淺談降低水泥廠生料制備綜合電耗措施

作者簡介：張文華（1971.6-），男，機械工程師，從事水泥機設備管理工作。

摘要：本文主要從福建水泥股份有限公司煉石水泥廠一條2500T/d水泥熟料回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線生料制備工序電耗高現(xiàn)狀分析、通過與國內(nèi)先進同行業(yè)技術指標對標找出差距，分析造成生料制備工序電耗高主要因素，并制定降電耗措施方案、措施方案實施、技改效果檢查等方面降低電耗過程進行闡述。

關鍵詞：生料制備綜合電耗；立磨選粉機葉片改造方案；立磨選粉機轉(zhuǎn)子密封改造方案；尾排風機變頻改造方案；改造效果

1.概述

水泥廠生料制備綜合電耗是指水泥熟料生產(chǎn)工藝過程中從原料破碎，原料預均化、生料粉磨、生料均化、廢氣處理等工序生產(chǎn)過程用電量總和與各工序產(chǎn)量之比，計量單位采用每生產(chǎn)1噸成品生料需耗電量多少表示（kWh/t），目前，國內(nèi)先進水泥生產(chǎn)線生料綜合電耗基本在20-23kWh/t左右，水泥熟料日產(chǎn)量在5000噸以上窯型在小值范圍，日產(chǎn)量在5000噸以下窯型在大值范圍。生料制備綜合電耗指標在水泥企業(yè)是一個重要的技術指標，占水泥熟料生產(chǎn)電耗總量的30%-40%。福建水泥煉石水泥廠一條2500T/d水泥熟料生產(chǎn)線（以下稱為8#窯生產(chǎn)線）在2008年投產(chǎn)以來生料制備綜合電耗在28kWh/t左右，與國內(nèi)先進同行業(yè)相比有5-8kWh/t差距。

2.8#窯水泥熟料生產(chǎn)線生料制備各工序電耗現(xiàn)狀調(diào)查分析。

2.1生料制備系統(tǒng)各工序用電量及產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集及工序電耗統(tǒng)計

首先按水泥熟料生產(chǎn)工藝流程對生料制備系統(tǒng)各機臺設備用電量、產(chǎn)量、單耗數(shù)據(jù)進行取樣分析，生料制備綜合電耗組成由石灰石破碎工序電耗、粉砂巖破碎工序電耗、原料均化工序電耗、生料磨主電機工序電耗、循環(huán)風機工序電耗、配料庫底工序電耗、生料均化工序、窯尾排風機工序電耗、除塵設備工序電耗組成。

本次數(shù)據(jù)采集以2014年11月26日至2014年12月31日對水泥生料制備各生產(chǎn)工序用電量，產(chǎn)量進行統(tǒng)計并計算出各工序電量單耗，各工序電量單耗計算方法是以各工序用電量除以各工序產(chǎn)量得出各工序電耗，各工序的電耗計算結(jié)果見表1。

2.2生料綜合電耗統(tǒng)計結(jié)果分析

從表一生料制備工序電耗統(tǒng)計表數(shù)據(jù)分析，8#窯生料綜合電耗與國內(nèi)先進企業(yè)電耗數(shù)據(jù)對比有6kWh/t差距，主要是生料粉磨系統(tǒng)中生料磨主機電耗相差2.34kWh/t，尾排風機電耗相差2.51kWh/t。因此，應把降低生料磨主機電耗，窯尾排風機電耗作為降電耗的技術攻關方向。

3.生料粉磨系統(tǒng)電耗高原因分析及處理措施

3.1生料粉磨系統(tǒng)電耗高原因分析

8#窯2500噸生產(chǎn)線原料立磨為沈重MLS3626，立磨主電機型號為YRKK710-6，功率為1900kW，電壓為6000V。立磨自2008年投產(chǎn)以來，臺時產(chǎn)量一直在180-200t/h之間，生料細度20-22%，生料電耗20kwh/t，沒有達到210t/h設計要求，生料粉磨系統(tǒng)電耗高主要因素分析認為主要原因有：

3.1.1選粉機選粉效率低，造成部分粉磨的生料成品重新在磨內(nèi)循環(huán)粉磨工作，增大磨機循環(huán)負荷。

3.1.2選粉機密封性能不佳，造成風阻現(xiàn)象，影響立磨產(chǎn)量，并容易造成生料跑粗情況。

3.1.3選粉機分級精度低，造成立磨磨盤內(nèi)細粉較多，磨盤料層波動大增加了立磨主電機負荷。

3.1.4磨機粉磨能力偏低臺時產(chǎn)量不足造成電量單耗高。

3.2處理措施

針對上述分析結(jié)果決定對立磨選粉機進行技術改造，改造目的是為了提高選粉機工作效率，減少立磨磨盤料層波動，降低主電機負荷減小電機工作電流及提高磨機臺時產(chǎn)量。立磨選粉機改造方案分為工藝部份，機械部份、電器部份來制定改造內(nèi)容。

3.2.1工藝部分改造方案

立磨選粉機原系統(tǒng)用風量為42000m3/h，風壓為10500Pa，改造后選粉機用風量為36000m3/h，風壓為10000Pa，因此工藝管道布置可采用原系統(tǒng)，風管直徑及調(diào)節(jié)風門不需改動，立磨選粉機使用的循環(huán)風機使用原有風機，即風機風量，風機電機不需改動。

3.2.2機械部分改造方案

3.2.2.1對選粉機靜態(tài)導流葉片及轉(zhuǎn)子葉片進行改進

8#窯生產(chǎn)線立磨選粉機原靜態(tài)導流葉片是直形葉片如圖1所示，此次改造靜態(tài)導流葉片采用Z形葉片如圖2所示，轉(zhuǎn)子葉片由直形葉片（如圖3所示）改造成L形葉片如圖4所示，使得含料氣體在通過導風葉片后，其氣流速度突變，大顆粒因慣性較大保持原有運動方向而與導風葉片的背風面相撞失去動能落入內(nèi)錐體。較細粉則隨氣流進入選粉區(qū)域進行分選，減少了不合格顆粒進入選粉區(qū)，起到了預分選效果，提高選粉系統(tǒng)的處理量，達到高產(chǎn)、低耗的目的。與傳統(tǒng)的直形導風葉片相比，通過異形導風葉片的氣流速度與轉(zhuǎn)子的外邊緣的速度相當，從而減少了含料氣體對轉(zhuǎn)子葉片的沖刷磨損。

與傳統(tǒng)的直形轉(zhuǎn)子葉片相比，異形轉(zhuǎn)子葉片這種特殊的結(jié)構(gòu)利于細粉的進入與粗粉的拋出，提高了選粉效率，有助于減少轉(zhuǎn)子葉片間的局部渦流。

3.2.2.1對轉(zhuǎn)子密封形式進行改進

立磨原密封形工采用傳統(tǒng)迷宮式密封方式如圖5所示，其密封的可靠性是靠控制密封間隙來保證，因間隙始終存在其密封的效果不理想。我們結(jié)合迷宮式密封的特點，采用動態(tài)氣流密封的方式，通過轉(zhuǎn)子旋，轉(zhuǎn)焊接在轉(zhuǎn)子上的氣動葉片產(chǎn)生強大的橫斷氣流阻礙顆粒穿過，達到良好的密封效果，提高了分級精度如圖6所示。

3.2.2.1對立磨上殼體增設導流罩

原立磨分級室結(jié)構(gòu)如圖7所示，殼體傾斜角為76°，含料氣體是從下部向上流動，容易造成上下氣流速度波動，采用速度分析儀對分級室上下含塵氣流進行檢測，發(fā)現(xiàn)氣流速度波動值在4mm/s左右，影響選粉效果。因此在分級室內(nèi)增設導流罩如圖8所示，殼體導流角度由76°改為62°，改造后氣流速度波動在1.5mm/s保證選粉過程氣流均勻性和穩(wěn)定性。

3.3電氣部分改造方案

選粉機原傳動電機型號為Y280S-4，功率75kW，改造后選粉機傳動功率為45-55kW，選粉機原傳動電機能滿足要求不需改動。選粉機原調(diào)速器調(diào)速范圍在50-100r/min，改造后選粉機調(diào)速范圍控制在50-100r/min，原調(diào)速器可滿足使用要求不需改動。

3.4改造后效果

改造結(jié)束后對生料粉磨的臺時產(chǎn)量、磨機主機單耗、產(chǎn)品細度等指標進行改前對比，詳見表2。

3.4.1改造后生料綜合電耗從19.43kWh/t下降到17kWh/t。

3.4.2改造后選粉機轉(zhuǎn)速由40HZ提升到41HZ。

3.4.3改造后立磨主電機電流下降20A左右。

3.4.4改造后循環(huán)風機風門開度由84%變至80%，風機電流降低2A。

3.4.5入庫斗提電流由86A提高到90A。

4.廢氣處理尾排風機電耗高原因分析及措施

4.1廢氣處理尾排風機電耗高原因分析

廢氣處理尾排風機型號Y4-2x73-14N0.20.5F，額定風量：480000m3/h，風壓：3500Pa，轉(zhuǎn)速：960r/min，電機型號為YRKK500-6，功率：630kW，電壓：6000V。風機電量單耗為5.66kWh/t，比同行業(yè)相同風機型號單耗高了約2kWh/t，分析認為我廠尾排風機在實際的使用過程中，因工藝的需要經(jīng)常調(diào)節(jié)風量、壓力等，風機采用傳統(tǒng)的風門進行調(diào)節(jié)，即在需要降低風量時以增加阻力的方式關小風門，使大量能量消耗在風門節(jié)流上，且調(diào)節(jié)線性較差。而采用變頻調(diào)速技術的風機則調(diào)節(jié)線性好，可以隨工藝的要求進行節(jié)能調(diào)節(jié)，消除風門節(jié)流損失，同型號風機電量單耗基本在3kWh/t左右。

4.2我廠尾排風機增設變頻調(diào)速器可行性分析

從圖9風機風量與功率關系圖可看出采用變頻調(diào)節(jié)來控制風量風機功率消耗量最小，我廠尾排風機正常工作時風門開度在70%，電機輸出功率大量消耗在調(diào)節(jié)風門的節(jié)流上，造成電能白白浪費。通過增設變頻控制裝置，以改變風機轉(zhuǎn)速的節(jié)能方式來取代風門節(jié)流調(diào)節(jié)的耗能方式，并將風機的入口調(diào)節(jié)風門全開，以消除調(diào)節(jié)風門的節(jié)流能耗損失，從而實現(xiàn)風機的節(jié)能。

4.3風機采用變頻調(diào)節(jié)方案措施

增設各相應的變頻控制成套柜，并采用變風量變頻遠程計算機集中控制（由中控室DCS系統(tǒng)對變頻器進行遠程控制），既實現(xiàn)風機無級線性調(diào)速及運行負荷遠程控制，又實現(xiàn)風機高效節(jié)能。具有各有關模擬量、數(shù)字量I/O接口，可并入原DCS控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)就地啟動、停止及手動調(diào)頻控制和旁路運行，又可實現(xiàn)遠程監(jiān)控（包括遠程啟停、調(diào)頻調(diào)速、狀態(tài)監(jiān)視、故障報警等），具有過壓、過流、欠壓保護功能及旁路切換等功能。增設變頻器技改設備主要是型號為6000V/630kW，電機額定功率630kW、電壓6kV、額定電流70A高壓變頻器1臺，手動旁路柜1臺，功率單元1臺，配套慮網(wǎng)1套。

4.4尾排風機增設變頻器后節(jié)能效果

廢氣處理尾排風機增設變頻器后，風機入口風門設置在全開位置，風機轉(zhuǎn)速960r/min由轉(zhuǎn)降至810r/min轉(zhuǎn)，風量、風速能夠滿足水泥工藝生產(chǎn)線要求，風機電流由改造前60A降低至40A，風機單耗由5.66kWh/t降至單耗降至2.9kWh/t。

5.結(jié)語

通過對生料制備綜合電耗高的現(xiàn)狀分析，原因查找、制定方案措施、措施落實等方法步驟，對電量單耗高的立磨選粉機設備及廢氣處理尾排風機增設變頻器進行降低電耗改造取得了較好效果，生料粉磨電量單耗由8.84kWh/t下降到6.4kWh/t，風機電量單耗由5.66kWh/t降至單耗降至2.9kWh/t，生料綜合電量單耗由28.49kWh/t下降到23.29kWh/t。綜合電量單耗降低了5.2kWh/t。此次立磨選粉機改造總投資85萬元，增設風機變頻器改造總投資40萬元，二項改造共投入125萬元資金。8#窯水泥熟料生產(chǎn)線全年生產(chǎn)生料1280000噸，可節(jié)省用電量為666.5萬kWh，按每度電單價為0.6元計算，每年可節(jié)省電費399.3萬元。（作者單位：福建水泥股份有限公司煉石水泥廠）