三風機系統(tǒng)和兩風機生料粉磨系統(tǒng)的運行與設計
2007-08-22 00:00
1.引言
隨著生產(chǎn)工藝的不斷成熟和技術裝備水平的日漸提高，立式磨用于生料粉磨以其粉磨效率高、烘干能力強、節(jié)能環(huán)保、投資費用低等1諸多優(yōu)勢而受到了廣大業(yè)主和設計單位的青睞，在物料易磨性和磨蝕性允許的前提下，新、擴建的2500t/d及以上規(guī)模生產(chǎn)線的原料制備系統(tǒng)幾乎都采用了立式磨粉磨方案。傳統(tǒng)設計中，窯磨一體機的生料立式磨粉磨系統(tǒng)通常采用三風機系統(tǒng)，即利用高溫風機出口廢氣為原料烘干熱源，經(jīng)立式磨研磨至合格細度和水份的生料與廢氣首先經(jīng)細粉分離器分離，大部分廢氣由高壓循環(huán)風機送入收塵設備進行凈化處理，少部分廢氣通過循環(huán)風管返回磨內(nèi)。整個生料粉磨及廢氣處理系統(tǒng)包括高溫風機、循環(huán)風機及窯尾廢氣風機等三臺大型風機，故簡稱為三風機系統(tǒng)（見圖1）。近幾年，可能是出于節(jié)約投資的考慮，生料粉磨系統(tǒng)在設計上出現(xiàn)了省略了循環(huán)風機和細粉分離器的變化。這樣整個生料粉磨及廢氣處理系統(tǒng)只包括高溫風機和窯尾廢氣風機兩臺大型風機，因此又稱為兩風機系統(tǒng)。筆者曾做為設計人員和現(xiàn)場調(diào)試人員先后參與過幾條包括以上兩種設計形式生產(chǎn)線的設計與調(diào)試工作，其中SZDW與HNLT兩家工廠使用的磨機都是國產(chǎn)的MLS3626型立式輥磨機，其它設備的選型也大同小異，并分別屬于不同形式的工藝系統(tǒng)，因此這兩家工廠的工藝狀況和運行效果存在較大的可比性。以此為例，對三風機生料粉磨系統(tǒng)和兩風機生料粉磨系統(tǒng)的經(jīng)濟技術指標進行一個簡單對比，供同仁們參考。
2.兩種系統(tǒng)的工藝流程及裝備
SZDW的三風機生料粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖1，設備選型見表1。
HNLT的兩風機系統(tǒng)工藝流程見圖2，設備選型見表1。
表1：兩家工廠的主要裝備
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序號 |
名稱 |
SZDW三風機系統(tǒng) |
HNLT雙風機系統(tǒng) | ||
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規(guī)格型號 |
處理能力 |
規(guī)格型號 |
處理能力 | ||
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5402 |
高溫風機 |
W6-2×29-6№30.5F |
45萬m3/h，全壓：-7.5kPa |
W6-2×30№30.5F |
45萬m3/h，全壓：-7.5kPa |
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5402M |
高溫風機電機 |
YRKK710-6，10kv,1400kW |
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YRKK710-6，10kv,1400kW |
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4102 |
立式磨 |
MLS3626 |
190t/h（磨損后期） |
MLS3626 |
185t/h（磨損后期） |
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4102M |
立式磨主電機 |
YRKK710-6,10kv,1800kW |
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YRKK710-6,10kv,2000kW |
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4103 |
細粉分離器 |
Ф4500 |
39萬m3/h |
無 |
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4112 |
循環(huán)風機 |
R6-2×29-1№29F |
39萬m3/h，全壓-10kPa |
無 |
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4112M |
循環(huán)風機電機 |
YRKK710-6,10kv,1600kW |
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無 |
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5404 |
靜電除塵器 |
EE171/3/1 |
48萬m3/h，
進口濃度≤100g/m3,
出口濃度≤80mg/m3，
操作壓力：-2.0kPa |
CDPK-E/160/4 |
46萬m3/h，
進口濃度≤960g/m3,
出口濃度≤50mg/m3，
操作壓力：≤-10.5kPa |
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5407 |
尾排風機 |
Y4-2×73№21F |
48萬m3/h，全壓：-1800Pa |
R6-2×30№30.5F |
原料磨開時：45萬m3/h，全壓：-11KPa
原料磨停時：43萬m3/h，全壓：-1.8KPa |
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5407M |
尾排風機電機 |
YRKK500-8，10KV，400Kw |
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YRKK1800-6，10KV，1800Kw |
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（*：立式磨主電機的裝機容量是由設備廠家在對入磨物料進行易磨性試驗和磨蝕性試驗后根據(jù)試驗結果做出的選型，與系統(tǒng)形式無關。）
3.兩套系統(tǒng)經(jīng)濟技術指標對比及評價
3.1投資構成對比，見表2。
表2：三風機系統(tǒng)與兩風機系統(tǒng)的投資對比
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項目 |
SZDW廠的三風機系統(tǒng) |
HNLT廠的兩風機系統(tǒng) |
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設備費用（%） |
100 |
102 |
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安裝費用（%） |
100 |
92 |
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土建費用（%） |
100 |
90 |
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投資總額（%） |
100 |
99 |
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占地面積（%） |
100 |
80 |
HNLT的兩風機系統(tǒng)省略了4103細粉分離器、4112循環(huán)風機，但對窯尾電收塵5404、尾排風機5407及其工藝連接管道提出了更高要求，特別是處理高濃度高負壓的靜電除塵器，目前國內(nèi)具備實際制造經(jīng)驗的廠家還只有兩三家，因此市場競爭很不充分，設備價格居高不下，同比相同收塵面積和處理能力的低粉塵低負荷的設備采購價格高出30%～40%，所以盡管省略了循環(huán)風機和細粉分離器及部分工藝管道，但設備的總費用（包括機械設備和電氣及自動化設備）比三風機系統(tǒng)還要略高，綜合安裝及土建費用，投資總額兩套系統(tǒng)基本持平。
兩風機系統(tǒng)的占地面積比三風機系統(tǒng)小20%，這對于那些場地有限的改擴建項目而言具有相當吸引力。
3.2系統(tǒng)運行費用比較及評價
系統(tǒng)運行費用主要體現(xiàn)在單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)品易損件消耗及其它檢修費用等幾個方面，其中單位產(chǎn)品易損件的消耗主要是磨機的輥皮及磨盤襯板的消耗，系統(tǒng)的設計形式不會給單位產(chǎn)品易損件消耗帶來直接影響，本文對此項不進行對比及評價。同時，根據(jù)筆者在DW及LT兩家工廠的經(jīng)驗，這兩種設計形式對系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量指標沒有直接影響，在保證操作合理的前提下，影響產(chǎn)質(zhì)量的關鍵在于入磨物料的易磨性、水份和顆粒組成等，因此以通常采用的根據(jù)系統(tǒng)臺時產(chǎn)量為基準來探討兩套系統(tǒng)在單位產(chǎn)品能耗方面的優(yōu)劣是不合理的。本文假定兩套系統(tǒng)臺時產(chǎn)量均為210t/h、窯投料量均為175t/h時并且磨機的裝機功率相等（理由如筆者在表1的說明中所述），以此探討兩套系統(tǒng)的單位產(chǎn)品功率消耗。
?。?）、當窯磨同時運行時：在上述假定前提下，每天運行時間為20h，三風機系統(tǒng)投入運行的裝機功率高于兩風機系統(tǒng)約220kW。
?。?）、當窯運行、磨機停車時：每天運行時間為4h，此時三風機系統(tǒng)相對兩風機系統(tǒng)可減少投入運行循環(huán)風機和細粉分離器等，同減少投入運行的裝機功率為1620kW。
綜合（1）、（2）兩點，三風機系統(tǒng)投入運行的裝機功率比兩風機系統(tǒng)低2080kW/d左右。磨機比窯喂料量高得越多，三風機系統(tǒng)的優(yōu)勢越明顯，反之磨機產(chǎn)量與窯喂料量越接近，兩套系統(tǒng)平均投入的裝機功率水平也越接近。當然，電機的實際功率消耗與投入運行的裝機功率是有差異的，通過以上比較分析至少還是能夠反映出兩風機系統(tǒng)相對于三風機系統(tǒng)而言在單位產(chǎn)品能耗方面并不存在明顯優(yōu)勢。DW廠和LT廠的生產(chǎn)實踐也證明了這一點，見表3。
表3：DW廠和LT廠生料的單位產(chǎn)品電耗對比
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DW2005年07月生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù) |
LT2006年09月上旬生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù) |
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臺時產(chǎn)量 |
215t/h |
209t/h |
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單位產(chǎn)品電耗 |
17.9kWh/t-生料 |
19.0kWh/t-生料 |
說明：兩家工廠的單位產(chǎn)品電耗中均包括石灰石破碎、原料配料站、原料粉磨及廢氣處理，不包括高溫風機及以前的設備。
經(jīng)分析，筆者認為表3中LT廠的單位產(chǎn)品電耗較高主要是因為其磨主電機較DW廠磨主電機功率大及臺產(chǎn)稍低所所致，系統(tǒng)形式所帶來的影響其實可以忽略。
LT廠的兩風機系統(tǒng)相對省略了兩臺大型設備（循環(huán)風機和細粉分離器）及部分工藝管道，如果系統(tǒng)運行可靠，從理論上來講減少了故障點，其檢修費用同比將低于DW廠的三風機系統(tǒng)。
3.3系統(tǒng)的操作與系統(tǒng)的安全性能
立式磨的正常操作難度低于傳統(tǒng)的風掃磨或中卸磨系統(tǒng)，從操作層面來講，立式磨用于生料粉磨的難點在于初次調(diào)試過程中運行參數(shù)的摸索過程，以筆者體會，立式磨的調(diào)試關鍵在于以下幾點：
?。?）、磨機本身的制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量是決定立式磨調(diào)試及管理難度大小的一個關鍵前提。
?。?）、要根據(jù)各個工廠的地質(zhì)結構的實際情況重視和做好磨機基礎的設計和施工工作。
?。?）、首次布料時料層宜偏厚，入磨物料粒徑以40～50mm居多為宜，系統(tǒng)風量宜偏上限控制，選粉機轉(zhuǎn)速宜偏小控制，喂料量控制在60～70%的范圍。以MLS3626磨機為例：首次布料厚度為120～140mm，喂料量在130～140t/h之間，磨機進口負壓控制在-500Pa左右，出口負壓控制在-7.5～-8.0kPa，選粉機轉(zhuǎn)速40%左右，研磨壓力約12MPa，有條件的話，磨機出口溫度最好控制在80℃以上。
在以上三點能夠保證的前提下，兩種系統(tǒng)的生料粉磨系統(tǒng)在操作層面不存在很大區(qū)別，相對而言，兩風機系統(tǒng)操作更簡便一點，而在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，筆者感覺，三風機系統(tǒng)相對更穩(wěn)定一些。
如前所述，在省略了循環(huán)風機后，兩風機系統(tǒng)對窯尾除塵設備、尾排風機和工藝管道都提出了更高要求，特別是窯尾除塵設備，需要對含塵濃度高達900g/Nm3的廢氣進行處理，同時還要承受甚至超過-10000Pa的壓力，其負荷之大是顯而易見的。在國內(nèi)已投入運行的兩風機系統(tǒng)中，不乏有窯尾收塵、匯風箱、工藝管道等工藝設備發(fā)生重大安全事故的例子，因此在系統(tǒng)安全性方面，兩風機系統(tǒng)還有進一步改進和提高的空間。如果窯尾除塵設備選擇阻力遠遠高于電收塵的袋式除塵器（兩者的壓損可相差1500～2000Pa，甚至更多），對廢氣處理系統(tǒng)將提出更高要求，到目前為止，尚未見到窯尾使用袋式除塵器的兩風機系統(tǒng)應于生產(chǎn)實踐的報道。操作方面，對于兩風機系統(tǒng)，一定要嚴格控制入磨負壓，否則可能對系統(tǒng)的安全運行帶來危害。
4.結論與建議
4.1在現(xiàn)有工藝及裝備水平條件下，從投資角度看，兩風機系統(tǒng)相對于三風機系統(tǒng)不具有明顯優(yōu)勢，但伴隨處理高濃度、高負壓的靜電除塵設備的進一步成熟，市場競爭更加充分，兩風機系統(tǒng)的建設費用存在一個較大的下降空間，未來將會相對三風機系統(tǒng)形成優(yōu)勢。
4.2從長遠的角度講，兩風機系統(tǒng)通過減少裝備數(shù)量來減少故障點，在設計上進一步成熟和關鍵設備的制造水平進一步提高后，其運行效率是可以優(yōu)于三風系統(tǒng)的。從節(jié)能角度考慮，筆者建議對兩風機系統(tǒng)中的窯尾排風機使用節(jié)能調(diào)速技術，以降低窯尾排風機的電能消耗，進而單位產(chǎn)品的電耗水平。
4.3兩風機系統(tǒng)的安全性是目前設計與建設過程中需要著重考慮的一個問題，兩風機系統(tǒng)在設備選型、工藝管道設計等方面還可以進一步優(yōu)化和規(guī)范。對于技術力量不是很強的新建廠而言，筆者目前不推薦采用兩風機系統(tǒng)。
4.4在除塵設備因環(huán)保原因必須采用袋式除塵器的地區(qū)，因為使用袋式除塵器后會進一步提高系統(tǒng)對窯尾排風機、除塵設備本身及工藝連接管道的要求，筆者不主張采用兩風機系統(tǒng)。
4.5為了在窯產(chǎn)量較低的時候仍然能夠滿足生料粉磨系統(tǒng)風量的平衡，對于類似于HNLT的兩風機系統(tǒng)筆者建議考慮增加一路從尾排風機出口至磨機進口的循環(huán)風管。
參考文獻：
1.劉小海等 東吳2500t/d熟料生產(chǎn)線的設計與調(diào)試，新世紀水泥導報，2005，05，P14
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