淺談立式磨粉磨濕排粉煤灰工藝及主機優(yōu)化

袁鳳宇

合肥水泥研究設計院/合肥中亞建材裝備有限責任公司，安徽 合肥 230051

淺談立式磨粉磨濕排粉煤灰工藝及主機優(yōu)化

袁鳳宇

合肥水泥研究設計院/合肥中亞建材裝備有限責任公司，安徽 合肥 230051

為有效處理電廠濕排粉煤灰和減少其對環(huán)境的污染，需要將濕排粉煤灰進行高效合理利用、變廢為寶。根據濕排粉煤灰的理化性質和立式磨工藝的優(yōu)點，采用立式磨粉磨工藝粉磨，使其達到用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準的要求。為適應粉磨濕排粉煤灰，對主機立式磨做了適應性改進，如磨盤的轉速采用變頻調速、維持穩(wěn)定料床的措施、合理設計磨輥組合、磨輥與襯板合理配合、進料口進行特殊設計。

濕排粉煤灰 立式磨 工藝 機械優(yōu)化 應用

0 引言

粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。粉煤灰不僅占用大量耕地, 消耗大量沖灰用水, 而且粉煤灰的二次揚塵會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的危害。

電廠粉煤灰的排放方式主要有干收干排、干收濕排和濕收濕排等方式。一般將干收干排收集的粉煤灰稱為干排粉煤灰，而將干收濕排和濕收濕排收集的粉煤灰稱為濕排粉煤灰。由于粉煤灰市場存在淡旺季，在銷售淡季時，電廠粉煤灰?guī)靸Υ婺芰Σ粔驎r，電廠只能采用濕排的工藝。

為有效處理濕排粉煤灰和減少其對環(huán)境的污染，我們面臨的難題是如何將濕排粉煤灰進行高效合理利用、變廢為寶。根據濕排粉煤灰的理化性質和立式磨工藝的突出優(yōu)點，采用立式磨粉磨工藝粉磨，使其達到用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準的要求。本文以馬鞍山寶鑫建材有限公司粉磨濕排粉煤灰項目為例進行立式磨粉磨工藝、設備優(yōu)化及應用的介紹。

1 工藝方案的比較

1.1 粉煤灰的性質

1.1.1 物理性質

粉煤灰其比重在1.95～2.36 g/cm3之間，松干密度在450～700 kg/m3范圍內，比表面積在220～588 m2/kg之間，在粉煤灰的物理性質中，細度和粒度是比較重要的，它直接影響著粉煤灰的其他性質，粉煤灰越細，細粉占的比例越大，其活性也越高。粉煤灰的細度影響早期水化反應，而化學成分影響后期的反應。

1.1.2 化學性質

粉煤灰是由煤中的無機礦物質經灼燒生成的氧化物、硅酸鹽混合物，其主要氧化物組成是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、MnO、SO3等，其中以SiO2和A l2O3為主（ SiO2含量在50%左右，Al2O3含量在27% 左右），然而不同地區(qū)、年代、堆積層次、燃燒溫度產生的粉煤灰的化學成分差異很大。由于煤的灰量變化范圍很廣，不同地區(qū)甚至同一地區(qū)的煤灰量都不同，此外還因煤的燃燒方式及燃燒程度不同而不同。我國有代表性的火力發(fā)電廠粉煤灰的化學成分見表1[1]。

粉煤灰鈣含量僅在3%左右時，其本身基本沒有水硬膠凝性能，只有當以粉狀形態(tài)與水作用時，才能在常溫與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學反應，生成具有水硬膠凝性能的化合物。粉煤灰用于水泥生產可以節(jié)約熟料且改善水泥性能，粉煤灰用作混凝土摻合料也可節(jié)約大量水泥和具有減少需水量、改善和易性、增強可泵性以及減少混凝土徐變、水化熱、熱能膨脹性和提高混凝土抗?jié)B能力等優(yōu)點。為有效利用粉煤灰，需要滿足《我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準》（GB/T1596-2005）的指標要求，主要指標見表2[2]。

表1 我國有代表性的火力發(fā)電廠粉煤灰的化學成分 %

表2 我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準（GB/T1596-2005）

1.2 粉磨工藝方案比較

由上述粉煤灰的物理化學性質得知，原狀粉煤灰細度粗，早期活性較低，需水量偏高，因此難以在混凝土中直接利用，為達到用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準（GB/T1596-2005）的要求，必須進行適當的加工處理。對粉煤灰進行加工處理的主要方式有兩種，一種是利用選粉機進行分選，另一種是將其全部磨細，其中磨細處理是更為合理的方式。

根據主機設備的粉磨原理的不同，濕排粉煤灰粉磨工藝可分為管磨工藝和立式磨工藝。

1.2.1 管磨工藝[2]

對于濕排粉煤灰，需要經過脫水和烘干處理，再進入管磨粉磨系統。粉煤灰粉磨系統的管磨工藝主要有開流高細磨粉磨工藝、閉路管磨機粉磨工藝、半終粉磨工藝、開流微粉管磨機工藝等，其中，開流微粉管磨機工藝又可分為先分選再開流粉磨和直接開流粉磨工藝。

采用傳統烘干加管磨的粉磨工藝，存在工藝系統復雜、占地面積大、能耗高、污染大等弊端。

1.2.2 立式磨工藝

與管磨工藝相比，立式磨粉磨工藝具有如下優(yōu)點：

（1）烘干能力大。立式磨采用熱風輸送物料，只要有足夠的熱量，在立式磨內可烘干入磨水分高達20%以上的物料。

（2）粉磨效率高、能耗低。立式磨粉磨系統的電耗比管磨機低20%～40%，而且隨原料水分的增加和產品細度要求的提高，節(jié)電效果更加顯著。

（3）工藝流程簡單、占地面積及占用空間小。立式磨本身帶有選粉機，不需要另加選粉機和提升設備，出磨含塵氣體直接由高濃度袋收塵器收集處理，故工藝流程簡單，占用建筑面積約為管磨系統的70%，建筑空間約為管磨系統的50%～60%。

（4）產品質量穩(wěn)定。產品的化學成分及細度穩(wěn)定。物料在立式磨內停留的時間僅2～3 min，而在球磨機內則要15～20 min。所以立式磨產品化學成分及細度可以很快測定、校正。

（5）噪音低、污染小。立式磨的噪音小，比管磨機低20～25 dB。因立式磨采用全密封系統，系統在負壓下操作，無揚塵，環(huán)境清潔。

2 立式磨工藝方案

馬鞍山寶鑫建材有限公司的混凝土攪拌站擬采用電廠濕粉煤灰和鋼廠的鋼渣（或礦渣）作為原料，生產可用于混凝土的二級粉煤灰和鋼渣（礦渣）微粉或濕灰和鋼渣混合粉磨的“復合粉”。本項目的工藝設計思想為：兼顧粉磨多種廢渣的生產特性，可以混合粉磨多種原料，也可以單獨粉磨一種原料。

2.1 工藝流程及措施

本項目的工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

粉磨工藝為：粉煤灰、鋼渣（礦渣）等原料經原料庫底皮帶秤配料后，由皮帶輸送機輸送至鎖風喂料機入立式磨，在立式磨內完成粉磨和分選，合格細粉隨同氣流出立式磨，由高效袋式收塵器收集為成品，經空氣輸送斜槽、斗式提升機、庫頂空氣輸送斜槽送入成品庫，不合格的粗粉相繼經皮帶輸送機、斗式提升機、鎖風喂料機回立式磨重新粉磨，如此循環(huán)，完成粉磨、分級作業(yè)全過程。

為了滿足項目的要求，我們?yōu)樵撃C配置了變頻主電機，以解決粉磨不同原料對磨盤轉速不同要求的問題；但由于資金原因，在控制方面暫時沒有配套高壓變頻器。為防止鐵件對立磨的損傷，在皮帶機卸料口前設置有永磁除鐵器；為防止?jié)窳险掣剑瑥牧⒛ミM風口引一根風管對其進行加熱。

2.2 系統主機設備性能參數

系統主機設備性能參數見表3。

表3 系統主機設備性能參數

3 立磨機械優(yōu)化

3.1 磨盤的轉速采用變頻調速

立磨的主傳動系統是指磨盤、主減速機、主電動機等三大部分，由于粉煤灰粒度較細，在磨輥高壓下很難形成穩(wěn)定的料層，而降低磨盤轉速可以明顯改善料層的穩(wěn)定，因此磨盤的轉速最好采用變頻調速，以適應不同性質的物料粉磨。

3.2 維持穩(wěn)定料床

粉煤灰比重較輕，很難在立磨磨盤上形成料層，而粉磨時磨盤上物料中含有更細的1μ m～40μ m微細顆粒，生產過程中，由于氣流原因導致料床的物料含有大量氣體，料床已有流態(tài)化的趨勢，使立磨不能有效地嚙入大量的顆粒群，造成磨輥的滑動或輥前堆積。以上這些現象會導致磨輥的陷落→滑動→振動的惡性后果。

要解決此問題，一方面要求磨盤上的物料在碾磨過程中必須進行部分排氣，從而使磨輥、磨盤可較順利有效地碾磨物料；另一方面要有效地阻滯物料流動，調整磨盤上擋料環(huán)的高度，降低磨盤上物料的運動速度，達到磨機穩(wěn)定運行。

3.3 合理設計磨輥組合

我們將每只磨輥分為靠近磨機中心的半輪胎（簡稱內半胎）部分和靠近磨外的半輪胎（簡稱外半胎）兩個區(qū)域，每只磨輥的外半胎為上一只磨輥內半胎的主輥（高壓粉磨輥），同時其內半胎又為下一只磨輥外半胎的輔輥（排氣鋪料輥），從而使每只磨輥的兩個半胎都能充分發(fā)揮其粉磨及輔助粉磨作用。磨輥組合的示意見圖2。

圖2 磨輥組合的示意圖

3.4 磨輥與襯板的合理配合

為保證在整個粉磨過程中，當實現粉煤灰成品比表面積很大時，也能做到平穩(wěn)操作，振動小，需要磨輥與襯板的合理配合，具體見圖3。

圖3 磨輥與襯板合理配合圖

3.5 進料口的特殊設計

在磨機的進料口處設計有相互隔離的兩個物料通路，來自原料的水分高、溫度低的新鮮原料和從外循環(huán)提升機返回重新喂入磨機的含少量細粉（有活性）的水分低、溫度高的排渣從不同的料路喂入磨機，實現干料和濕料分開，彼此不產生干擾地喂入立磨，有效降低了磨機喂料口堵料現象。具體見圖4。

圖4 一口雙進料

4 運行評價

4.1 調試和運行操作注意事項

4.1.1 振動

料層不穩(wěn)定是立磨產生振動的主要原因，次要原因有：磨內進入了大塊金屬或較硬的雜物，會導致瞬間碾磨壓力過大，甚至產生破壞性震動；蓄能器充氣壓力過大或過小也會導致立磨震動；磨內通風不足導致磨內細粉過多，同樣會造成料層不穩(wěn)，磨機震動。振動是立磨運行中普遍存在的情況，合理的振動（振動值＜3 mm/s）是允許的。在操作上應嚴格將振動控制在允許的范圍內，才能為穩(wěn)定運行創(chuàng)造先決條件。

4.1.2 料層厚度

為了找到最佳的料層厚度，必須進行多次擋料圈高度調整。而在擋料圈高度一定、喂料平均粒徑太小或細粉太多的條件下，通過調整給料量、碾磨壓力、循環(huán)風量和分離器轉數等參數來穩(wěn)定料層。最佳料層厚度主要取決于原料的性質，如含水量、粒度、顆粒分布和易磨性。

4.1.3 立磨壓差

立磨壓差是由風環(huán)和分離器處的風阻及物料的內循環(huán)量而產生，也是重要的監(jiān)控參數之一。由于系統風量對立磨運轉的影響很大，因此，立磨壓差保持在一定范圍，系統的運行狀態(tài)才能穩(wěn)定。壓差還是磨內情況的一面鏡子，操作員可通過觀察壓差了解立磨系統工作情況，判斷給料量是否準確，系統風量是否合適、系統是否高效經濟運行等。

4.1.4 其它

磨機正常穩(wěn)定運行，除以上提出要注意的磨機振動、料層厚度、壓差等參數，其他還要注意檢查立磨本體及系統風管和輔機的密封，盡量減少系統漏風；調整合適的磨輥壓力、穩(wěn)定料床，根據調試時積累的經驗和數據逐步掌握相應的產量對應一定的壓力，當然還要考慮以后物料的粒度及易磨性的變化。

總之，立磨操作員要勤于思考，善于觀察，及時對系統的變化作出正確預見性的判斷。經常對立磨現場的情況進行了解并和控制室中磨機運行參數進行對比，逐步積累生產經驗。

4.2 運行參數和實際運行效果

該生產線于2013年12月調試投料，經過近1個月的調試各項指標達到設計要求，見表4。

表4 馬鞍山寶鑫立式磨粉磨濕排粉煤灰工藝系統運行參數

調試初期由于缺少高壓變頻器，立磨磨盤轉速無法調整，在單獨粉磨濕粉煤灰時料層不穩(wěn)，因此只能低壓低產量試運行。而一旦提高產量并提高磨輥壓力，磨機振動立刻明顯增加，導致立磨無法正常運行。為了解決料層不穩(wěn)導致振動的問題，我們開始試驗在濕粉煤灰中加入不同比例的鋼渣來穩(wěn)定料層。從50%開始逐步降低鋼渣摻量，經過多次試驗，終于在摻入約20%鋼渣時磨機也可以長期穩(wěn)定運行了，這就為今后的生產提供了操作參數依據。因為濕粉煤灰和鋼渣市場價格低廉，而生產的以粉煤灰為主的“復合粉”既可以用于業(yè)主自己的攪拌站，也可以對外銷售。

5 結束語

根據濕排粉煤灰的理化性質，為滿足我國用于水泥和混凝土中的粉煤灰標準的要求，粉磨工藝可采用烘干加管磨工藝和立式磨工藝。因傳統烘干加管磨的粉磨工藝具有工藝系統復雜、占地面積大、能耗高、污染大等弊端，又加之立式磨工藝自身具有烘干能力大、粉磨效率高、工藝流程簡單、產品質量穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，近年來，采用立式磨粉磨工藝粉磨粉煤灰技術的應用越來越多。

為適應粉磨濕排粉煤灰，對主機立式磨做了適應性改進，如磨盤的轉速采用變頻調速、維持穩(wěn)定料床的措施、合理設計磨輥組合、磨輥與襯板合理配合、進料口進行特殊設計。

[1] 田野, 楊剛.濕排粉煤灰的烘干處理工藝[J]. 建材技術與應用, 2012(09):37-40.

[2] 朱春啟, 楊春保,董江波. 粉煤灰磨細工藝的選擇[J].四川水泥, 2013(02):94-96.

TQ172.687

B

1008-0473(2016)04-0064-05 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.04.013

2016-01-04）