摘要：CZ公司水泥制成采用輥壓機+機械篩分+Ф4.2 m×13 m管磨機+O-Sepa選粉機水泥預(yù)粉磨閉路系統(tǒng)，改造時將1號磨Ф4.2 m×13 m（磨尾單風(fēng)機）改造為前置輥壓機（RP120-80）的水泥預(yù)粉磨工藝，并對O-Sepa選粉機及管磨機系統(tǒng)進行重點技術(shù)改造及優(yōu)化。改造后達到了增產(chǎn)與節(jié)電的效果。

  0 引 言

  CZ公司已投產(chǎn)的2×2500t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線，配置兩臺Ф4.2m×14m和一臺Ф4.2m×13m水泥管磨機，均為帶O-Sepa選粉機的一級閉路粉磨系統(tǒng)。為進一步節(jié)能降耗，將1號磨Ф4.2m×13m（磨尾單風(fēng)機）改造為前置輥壓機（RP120-80）的水泥預(yù)粉磨工藝。并對O-Sepa選粉機及管磨機系統(tǒng)進行重點技術(shù)改造及優(yōu)化，經(jīng)過一段時間運行與調(diào)整，達到了增產(chǎn)目標(biāo)，并取得了較好的節(jié)電效益。

  1 工藝流程與設(shè)備配置

  熟料、石膏及混合材按照一定比例配料，由皮帶輸送機、循環(huán)提升機經(jīng)除鐵器后進入輥壓機稱重倉?；旌衔锪嫌奢亯簷C擠壓，再經(jīng)循環(huán)提升機輸送至回轉(zhuǎn)篩（篩縫6 mm），機械篩分后粗大顆粒物料繼續(xù)送回穩(wěn)流稱重倉，細(xì)料通過下料溜槽喂入管磨機粉磨后由磨尾提升機送至O-Sepa高效水平渦流選粉機分選，成品隨氣流進入布袋收塵器收集，由空氣輸送斜槽、成品提升機送至水泥庫儲存，分離后的粗粉經(jīng)空氣輸送斜槽回到磨頭，進入磨內(nèi)重新粉磨。系統(tǒng)主、輔機設(shè)備配置見表1。

  2 輥壓機系統(tǒng)的優(yōu)化改造

  2.1 采用輥壓機預(yù)粉磨的特點

  目前我國2 000 t/d及以上的新型干法線或粉磨站，水泥制備多采用輥壓機（少數(shù)采用立磨）與管磨機組成的預(yù)粉磨或聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，這是因為輥壓機的粉磨效率為管磨機的4倍，系統(tǒng)有較大的增產(chǎn)、節(jié)電空間。采用輥壓機擠壓預(yù)粉磨后，物料發(fā)生以下變化：粒度減小，新生比表面積增大，經(jīng)高壓擠壓后的物料產(chǎn)生的微觀裂紋，顯著改善了其易磨性，邦德功指數(shù)降低15%～25%，后續(xù)管磨機破碎倉功能移至磨外，系統(tǒng)可增產(chǎn)30%～70%、節(jié)電10%～25%，能耗較原來顯著下降。輥壓機擠壓+機械篩分級機+管磨機+選粉機雙閉路粉磨系統(tǒng)的主要特點是：輥壓機擠壓后物料經(jīng)篩分分級，出篩細(xì)顆粒進入管磨機粉磨，粗顆粒返回稱重倉再循環(huán)擠壓，管磨機一倉功能由輥壓機與篩分分級系統(tǒng)承擔(dān)，可較普通閉路流程大幅度增產(chǎn)。

  2.2 CZ公司輥壓機應(yīng)用初期存在的問題

  在CZ公司輥壓機應(yīng)用初期（擠壓物料未經(jīng)分級入磨）過程中存在如下問題：

  （1）油缸壓力過低，試運行階段工作壓力為6.5 MPa左右，擠壓后的物料中細(xì)粉含量偏少，導(dǎo)致系統(tǒng)物料循環(huán)量大。

  （2）穩(wěn)流稱重倉下料不連續(xù)，輥壓機頻繁震動，動、定輥電流相差值過大，由于中控設(shè)置有連鎖（動、定輥電流相差≥5 A時設(shè)備自動停止工作），輥壓機經(jīng)常跳停。

  （3）由于擠壓后的入磨物料無分級，粒徑大小參差不齊，顆粒分布范圍較寬，使后續(xù)管磨機系統(tǒng)粉磨效率的提高受到一定限制。

  （4）壓力傳感器檢測誤差，壓力傳感器所測的壓力比實際壓力偏高，斜插板開度不敢提高，輥壓機電流較低，達不到額定電流的50%。

  2.3 改造措施

  （1）邀請輥壓機制造廠家專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場，對常用液壓部件和密封件進行處理后，將油缸壓力由6.5 MPa提高至 8 MPa左右。

  （2）穩(wěn)流稱重倉下料錐斗部位與水平面夾角由原來的45°放大至60°左右，以保證料流通暢，輥壓機運行穩(wěn)定。

  （3）校正壓力傳感器的檢測誤差，加強現(xiàn)場巡檢工作。由于油缸壓力的提高，輥壓機工作輥縫由原來的26 mm提高至30 mm，并調(diào)節(jié)斜插板位置。輥壓機的主電機運行電流能達到額定電流的60%～80%，輥壓機發(fā)揮出較好的擠壓功效，為后續(xù)管磨機增產(chǎn)、節(jié)電創(chuàng)造了有利條件。

  （4）加設(shè)回轉(zhuǎn)篩，保證管磨機入料粒度均勻，以實現(xiàn)磨內(nèi)合理配球，穩(wěn)定磨況。將原配置篩網(wǎng)孔徑由8 mm換成6 mm，篩析后小于6 mm的細(xì)顆粒物料由階梯式防磨下料溜槽喂入管磨機進行粉磨，中、粗顆粒物料返回到穩(wěn)流稱重倉進入輥壓機繼續(xù)擠壓。

  3 管磨機系統(tǒng)的技術(shù)改造

  3.1 改造前情況

  管磨機改造前有效倉長、研磨體級配見表2。

  3.2 改造措施

  （1）采用磨前擠壓預(yù)粉磨及篩分分級工藝后，入磨物料粒度小而均勻，顆粒分布范圍變窄，管磨機一倉長度宜適當(dāng)縮短，細(xì)磨倉延長，以適應(yīng)細(xì)顆粒狀物料磨細(xì)要求。磨內(nèi)研磨體級配過程中，既可采取“兩頭小、中間大”，亦可采用“逐漸大”的級配方式^[1]，增強研磨體對物料的研磨功能。考慮到該磨機兩倉倉長比例已基本滿足水泥預(yù)粉磨技術(shù)要求與物料粗磨及細(xì)磨等綜合因素，各倉長保持不變。

  （2）管磨機主電機額定電流418A，實際運行只有電流319A?？紤]到運行電流還有較大的富余量，決定適當(dāng)增加管磨機各倉研磨體裝載量，提高研磨體總表面積，為磨內(nèi)創(chuàng)造更多合格細(xì)粉。磨機主電機電流一般的規(guī)律是：每增加或減少1t研磨體，主電機工作運行電流上升或下降0.8～1.0A左右。若采用邊緣傳動方式，因主電機、減速機與邊緣傳動齒輪在出料端，提高磨機細(xì)磨倉裝載量比增加第一倉裝載量、對磨機主電機工作運行電流上升幅度的影響要大些^[2]。該磨機為雙滑履傳動，根據(jù)生產(chǎn)運行統(tǒng)計，每增、減1 t研磨體導(dǎo)致主電機工作電流變化升、降1.0 A左右。

  （3）鋼球重新級配。為減緩物料流速，強化細(xì)研磨能力，可遵循以下原則：

  ①鋼球填充率：為使物料充分研磨，保證磨機出料中含有足夠量合格微粉，磨機第二倉填充率比第一倉高1%～2%左右，一般一倉28%～30％、二倉30%～33％。

  ②最大球徑與平均球徑選擇：沒有配置打散分級機或V型選粉機分級的預(yù)粉磨系統(tǒng)，輥壓后的物料大部分直接入磨，此時物料粒徑分布較寬，若輥壓機處理物料能力較小、擠壓效果不好或熟料、混合材易磨性較差時，鋼球最大球徑要增大至Φ70 mm甚至以上。 至于平均球徑，一倉主要考慮入磨物料粒度、易磨性等，一般可在Dcp60 mm～69 mm之間選??；二倉應(yīng)根據(jù)成品質(zhì)量等因素，需要提高細(xì)磨能力，平均球徑多數(shù)在Dcp20 mm～28 mm之間選取^[3] 。但本次改造在磨前增設(shè)輥壓機預(yù)粉磨+篩分分級閉路工藝，入磨物料最大粒度已控制在6 mm以下，入磨物料粒度小、分布范圍窄，根據(jù)熟料、混合材易磨性及摻加量、脫硫石膏水分等指標(biāo)，此時需提高一倉粗研磨能力，可降低最大鋼球尺寸， 不使用Φ90 mm鋼球，最大球徑調(diào)整至Ф80 mm，二倉最大球徑調(diào)整至40 mm?？s小一倉、二倉的平均球徑，有效增加研磨能力。根據(jù)磨主電機運行電流是否有富裕以及隔倉板、出磨篦板中心圓板直徑尺寸等因素綜合考慮，適當(dāng)增加一倉、二倉的填充率。

  （4）增設(shè)輥壓機預(yù)粉磨及篩分分級工藝后，入磨物料粒度及研磨體平均球徑降低，磨內(nèi)磨細(xì)程度提高。同時，將管磨機隔倉板篦縫由10 mm封焊至8 mm，出料篦縫由8 mm封焊至6 mm，進一步增加出磨物料中成品顆粒含量。

  （5）倒倉重新級配時發(fā)現(xiàn)磨內(nèi)部分研磨體已經(jīng)嚴(yán)重變形甚至破損，還出現(xiàn)堵塞篩分隔倉板篦縫的現(xiàn)象。研磨體全部改用機械性能優(yōu)良的高鉻合金鑄鐵材質(zhì)的優(yōu)質(zhì)鋼球，其洛氏硬度HRC≥58～62，沖擊韌性α k≥ 3～7 J/cm 2、破損率＜1.0%、單倉磨耗＜40 g/t水泥。表3為改造后磨機各倉長及研磨體級配。

  （6）為消除因入磨熟料溫度高導(dǎo)致助磨劑有效成分揮發(fā)，將助磨劑由進料皮帶加入改為直接從磨頭喂入管磨機。

  4 O-Sepa選粉機的技術(shù)改造

  4.1 O-Sepa選粉機存在的缺陷

  在未加設(shè)輥壓機前，該系統(tǒng)中O-Sepa選粉機的循環(huán)負(fù)荷在250%左右，選粉效率50%左右，45μm回粉篩余只有60%。由此可見，選粉機回粉中仍含有大量成品回到磨機內(nèi)繼續(xù)粉磨，從而導(dǎo)致磨內(nèi)過粉磨現(xiàn)象十分嚴(yán)重，一部分細(xì)粉會在研磨體及襯板表面產(chǎn)生緩沖墊層，影響研磨體做功，尤其是細(xì)磨倉內(nèi)溫度較高，更易引起小鋼球與襯板表面嚴(yán)重粘附，大幅降低粉磨效率、增加電耗。

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  雖以O(shè)-Sepa選粉機為代表的籠式選粉機相對于第一代離心式選粉機和第二代旋風(fēng)式選粉機在分級性能上大大提高，但O-Sepa選粉機在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及進風(fēng)方式等也存在一定缺陷，仍有部分影響選粉效率的因素。通過對O-Sepa選粉機內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)進行認(rèn)真分析和研究，影響選粉效率的因素主要有以下幾個方面：

  （1）物料經(jīng)頂部兩個（或四個）喂料口進入O-Sepa選粉機，經(jīng)撒料盤旋轉(zhuǎn)后離心分散。因O-Sepa選粉機轉(zhuǎn)籠的撒料盤是一圓環(huán)面，特別是采用筒體上部抽吸式出風(fēng)的結(jié)構(gòu)，圓環(huán)面的半徑差比較小，所以很難將粉料沿四周均布，形成不了均勻的料幕，造成分散、分級不充分。

  （2）O-Sepa選粉機采用蝸殼形結(jié)構(gòu)分別在筒體切向方向進入一次風(fēng)和二次風(fēng)，一般一次風(fēng)既可以是（部分）來自于磨機內(nèi)的通風(fēng)，亦可全部來源于外部。二、三次風(fēng)一般采用室外的清潔空氣，而三次風(fēng)從下錐體底部進入，大部分氣流則由一、二次風(fēng)管經(jīng)導(dǎo)流葉片進入環(huán)形分級區(qū)。三次風(fēng)風(fēng)量小，會造成籠形轉(zhuǎn)子下部截面風(fēng)速過低，不能將沿壁滑落下物料中的細(xì)粉有效吹入分級區(qū)域，無法形成有效的二次風(fēng)選效果。

  （3）O-Sepa選粉機圓柱形籠式轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能夠與其同導(dǎo)向葉片之間形成均勻的圓柱形渦流場，在粉料的重力、粉料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力和氣流徑向運動對粉體產(chǎn)生的粘滯力（拖拽力）共同作用下實現(xiàn)分級。但在O-Sepa選粉機分級轉(zhuǎn)籠的上端，由于被拋撒的粉料撞擊在擋料板上，然后在自重沉降的作用下垂直下落，形成有一定厚度的料幕，但此時粉料并沒有與氣流同步旋轉(zhuǎn)，也就是說粉體只是自由下落還沒旋轉(zhuǎn)，即還沒有產(chǎn)生慣性離心力，也就沒有達到分級狀態(tài)，但由于氣流的徑向運動仍然是存在的，這樣會有一部分不合格的粉料進入轉(zhuǎn)籠中的可能，影響O-Sepa選粉機分級后的切割粒徑，從而導(dǎo)致O-Sepa選粉機的工作選粉效率降低。

  （4）三次風(fēng)管裝在下錐體上，數(shù)量少、管徑細(xì)，不能對落下來的粗粉進行有效地二次分選。解現(xiàn)在很多水泥企業(yè)O-Sepa選粉機工作時，三次風(fēng)閥的開度比例大多處于很小或關(guān)閉狀態(tài)。

  （5）一部分物料在分散過程中，在選粉機進風(fēng)蝸殼區(qū)域內(nèi)沉積，進而影響一次進風(fēng)口的截面風(fēng)速及分級效果。

  4.2 O-Sepa選粉機的改造

  針對以上問題，引進南京工業(yè)大學(xué)“多級氣流復(fù)合式選粉機”專利技術(shù)對O-Sepa選粉機實施以下改造：

  （1）撒料盤的改造：通過增設(shè)擋料圈和擋料環(huán)，使進入選粉機的物料能夠達到撒料均勻，分散、分級、收集效果更好。（2）喂料系統(tǒng)中的分料器的均勻性改造：使四個進料口的料量基本接近，更有利于撒料過程中

  形成均勻料幕，提高系統(tǒng)的選粉效率。

  （3）選粉機的一、二、三次風(fēng)以及磨內(nèi)風(fēng)速的調(diào)整：穩(wěn)定磨內(nèi)工況，同時一、二次風(fēng)閥能夠靈活調(diào)節(jié)，消除物料沉積現(xiàn)象。

  （4）改進導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)，使分級效率更高。

  （5）更換下部錐體，強化三次風(fēng)：提高三次風(fēng)的徑向風(fēng)速將沿壁滑落下物料中的細(xì)粉有效吹入分級區(qū)域，充分利用三次風(fēng)提高二次風(fēng)選的選粉效率。三次風(fēng)強化可以降低選粉機內(nèi)粉體的溫度，有利于增加對成品的冷卻效果。

  （6）優(yōu)化改進內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善并穩(wěn)定選粉機內(nèi)部氣體流場。

  4.3 使用O-Sepa選粉機注意事項

  （1）對于磨尾采用單風(fēng)機系統(tǒng)配置中的O-Sepa選粉機會遇到一個常見問題：當(dāng)主排風(fēng)機風(fēng)閥開度有變化時，磨內(nèi)流速也會隨之而改變。當(dāng)選粉機需要增大風(fēng)量時，主排風(fēng)機風(fēng)閥開度隨之增大，磨內(nèi)風(fēng)速提高、物料流速加快、出磨水泥跑粗、成品顆粒含量降低，為控制成品細(xì)度合格，不得不調(diào)節(jié)選粉機轉(zhuǎn)速來達到要求。為此，在一次風(fēng)管處增設(shè)可調(diào)節(jié)的閘板閥門調(diào)控磨機通風(fēng)，并在閘板閥門上方分別增設(shè)Φ500 mm和Φ300 mm的補風(fēng)閥門各一個，這樣即使主排風(fēng)機閥門開度有變化，選粉機需要增大風(fēng)量時，磨尾負(fù)壓也能夠受控，對磨內(nèi)物料流速的影響可以降到最低。

  （2）O-Sepa選粉機一、二、三次風(fēng)比例須保持相對穩(wěn)定，不宜頻繁調(diào)整。有條件的企業(yè)可以使用電動閘板閥來控制主風(fēng)管的通風(fēng)面積來控制磨內(nèi)流速并由中控人員操作其開度，會更加方便、快捷。

  （3）O-Sepa選粉機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與用風(fēng)必須匹配。在閉路系統(tǒng)中產(chǎn)品細(xì)度如果用篩余來控制，將更多受到選粉機轉(zhuǎn)速的影響，如果用比表面積及顆粒級配來控制時，將更多受系統(tǒng)風(fēng)量的影響。系統(tǒng)改造后O-Sepa選粉機用風(fēng)比例為：一次風(fēng)閥開度100%，二次風(fēng)閥開度60%，三次風(fēng)閥開度100%，主風(fēng)管補風(fēng)閥開度70%左右。經(jīng)調(diào)整后該系統(tǒng)回粉篩余（45 μm）由60%左右提高至70%以上，回粉中水泥成品含量降低，循環(huán)負(fù)荷由250%左右下降至120%以內(nèi)，系統(tǒng)運行工況處于良性循環(huán)狀態(tài)。

  4.4 改造效果

  改造后的O-Sepa選粉機分級性能提高，可顯著改善成品水泥的顆粒級配：成品中3 μm～32μm顆粒含量的增加對水泥強度的發(fā)揮起主導(dǎo)作用，分選后的水泥中小于3 μm以下顆粒含量減少，可最大限度地減少磨內(nèi)過粉磨及粘附現(xiàn)象、提高粉磨效率。表4為馬爾文激光粒度分析儀對系統(tǒng)改造前、后成品水泥的顆粒級配分析結(jié)果。

  5 結(jié)束語

  系統(tǒng)改造前后磨機臺時產(chǎn)量、粉磨電耗見表5。按全年設(shè)備運轉(zhuǎn)率80%，噸水泥粉磨電耗降低5kW•h計算，改造后年可節(jié)電525.6萬kW•h。以電費0.60元/kW•h計算，僅節(jié)電一項年增加效益可達315.36萬元。改造前、后P•O42.5水泥強度及混合材摻加量變化見表6。通過對O-Sepa選粉機的系統(tǒng)技術(shù)改造，選粉效率、循環(huán)負(fù)荷對比見表7。由表7數(shù)據(jù)可以看出，改造后循環(huán)負(fù)荷已降至120%以下，O-Sepa選粉機選粉效率(45 μm)已提高 至75%以上，成品水泥比表面積由改造前的342m ²/kg提高至354m²/kg，即便是增加了3%混合材摻入量，水泥3 d、28 d抗壓強度仍增長1 MPa左右，充分說明改造后的O-Sepa選粉機分級性能更好。

  理論研究與生產(chǎn)實踐證明：單段粉磨的能耗與成品磨細(xì)程度（比表面積）成正比，“分段粉磨”的能耗要低于單段粉磨能耗。“分段粉磨”強調(diào)各段功能更細(xì)化、更明確，提高每一段的做功能力，則更有利于系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電。

  在產(chǎn)能過剩的嚴(yán)峻形勢下，水泥企業(yè)應(yīng)積極優(yōu)化技術(shù)改造，降低成本，節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品實物質(zhì)量，始終保持優(yōu)良的市場競爭力。

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