優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)輥磨系統(tǒng)的增產(chǎn)降耗

章文明

1 前言

Atox輥磨集風(fēng)掃、烘干、粉磨、選粉于一體，該粉磨系統(tǒng)被國內(nèi)水泥行業(yè)廣泛采用，其中Atox50磨可作為5000t/d或10000t/d熟料生產(chǎn)線配套生料制備使用。我廠擁有一條5000t/d熟料生產(chǎn)線，生料制備系統(tǒng)配有一臺套Atox50磨設(shè)備。工廠生料粉磨具體流程見圖1，有關(guān)主要設(shè)備選型見表1。

從圖1可見，工廠采用的是典型的三風(fēng)機(jī)生料輥磨系統(tǒng)。自投運(yùn)以來，工廠對該生料制備系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的摸索與調(diào)整。前些年設(shè)備成新率較高，工廠采用13～14MPa的大額加載壓力贏得高產(chǎn)，喂料量超過530t/h，工序單位電耗20.5kWh/t。后來隨著設(shè)備磨損的加劇，生料粉磨系統(tǒng)工況變差，設(shè)備故障率增高，磨機(jī)產(chǎn)量下降至450t/h，電耗高達(dá)22.3kWh/t。為此，工廠近些年創(chuàng)造性地開展了基于工藝參數(shù)優(yōu)化的輥磨增產(chǎn)降耗實(shí)踐活動，并取得了顯著成效，輥磨產(chǎn)量得以穩(wěn)定提高，單位工序電耗降至15.7kWh/t（不含尾排風(fēng)機(jī)，含窯尾大布袋收塵器）。

2 壓力參數(shù)

Atox輥磨是一種風(fēng)掃式磨機(jī)，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)幾乎均處于負(fù)壓狀態(tài)下，因此各個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力參數(shù)具有反饋生產(chǎn)線運(yùn)行效率的意義。壓力參數(shù)包括磨機(jī)入口負(fù)壓、出口負(fù)壓、差壓（也稱壓差）、循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓或旋風(fēng)收塵器出口負(fù)壓等，這些壓力參數(shù)不僅反映了各系統(tǒng)環(huán)節(jié)的阻力情況，更直接反映了風(fēng)量、風(fēng)速等指標(biāo)，它們之間的合理匹配是整個(gè)輥磨系統(tǒng)高效運(yùn)行的前提條件。

2.1 差壓

圖1 輥磨系統(tǒng)流程圖

表1 輥磨系統(tǒng)主要設(shè)備一覽表

輥磨差壓，是輥磨操作中的一個(gè)關(guān)鍵變量，是輥磨系統(tǒng)自動控制運(yùn)行的首要參數(shù)。差壓不僅僅指的是磨機(jī)風(fēng)環(huán)處的壓力損失。從差壓的兩個(gè)測量點(diǎn)位置可以看出，一端測點(diǎn)位于風(fēng)環(huán)入口處，另一端測點(diǎn)位于磨機(jī)選粉機(jī)的下部。因此，差壓的一半左右是由風(fēng)環(huán)處的壓力損失構(gòu)成，約2000～3000Pa；另一大半則由風(fēng)環(huán)出口至選粉機(jī)下端的含塵氣體流動阻力形成，受控于磨腔內(nèi)的氣體流速、含塵濃度。事實(shí)上差壓類似于風(fēng)掃磨系統(tǒng)出磨至粗粉分離器錐體這一段循環(huán)參數(shù)概念，表達(dá)了磨內(nèi)負(fù)荷，或者說是循環(huán)負(fù)荷大小的標(biāo)志性參數(shù)。差壓大，說明磨機(jī)內(nèi)物料循環(huán)負(fù)荷大；差壓小，說明磨機(jī)內(nèi)物料循環(huán)負(fù)荷小。

操作中保持適度的差壓是保證磨機(jī)粉磨效率和粉磨產(chǎn)量的重要前提。風(fēng)環(huán)處的壓損一般比較穩(wěn)定，那么在相同工況下，如何降低磨腔內(nèi)含塵氣體的流動阻力是工廠的關(guān)注重點(diǎn)。從物料在輥磨系統(tǒng)中的循環(huán)分析可以知道，物料外循環(huán)通過外部斗提機(jī)喂入。物料內(nèi)部循環(huán)中當(dāng)物料被高速氣體風(fēng)掃帶起，進(jìn)行選粉、粗粉回磨的過程中，有相當(dāng)一部分物料在磨腔內(nèi)進(jìn)行著無效循環(huán)，也有相當(dāng)一部分粗粉在磨腔與選粉機(jī)之間進(jìn)行著無效循環(huán)，既沒有參與粉磨，也沒有被選粉機(jī)有效分選出參加下一道工序進(jìn)行合格生料的分離，但它們卻構(gòu)成了相當(dāng)一部分的差壓，影響了磨機(jī)有效粉磨與選粉，造成了工序能源的無謂消耗。

因此工廠設(shè)法對Atox磨機(jī)的原始設(shè)計(jì)中回料直接拋落于中心架上方的方式進(jìn)行了優(yōu)化（見圖2、圖3）。從圖中可見，加料錐底部進(jìn)行了密封，新增了改流錐與兩根下料管，下料點(diǎn)處于磨盤50cm上方，位于噴水管的正前方（見圖3）。這樣，在相同的喂料量下大大減少了差壓數(shù)值，為后續(xù)增加產(chǎn)量、降低消耗創(chuàng)造了有利條件，具體數(shù)據(jù)見表2。

從表2改造前與改造后的生料輥磨運(yùn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)看，在喂料量等參數(shù)不變的情況下，輥磨差壓下降300Pa，噴水量下降4.8t/h。在保持相同差壓情況下，單位產(chǎn)量增加了45t/h（濕基，含水率約為3%），噴水量下降了4.8t/h，收效明顯。

2.2 循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓

輥磨系統(tǒng)所有的抽力均來源于循環(huán)風(fēng)機(jī)，它的進(jìn)口負(fù)壓反映了輥磨系統(tǒng)整體工藝管線運(yùn)行效率與阻力大小。

正常情況下，窯尾廢氣經(jīng)SP余熱鍋爐后入生料輥磨系統(tǒng)，參與生料粉磨工藝后入大布袋收塵器，在生料磨解列或故障狀態(tài)下則直接旁通入大布袋收塵器。從表1可見，輥磨主電機(jī)3800kW，為大多數(shù)Atox50輥磨的標(biāo)準(zhǔn)功率配置。循環(huán)風(fēng)機(jī)3800kW功率配置則較高，同等類型系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機(jī)有的用3500kW，有的則為3200kW，有的更低，為2800kW，當(dāng)然也用更高的如4200kW。窯尾排風(fēng)機(jī)則因前置大布袋收塵器配套了1600kW電機(jī)功率，留有相當(dāng)大的余地。

工廠以往的操作習(xí)慣是將輥磨入口負(fù)壓保持在-9400Pa左右，高出其他類似系統(tǒng)的數(shù)值，循環(huán)風(fēng)機(jī)功率顯示為3400kW。經(jīng)全面診斷發(fā)現(xiàn)，工廠輥磨系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重，僅磨機(jī)出口與連接管道法蘭周向裂口就達(dá)5cm，并且多處存在工藝管理漏風(fēng)孔，旋風(fēng)筒殼體磨損嚴(yán)重且漏洞也較多。為此，工廠采取的第一步措施是，整治系統(tǒng)各漏風(fēng)點(diǎn)。對工藝管道內(nèi)部全部貼裝龜甲網(wǎng)耐磨涂料，旋風(fēng)筒貼裝耐磨陶瓷。磨機(jī)出口與連接管道法蘭予以重裝徹底堵漏，其他漏風(fēng)點(diǎn)焊接封堵，以大幅降低系統(tǒng)漏風(fēng)。

經(jīng)過數(shù)月的漏風(fēng)整治，循環(huán)風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓為-9000～-9100Pa時(shí)，輥磨出口負(fù)壓仍可保持在-7000Pa以上，工況也維持了相對穩(wěn)定，而循環(huán)風(fēng)機(jī)入口閥門開度從97%降至90%，功率隨之從3400kW下降至3200kW。

圖2 改造后回料點(diǎn)示意圖

圖3 改造后新增改流錐及回料管

2.3 磨機(jī)進(jìn)出口負(fù)壓

磨機(jī)進(jìn)出口負(fù)壓反映了磨機(jī)本體的工藝狀況。進(jìn)口負(fù)壓反映了窯尾廢氣起始狀態(tài)，顯示了起始風(fēng)量與風(fēng)速大??；出磨負(fù)壓反映了輥磨出口氣體攜帶粉塵的能力大小與風(fēng)速、風(fēng)量情況；二者綜合考慮則反映了進(jìn)口風(fēng)速風(fēng)量要求、磨腔內(nèi)粉磨對風(fēng)速風(fēng)量的要求和選粉系統(tǒng)對風(fēng)速風(fēng)量的要求以及磨機(jī)本體的漏風(fēng)情況。工廠以往的進(jìn)口負(fù)壓為-150Pa，出口負(fù)壓為-7000Pa，從二者比較來看，磨體進(jìn)口負(fù)壓明顯偏小，表明磨體失壓過大，存在嚴(yán)重的工藝設(shè)備缺陷。

原來工廠由于位處江南，配料所用砂頁巖黏性極重，剛性葉輪給料機(jī)無法正常投運(yùn)，被迫取消，導(dǎo)致入磨物料管道鎖風(fēng)缺失，漏風(fēng)相當(dāng)嚴(yán)重。之后，在入磨溜子上部用鐵板封堵了近一半通道面積，大大降低了漏風(fēng)。經(jīng)對上部選粉機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，選粉機(jī)動葉片上部與靜葉片之間存在極大的縫隙，部分靜葉片缺失，選粉機(jī)系統(tǒng)存在嚴(yán)重的竄風(fēng)現(xiàn)象。對于上述問題，工廠利用停窯期間分批次進(jìn)行了維修。上述措施使輥磨進(jìn)口負(fù)壓提升至-800Pa。

在徹底整治系統(tǒng)漏風(fēng)的基礎(chǔ)上，工廠決定啟用循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻裝置。該裝置于2010年初啟用，但因上述原因，一直未能成功并網(wǎng)投運(yùn)。解決了漏風(fēng)，也就解決了系統(tǒng)無謂風(fēng)量的消耗，加上對循環(huán)風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓下降操作的適應(yīng)，工廠于2012年下半年一次性并網(wǎng)循環(huán)風(fēng)機(jī)的變頻系統(tǒng)，循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率保持在47Hz，功率下降至3000kW左右，風(fēng)機(jī)入口閥門全開，負(fù)壓約為－8800Pa，其他負(fù)壓參數(shù)為：磨機(jī)出口負(fù)壓－6800Pa，進(jìn)口負(fù)壓－700Pa，磨機(jī)差壓為5000～5100Pa。

3 研磨壓力

研磨壓力是一個(gè)比較淺顯易懂的參數(shù)，很多管理人員在遇到磨機(jī)產(chǎn)量不夠理想的情況下，首先想到的參數(shù)就是加大磨機(jī)的研磨壓力。其實(shí)，過分追求超產(chǎn)往往會導(dǎo)致磨機(jī)系統(tǒng)在過高的研磨壓力下運(yùn)行，給整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)帶來負(fù)面影響，本工廠也不例外。在前些年的生產(chǎn)中，磨機(jī)加載壓力保持了13～14MPa的高壓，系統(tǒng)產(chǎn)量高達(dá)530～550t/h，但磨機(jī)拉桿折斷、拉桿頭掉出、磨輥軸承過早損壞等重大故障性事故頻發(fā)，甚至引起窯系統(tǒng)止火待料。這些讓工廠管理人員逐漸意識到研磨壓力過大的危害性，從而確立了加載壓力11.5±0.5MPa的基準(zhǔn)水平，兼顧了產(chǎn)量和系統(tǒng)設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。

對于壓力加載系統(tǒng)，日常維護(hù)中比較容易忽視的一個(gè)問題是三個(gè)液壓缸的三套蓄能器12只氮?dú)饽翌A(yù)加壓力。一方面是預(yù)加壓力的大小，一般為磨輥工作壓力的50%～55%左右為宜。如果預(yù)加壓力太大，會導(dǎo)致蓄能器過硬，減振效果偏差；如果預(yù)加壓力選擇偏小，也將導(dǎo)致蓄能器緩沖效果不好。另一方面，預(yù)加壓力的維持。個(gè)別蓄能器會因各閥門密閉性不好出現(xiàn)工作一段時(shí)間后預(yù)加壓力減小的現(xiàn)象，甚至極個(gè)別會因各種原因引起氮?dú)饽移屏讯А?/p>

2011年，工廠曾遇到過其中一個(gè)氮?dú)饽移屏训墓收?，癥狀為磨輥加壓泵頻繁起停，達(dá)幾十秒一次，用紅外測溫儀檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)蓄能器上下溫度一致，據(jù)此判定氮?dú)饽沂?。因此工廠養(yǎng)成定期檢查蓄能器預(yù)加壓力大小的操作習(xí)慣十分重要，一般頻次為每半個(gè)月檢查一次。另外，各蓄能器預(yù)加壓力必須一致，絕不可此高彼低，否則會造成系統(tǒng)無法穩(wěn)定運(yùn)行。

4 氣體溫度

主要指各工藝過程中廢氣的溫度。由于輥磨是一種風(fēng)掃磨，兼有烘干的功能，因此保證足夠的溫度是輥磨系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提條件。一般而言，新型干法水泥熟料生產(chǎn)線都會配置余熱發(fā)電系統(tǒng)，SP鍋爐廢氣溫度基本在210℃左右，即入輥磨進(jìn)口的廢氣溫度可維持在200℃以上，足以滿足物料烘干的需要。

表2 輥磨選粉機(jī)下料方式改造前后指標(biāo)變化情況

圖4 輥磨系統(tǒng)漏風(fēng)

值得關(guān)注的是，在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，工廠對磨機(jī)的出口溫度關(guān)注較少，長時(shí)保持在65℃左右，忽視了磨機(jī)出口溫度過低對粉磨效率的重大影響。一個(gè)原因?yàn)槟C(jī)噴水量較大，達(dá)10t/h以上，循環(huán)風(fēng)管及廢氣熱風(fēng)管旁通閥門開度均過大，達(dá)30%以上，加上前述嚴(yán)重的漏風(fēng)因素，導(dǎo)致了磨機(jī)出口溫度過低。資料顯示，Atox磨機(jī)出口溫度保持在80～95℃區(qū)間較為適宜，提高出口溫度有利于提高磨機(jī)臺時(shí)產(chǎn)量。根據(jù)工廠實(shí)際，磨機(jī)出口溫度最終確定為85±5℃，比以前提高了近20℃，主要措施為減少循環(huán)風(fēng)管及廢氣熱風(fēng)管旁通閥門開度，要求控制在10%內(nèi)，實(shí)際操作中均保持在5%以下，即兩個(gè)閥門在正常運(yùn)行中臨近關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，磨內(nèi)噴水量的減少也有利于提高出磨氣體的溫度。

5 料層厚度及其他參數(shù)

由于輥磨粉磨原理為料床粉磨，料層的厚度對粉磨效率會產(chǎn)生重要影響。料層過厚，不利于形成穩(wěn)定的料層，粉磨效果變差，電流及功耗增加；料層過薄，磨機(jī)振動無法控制，影響操作的連續(xù)性。眾所周知，Atox理想的料層厚度為磨輥直徑×2%±20mm，Atox50磨機(jī)理想的料層厚度為3000mm×2%±20mm，即 60mm±20mm。料層厚度大小調(diào)節(jié)主要依賴于擋料圈高低，經(jīng)過摸索，工廠料層厚度從100mm以上調(diào)整為80mm±20mm，擋料圈高度為180mm，主要原因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中由于進(jìn)磨物料粒徑較大及擋料圈變形而使料層厚度比理想高度略有增高。

表3 輥磨系統(tǒng)主要參數(shù)

表4 輥磨選粉機(jī)下料方式改造前后指標(biāo)變化情況

另外，隨著生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行，磨輥與磨盤的磨損需要引起關(guān)注。其磨損量增大，意味著擋料圈高度相對增加，因此必要時(shí)應(yīng)相應(yīng)調(diào)低擋料圈的高度。目前工廠的做法為每年進(jìn)行一次磨輥與磨盤的堆焊，二者堆焊錯(cuò)時(shí)進(jìn)行，一般分別安排上下半年當(dāng)中完成，目的是為了保持料層厚度的相對穩(wěn)定。

對于輥磨的操作，振動是磨機(jī)高效運(yùn)行首要考慮的因素。影響振動值大小的有料層厚度和均勻性、物料粒徑、顆粒組成、噴水量大小、喂料量變化、通風(fēng)量多少、機(jī)械原因等，振動值一般要求≤2mm/s，工廠以≤1.5 mm/s為操作要求，目的是為了盡量減少振動過大對整個(gè)系統(tǒng)帶來的耐久性影響。

6 結(jié)語

選擇合適的系統(tǒng)參數(shù)對磨機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，對磨機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能增產(chǎn)降耗具有關(guān)鍵的指導(dǎo)意義。目前工廠輥磨系統(tǒng)正常運(yùn)行主要參數(shù)控制范圍見表3，有關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)情況見表4。

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