础原材料产业，同时也是高能源消耗型产业。水泥生产过程中，每生产1T水泥的综合电耗约为105～115kWh左右(领先国家可降低到85kWh)，而其中水泥粉磨电耗就占了总电耗的1／3左右，因此优质高产、节能降耗一直是水泥粉磨技术研发的重要课题，尤其是20世纪60年代末的世界能源危机更加凸显出这一课题的紧迫性和实用性。节能一直是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。为推动全社会开展节能降耗工作，缓解能源瓶颈制约，建设节能型社会，促进经济社会的可持续发展，2003年国家发改委制定颁布了《节能中长期专向规划》，该规划将水泥生产行业列为节能重点对象，并明确提出了节能指标和节能措施，其中一条措施就是积极推广节能粉磨设备。球磨机作为一种传统的粉磨设备，其开流和闭路粉磨流程因操作简便、适应性强等特点，一直在水泥粉磨生产中占据着主要地位。但这种基于概率破碎原理的粉磨设备，能量利用率很低(仅3％～5％)，大部分能量被碰撞发热、噪音所消耗，真正用于粉磨作功的能量很少。随着粉磨工艺的不断改善和发展，“以破代磨”、“多破少磨”的理念已逐步为人们接受，以其他能量利用率较高(30％以上)的粉磨设备来代替球磨机一仓的细碎、粗磨工作，让球磨机充分施展以研磨为主的细磨作用，对于粉磨工艺的节能高产具有十分重要的意义。辊压机就是这样一种能量利用率很高的粉磨设备，这一高效节能设备的出现使得水泥粉磨技术在优质、高产、低消耗方面向前大大迈进了一步。辊压机应用于水泥工业始于20世纪80年代，1985年德国KHD公司和Polysius公司分别将其生产的辊压机产品投放市场，并在随后lO年的第一期工业实践中，取得了折合装机功率数十万千瓦的巨大销售业绩，但推广的势头终因轴承和挤压工作面耐磨性等机械问题受到了抑制。经1995～2000年期间的努力开发，在很大程度上解决了这些问题。相对于技术领先国家，我国在辊压机设备研制和辊压机粉磨技术方面的研究起步稍晚。在设备投产之初，也同样遇到了磨损大、振动频繁等机械和工艺问题。进入21世纪以来，大量的工程实践和不断的设计改进使得这一先进的粉磨技术和装备日趋成熟和完善，目前国产辊压机及其粉磨工艺已得到极为广泛的应用，并在生产实践中取得了良好的节能增产效果。1节能原理辊压机粉磨工艺的高效节能效果是由辊压机设备本身、选用的系统流程以及与系统流程相匹配的分选设备来共同实现的。辊压机是根据料床粉磨原理设计而成的，高压负荷通过双辊直接作用于被粉磨的物料层，物料在高压下相互挤压、磨剥，使颗粒内部产生足够大的内应力而导致裂纹，以达到粉碎目的。由于粉碎所需的能量直接作用于物料颗粒，故辊压机的能量利用率相当高，具有显著的节能效果。同时辊压后的物料粒度大幅度减小，易磨性明显改善，还有不少成品产生。根据物料粉碎原理：采用小粉碎比、分段逐步完成的粉碎过程，比采用大粉碎比、一次完成的粉磨过程更节能。这是由于大粉碎比一方面要求更高的供能水平，另一方面将增加过粉碎和小颗粒的缓冲，降低能量利用率。由辊压机和球磨机组成的各种粉磨流程如预粉磨(图1)、混合粉磨(图2)、联合粉磨(图3)、半终粉磨(图4)等多种工艺，正是充分利用了这一粉碎原理，同时由于这些粉磨流程在利用辊压机设备本身节能优势的程度上不尽相同(分别采用边料循环、粗粉循环和粗料循环等物料循环方式)，所取得的节能效果也各不相同，但总的来说都使得整个粉磨系统的单位电耗明显下降，生产能力大幅度提高。高效节能的分选设备是保证系统优质高产的另一个重要环节，选粉设备只有与系统工艺达到最佳匹配，才能取得良好的节能增产效果，因此针对不同的粉磨流程应分别选用不同性能的分选设备，以充分满足系统要求。对于用途相同、特性不同的分选设备由于其工作机理和设备结构等性能方面的差异，即使对于相同的粉磨流程也会给系统带来不同的增产节能效果。因此高效分选设备的设计开发和选择应用，对于整个水泥粉磨系统的节能降耗、优质高产都具有非常重要的作用。2流程选择辊压机自问世以来，机械装备和粉磨工艺日臻发展和完善，辊压机粉磨工艺也由早期的预粉磨流程发展到目前的混合粉磨、联合粉磨、半终粉磨等多种工艺流程。这些粉磨系统在增产节能方面各有优势和不足，下面我们以φ4．2m磨机为例，以磨机与高效O-Sepa选粉机组成的一级闭路粉磨系统为基础，分别对预粉磨(图1)、联合粉磨(图3)和半终粉磨流程(图4)的增产节能效果进行比较(表1)。在前面提到的多种粉磨流程中，由于混合粉磨系统(图2)控制回路较长、调整缓陧，且辊压机在系统中所担负的粉磨任务与预粉磨系统相比没有多大差别，增产节能效果不明显，而工艺流程却比预粉磨系统复杂，在实际生产中虽然采用此流程的不少，但真正按混合粉磨工艺运行的却很少，因此在系统比较中未对该流程进行描述。辊压机沿辊宽方向的压力分布曲线近似抛物线形或呈三角形(图5)，意味着物料通过辊压机时有些部分压力不足，有些部分受压较好，而有些部分又超压浪费。预粉磨流程就是利用辊压机的这一设备特性，在辊压机出料口设置一个切割溜子，将压辊两端受压不足的物料切割出来，返回辊压机再次辊压，而将中部受压较好的物料喂入后续磨机。从表1的效果比较中我们可以看到，这种采用边料循环方式的粉磨流程可以取得系统能力增加近一半、主机电耗降低14％的良好效果，虽然与联合粉磨和半终粉磨流程相比还存在一定差距，但相对于传统的球磨机一级闭路粉磨工艺来说，有辊压机参与粉磨工作的预粉磨流程在节能增产方面已取得了重大飞跃性突破。另外，从图5压力分布图上我们可以比较清楚地看到，宽辊比窄辊具有更好的压力分布曲线，意味着粗颗粒少且总的能耗低，因此在采用预粉磨流程时，选用小辊径、大辊宽搭配方式的辊压机相对而言具有更好的粉磨效果，可以使喂入后续磨机的颗粒尽量均匀，更有利于球磨机的配球。联合粉磨流程则比较充分地利用了辊压机的节能优势(即辊压后的物料粒度减小)，由打散分选设备与辊压机组成的粗料循环闭路系统，可将辊压后产生的较细颗粒选出，从而大大改善后续磨机的粉磨状况，提高整个系统的粉磨效率，其增产幅度可达到87％以上；同时也避免了较细颗粒混杂在循环料中，导致辊压机和磨机做无用功而造成的能源浪费，系统主机节能幅度近26％。由于打散分选设备与辊压机组成的粗料循环系统，已有效地克服了压辊两端物料未被充分挤压以及边缘漏料所产生的“边料效应”，因此采用联合粉磨流程时，宜选用大辊径小辊宽搭配方式的辊压机，因为这种搭配方式的辊压机对物料的啮人性能好，能适应较大颗粒的物料，保证料床粉磨的稳定性；同时，物料受挤压的时间相对较长，轴与轴承的承载能力提高，安全运转率和使用寿命都会相应延长。相对于联合粉磨流程，同样采用粗料循环方式的半终粉磨也充分地利用了辊压机的节能优势(即辊压后的物料中已含有不少成品)，将辊压后已产生的成品细粉先行选出，避免细粉混杂在循环料中，导致磨内过粉磨现象，从而有效地提高系统产量。但这种粉磨流程对后续高效选粉机要求较高，设备规格较大，导致收尘器、废气风机等设备规格同步加大，否则系统能力就会降低。这对系统设备投资和系统电耗都带来较大压力，也在一定程度上限制了该流程的大量应用。从表l的流程比较中我们可以看到，相对球磨机一级闭路粉磨工艺，联合粉磨和半终粉磨流程具有明显的系统优势，虽然半终粉磨在系统增产方面具有更好的效果，但其节能幅度却略低于联合粉磨，且设备选型时受到一定限制，因此在实际工程设计中，联合粉磨流程得到了更加广泛的应用。尤其在生产改造项目中，由于受到原有设备能力限制(尤其是原有选粉机的能力不足)，选用半终粉磨流程局限性较大，而预粉磨、联合粉磨流程则具有较大的可行性，这其中又以联合粉磨流程更能取得良好的节能增产效果。综上所述，笔者认为无论在节能增产效果还是在设备选型规格上，联合粉磨流程都具有更完善的综合优势，值得在以后的工程设计和生产改造中大力推广和应用。3配套设备随着辊压机粉磨技术的日臻完善，尤其是联合粉磨流程的不断发展，与此相匹配的适用于辊压料饼的打散分选设备也得到了逐步开发和应用，这其中包括了德国KHD公司的SKS系列选粉机和V型静态选粉机、丹麦FLs公司的Sepax两级串联式选粉机等多种形式。目前在国内采用比较广泛的打散分选设备主要有：打散分级机和V型静态选粉机。打散分级机的核心部件是打散盘，主要驱动装置包括打散电机、分选电机以及润滑电机、冷却电机等。由于新喂入的物料粒度较大，辊压后的物料中也含有较大的粗颗粒，对设备磨损比较严重，导致打散盘锤头一、两个月就需更换一次，运转率低，运行成本高，检修不方便，影响整个系统的运行。在实际运行效果上，打散分级机分选效率低，导致辊压机循环料中细粉含量多而入磨物料又含有大颗粒物料，容易引起辊压机的振动和偏辊现象，不利于辊压机的长期平稳运转，且造成系统的能量浪费。对于较大规模的粉磨系统，打散分级机在单机能力上受限较大，因为能力增大，导致打散盘和主轴直径增大，而直径越大，则越难以保证打散盘的平稳和设备的稳定运行。V型静态选粉机根据静态两项流折流原理设计而成，分级过程是气体在作90。折向流动过程中进行的，设备压损较小，所需空气量少，料气比可达到4～5KG/M3。该设备的主要特点为：(1)结构简单，无运动部件，也无需任何动力，不需配置诸如润滑、冷却等传统辅助设备，大大降低了维修工作量。(2)对辊压后的物料和新喂入的物料适应性强，打散能力强，分选效率高，可以将物料中一定粒度的细粉有效选出，大大提高系统粉磨能力，降低粉磨能耗，同时十分有利于辊压机的操作和运行。(3)半成品粒度调节灵活。通过对通风量调节，可以灵活调节半成品粒度。(4)V型静态选粉机基本不受规格限制，而且无论规格大小，设备运转都相当平稳，具有非常好的实用性。选粉设备只有与系统工艺达到最佳匹配，才能取得良好的节能增产效果。通过大量的工程设计和生产实践，我们发现由V型静态选粉机和辊压机组成的联合粉磨系统具有非常好的节能增产效果。4应用实例浙江江山协力水泥公司水泥粉磨站采用成都院的CDG辊压机与静态选粉机加开流管磨机组成的联合粉磨系统，主机设备配置及规格性能见表2。系统投产后能力达到60～65讹，成品细度(80um方孔筛筛佘)‘≤2．2％，比表面积4800～5500cm2/G，系统粉磨电耗低于28．OkWh／t，真正达到了优质、高产、低消耗的设计目的，尤其是系统产量创同类厂家之最。云南壮山水泥公司原有1套φ3．4m×11m管磨机与O-Sepa选粉机组成的一级闭路粉磨系统，系统能力40～44T/H，粉磨电耗约36～37：kWh／t。采用成都院的CDG辊压机与静态选粉机组成的联合粉磨系统对其进行改造后，综合年产42．5级普通硅酸盐水泥由原来的30万t增加到55万t，水泥成品平均比表面积3720cm2/G，平均细度(80um方孔筛筛余)1．7％，其中小于45um的颗粒含量超过90％，水泥成品颗粒级配相当优化，粉磨系统平均综合电耗28．34kWh／t，系统增产节能效果非常明显。从以上应用实例我们可以看到，辊压机粉磨技术尤其是由V型静态选粉机和辊压机组成的联合粉磨工艺，无论是在工程设计还是在生产改造方面，都充分体现了优质、高产、低消耗的先进设计理念。壮山公司水泥粉磨系统改造后水泥年产量由原来的30万t增加到55万t，系统电耗由36～37kWh／t(以35．5kWh／t计)降低到低j=28．5kWh／t(以28．5kWh／t计)，改造前后每生产lt水泥即可节省7度电，以每度电0．5元、年产水泥55万计，一年便可节电385万度，节约电费190多万元，增产节能效果非常明显。目前我国煤、电紧张状况有目共睹，仅以2004年为例，水泥行业就饱受