水泥能耗標(biāo)準的修訂與節(jié)能降耗技術(shù)（下）

狄東仁，陶從喜，柴星騰

（上接2018年第1期）

在不斷的工程實踐中，天津院有限公司從固定端斜坡角度、篦板的結(jié)構(gòu)形式、固定篦床和活動篦床之間高差的減少等，對第四代篦冷機進行優(yōu)化改進，在滿足工藝熱回收率的前提下，進一步減少篦床阻力，降低系統(tǒng)電耗。繼而，引進中置輥式破碎技術(shù)，進一步提高熟料熱量的回收利用率，降低出冷卻機熟料溫度，改善熟料易磨性，降低粉磨系統(tǒng)電耗。在此基礎(chǔ)上，采用CFD模擬技術(shù)研究了篦冷機內(nèi)部物料及氣流的分布規(guī)律（圖4），為篦冷機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

圖4 篦冷機內(nèi)空氣和熟料溫度場分布

3.1.5 燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)的工程應(yīng)用

天津院有限公司研發(fā)的上述燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)與裝備已應(yīng)用于河南孟電水泥有限公司5 500t/d水泥生產(chǎn)線。孟電公司有兩條5 500t/d生產(chǎn)線，一線于2016年6月竣工點火，目前該生產(chǎn)線已穩(wěn)定投產(chǎn)運行一年多，主要指標(biāo)見圖5；二線于2017年2月點火，5月通過業(yè)主考核驗收，考核煤耗93.02kg標(biāo)煤/t熟料。燒成系統(tǒng)主要配置為：窯尾高效低氮六級預(yù)熱器系統(tǒng)，兩檔短窯，帶中置輥式破碎機的第四代行進式冷卻機，高效低氮的煤粉燃燒器，主要運行指標(biāo)見圖5。孟電燒成系統(tǒng)運行參數(shù)見圖6。

3.2 粉磨節(jié)能降耗技術(shù)

3.2.1 生料輥磨粉磨技術(shù)

生料輥磨系統(tǒng)具有粉磨效率高、烘干能力強、原料適應(yīng)性好、工藝流程簡單等特點，電耗比球磨系統(tǒng)低15%～30%，節(jié)能效果明顯，一直是生料粉磨的主選方案。

圖5 孟電一線運行狀況

圖6 孟電燒成系統(tǒng)運行參數(shù)

圖7 TRM6041生料輥磨

表4 TRM6041生料輥磨系統(tǒng)配置

2012年5月TRM6041生料輥磨在河北礦峰水泥公司正式投入運行，這也是迄今為止國產(chǎn)化最大規(guī)格的輥磨，磨盤直徑φ6m，裝機功率5 000kW，設(shè)計產(chǎn)量540t/h，磨機的外形見圖7。磨機及系統(tǒng)的主要設(shè)備參數(shù)見表4。

實際運行情況如下：

原料易磨性Bi=13.3kWh/t（易磨性較差）

產(chǎn)量 592t/h（干基）

生料細度 R80μm=18.3%

磨機電耗 7.8kWh/t

系統(tǒng)電耗15.6kWh/t（從原料配料到成品入庫）

振動情況 水平0.7mm/s，垂直1.4mm/s

部分早期的生料輥磨如2 500t/d生產(chǎn)線配套的MLS3626生料輥磨，存在生料細度偏粗、磨機出力不足、產(chǎn)量偏低、維護工作量大等問題，針對這些問題，天津院有限公司借助自身的輥磨開發(fā)設(shè)計經(jīng)驗，提出了利用TRM輥磨技術(shù)進行升級改造的方案，主要內(nèi)容包括：

（1）選粉機改造。采用引進技術(shù)許可設(shè)計的LV型選粉機替代MLS3626磨機自帶的選粉機，規(guī)格為φ5 000mm×2 120mm，保留原有傳動。其特點是：通過優(yōu)化氣體速率，允許更多的物料直接進入選粉機；通過在輥磨內(nèi)安裝LV氣室，避免成品細粉重新落到磨盤上再循環(huán)；減少磨機和分離器的壓損，有效減少物料內(nèi)循環(huán)。

（2）磨盤改造。原有MLS3626磨機的軌道直徑為φ3 600mm，以擋料圈內(nèi)側(cè)計量，則磨盤直徑超過φ4 200mm，為了滿足與TRM型磨機磨輥配合的要求，需要對磨盤的襯板進行改造，以滿足平盤錐輥的配合要求。

（3）磨輥模塊改造。按照磨盤直徑φ4 200mm要求，原磨盤轉(zhuǎn)數(shù)25.7r/min保持不變，根據(jù)磨機功率計算結(jié)果，選擇TRMR42.4配套的4個磨輥，磨輥直徑φ2 000mm，輥寬750mm。部分改造案例見表5。

3.2.2 生料輥壓機終粉磨系統(tǒng)技術(shù)

因輥壓機擠壓力遠高于輥磨，而且料床受限狀態(tài)更好，所以一次通過物料的擠壓效率較高，能量利用率高于輥磨；更為重要的是，輥壓機系統(tǒng)中的物料提升是通過斗式提升機完成，而輥磨主要是依靠氣體攜帶進入上部選粉機內(nèi)，導(dǎo)致輥磨風(fēng)機電耗高于輥壓機。為不斷挖潛粉磨效率，降低粉磨電耗，提高水泥企業(yè)效益，采用生料輥壓機終粉磨系統(tǒng)技術(shù)成為近年來生料粉磨系統(tǒng)的重要選擇。生料輥壓機終粉磨系統(tǒng)與球磨機系統(tǒng)和輥磨系統(tǒng)相比，可分別節(jié)電8～10kWh/t和3～5kWh/t，同時，由于生料中粗顆粒含量少，且顆粒有更多裂紋，其易燒性更好。

天津院有限公司首臺TRP180/140生料輥壓機于2011年底在中材萍鄉(xiāng)投入運行，5 000t/d生產(chǎn)線配套的大型生料輥壓機TRP220/160系統(tǒng)于2013年在祁連山漳縣和古浪先后投產(chǎn)，引領(lǐng)了我國該系統(tǒng)技術(shù)與裝備的發(fā)展。

5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線配套的單套輥壓機終粉磨系統(tǒng)，要求產(chǎn)量≮450t/h，這是目前國內(nèi)水泥行業(yè)采用的規(guī)格最大的輥壓機。對于邦德功指數(shù)為11kWh/t左右的中等易磨性生料，粉磨至0.08mm方孔篩篩余12%～14%時，輥壓機本身電耗約為7.5kWh/t。為此開發(fā)的TRP220-160生料輥壓機，裝機功率應(yīng)當(dāng)達到4 000kW，運行功率應(yīng)為裝機功率的85%左右。到目前為止，共有四套TRP220-160生料輥壓機終粉磨系統(tǒng)投入運行，分別是2013年投產(chǎn)的祁連山古浪、祁連山漳縣項目，2015年投產(chǎn)的大冶尖峰生料粉磨系統(tǒng)改造項目和2016年投產(chǎn)的廣州珠水生料粉磨系統(tǒng)改造項目。因該系統(tǒng)采用了生料輥壓機系統(tǒng)專用的TVSu型立式選粉機，有效地控制了生料成品的200μm篩篩余，從而改善了生料易燒性，降低了系統(tǒng)電耗。

表5 部分生料輥磨改造效果

3.2.3 水泥輥壓機預(yù)粉磨技術(shù)

經(jīng)過近三十年的發(fā)展，輥壓機預(yù)粉磨系統(tǒng)從最初的循環(huán)預(yù)粉磨和混合粉磨，經(jīng)過聯(lián)合粉磨，發(fā)展到當(dāng)下的半終粉磨，總的趨勢是輥壓機功率與球磨機功率之比越來越大。水泥輥壓機預(yù)粉磨系統(tǒng)是目前中國水泥制造工藝的主導(dǎo)方案，其基本特點：（1）采用了高效節(jié)能的輥壓機裝置，系統(tǒng)電耗顯著降低；（2）保留了球磨機，使水泥性能基本保持了傳統(tǒng)球磨機水泥的基本特性；（3）將粉磨作業(yè)一分為二，便于系統(tǒng)產(chǎn)能的大型化設(shè)計。各種預(yù)粉磨系統(tǒng)的優(yōu)缺點詳見表6。

循環(huán)預(yù)粉磨和混合粉磨（少部分選粉機粗粉回輥壓機）是輥壓機問世初期普遍采用的系統(tǒng)，流程簡單，便于已有球磨機的改造。因擠壓物料未經(jīng)選粉（即循環(huán)擠壓），含有大量細粉，易造成料床失穩(wěn)，循環(huán)量受限，因此輥壓機規(guī)格不能太大，提產(chǎn)和節(jié)電幅度有限。入球磨物料含有粗顆粒，對球磨機的操作管理不利。

聯(lián)合粉磨系統(tǒng)是伴隨V型選粉機的應(yīng)用而出現(xiàn)的二代輥壓機預(yù)粉磨系統(tǒng)，因擠壓物料經(jīng)過分選后粗粉再循環(huán)擠壓，輥壓機的規(guī)格開始大型化，入球磨機物料比表面積達到2 000cm2/g左右，且不含粗顆粒，提產(chǎn)和節(jié)能幅度大增。首套國產(chǎn)化聯(lián)合粉磨系統(tǒng)于2004年在天津振興水泥公司投入運行。

單動態(tài)選粉機半終粉磨系統(tǒng)是在總結(jié)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，于2006年開發(fā)的第三代輥壓機預(yù)粉磨系統(tǒng)，在亞泰哈爾濱水泥廠首次應(yīng)用。該系統(tǒng)的最顯著特點是，出V型選粉機的細粉再經(jīng)過二次分選，合格細粉進入成品，粗粉入球磨，球磨機的粉磨效率進一步提高，同時解決了聯(lián)合粉磨系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機的磨損問題，提高了運轉(zhuǎn)率。

表6 水泥輥壓機預(yù)粉磨系統(tǒng)特點

雙動態(tài)選粉機半終粉磨系統(tǒng)是單動態(tài)選粉機半終粉磨系統(tǒng)的一種變形，將動態(tài)選粉機一分為二，便于調(diào)控V型選粉機用風(fēng)，進而提高輥壓機系統(tǒng)的分選效率和擠壓效率，利于系統(tǒng)操作。該系統(tǒng)的應(yīng)用前提是，單位產(chǎn)品輥壓機功耗較大，半成品比表面積＞2 000cm2/g，前置動態(tài)選粉機可以分選出較多的合格細粉。

巴基斯坦CCC二線總承包項目采用TRP1800/1400、2×1 400kW輥壓機+φ4.2m×13m、3 550kW球磨機+單動態(tài)選粉機的半終粉磨系統(tǒng)，運行情況如下：

水泥配比：熟料91%，石膏4.5%，石灰石4.5%

比表面積：3 300cm2/g

干基產(chǎn)量：260t/h

系統(tǒng)電耗：≤30kWh/t

3.2.4 水泥輥磨終粉磨技術(shù)

水泥粉磨是水泥生產(chǎn)耗電量最大的環(huán)節(jié)，不僅影響最終成品的質(zhì)量，而且直接影響水泥生產(chǎn)成本。水泥輥磨終粉磨技術(shù)是用輥磨將熟料、石膏和各種混合材粉磨成符合市場要求的水泥成品。在國外，該技術(shù)日臻成熟，并得到廣泛應(yīng)用，但在國內(nèi)，與原料磨、煤磨的應(yīng)用相比，滯后較多。

天津院自“十一五”期間即開始了水泥輥磨的開發(fā)研究，經(jīng)歷了理論分析、實驗室試驗、工業(yè)試驗及工業(yè)實踐全過程，形成了TRMK25～TRMK60系列產(chǎn)品，銷售業(yè)績超過50臺套，處于國產(chǎn)水泥輥磨前列。

TRMK水泥輥磨采用錐形磨輥和傾斜磨盤的配合方式，可以保證粉磨細物料時形成穩(wěn)定的料床，每個磨輥的小端負責(zé)為后續(xù)磨輥準備料床，而磨輥大端負責(zé)研磨物料，結(jié)構(gòu)簡單、可靠實用。磨盤襯板和磨輥輥套采用表面硬質(zhì)堆焊耐磨材料，選粉機葉片采用特殊的優(yōu)質(zhì)耐磨板，保證設(shè)備的磨損最小，減少設(shè)備維護時間，提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率。采用動靜態(tài)組合式高效籠型選粉機，能夠保證水泥的比表面積在合理范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，并保證水泥成品顆粒分布均勻。磨機通過控制磨內(nèi)溫度保證水泥中石膏的適度脫水。

TRMK4541是該系列水泥輥磨的代表機型，首臺樣機于2010年在越南福山水泥有限公司成功投產(chǎn)，裝機功率4 000kW，系統(tǒng)產(chǎn)量≥180t/h，系統(tǒng)電耗28kWh/t左右。磨機振動小，運行穩(wěn)定，磨輥輥套及磨盤襯板使用壽命達到保證值。

相同規(guī)格及系統(tǒng)配置的水泥輥磨在安康堯柏的運行情況見表7。

其中，P·O42.5水泥配比為熟料80%、石膏6%、石灰石6%、礦渣8%，比表面積3 600cm2/g，產(chǎn)量196t/h。P·C32.5水泥配比為熟料60%、石膏6%、石灰石32%、礦渣2%，比表面積4 000cm2/g，產(chǎn)量192t/h。

3.2.5 煤輥磨粉磨技術(shù)

TRMC型煤輥磨是在TRM型原料輥磨技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)煤粉制備特點和要求開發(fā)而成，具有粉磨效率高、烘干能力強、細度調(diào)節(jié)靈活、運行穩(wěn)定等 特 點 ，已 形 成 TRMC20、TRMC23、TRMC28、TRMC31、TRMC36等系列產(chǎn)品，可以滿足2 500～8 000t/d生產(chǎn)線的配套要求。

表7 TRMK4541水泥輥磨運行統(tǒng)計

輥磨制備煤粉的最大優(yōu)點是對原煤的水分適應(yīng)強，風(fēng)掃球磨中原煤水分＞12%時煤粉水分很難控制，特別是粉磨高水分的褐煤時更加困難，而輥磨可以通入大量風(fēng)速較高的熱風(fēng)，熱交換效果好，可以烘干粉磨水分20%以上的煤，并能保證煤粉水分。

無煙煤在水泥行業(yè)越來越多地被使用，具有摩擦系數(shù)小、煤粉細度要求細、流動性好等特點。無煙煤在輥磨中形成料床困難，曾被認為不宜采用輥磨粉磨，但是經(jīng)過研究分析和實踐得出，只要采取相應(yīng)措施，輥磨完全可以適應(yīng)無煙煤的粉磨要求。拉法基三岔5 000t/d生產(chǎn)線即采用了TRMC3131輥磨粉磨無煙煤，產(chǎn)量達40t/h以上，細度R80μm=2%，磨機電耗15kWh/t，運行非常穩(wěn)定。該磨還被拉法基用于印度CHI的5 000t/d生產(chǎn)線粉磨石油焦，產(chǎn)量超過25t/h，細度R90μm=3%。

埃及白水泥SWCC項目也采用了輥磨粉磨石油焦，磨機規(guī)格為TRMC23.3、640kW。2016年初投產(chǎn)運行，因系統(tǒng)輔機問題，經(jīng)過整改和調(diào)試，達到合同要求：哈氏指數(shù)HGI≥40，產(chǎn)品細度R90μm＜2%，磨機產(chǎn)量≥22t/h，系統(tǒng)電耗≤41kWh/t。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代新型干法技術(shù)的進步及水泥企業(yè)管理水平的不斷提升，迫切需要對GB 16780-2012《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》國家標(biāo)準進行修訂，對水泥企業(yè)節(jié)能降耗提出新的更高更合理的要求，促進水泥生產(chǎn)企業(yè)采取措施降低生產(chǎn)能耗，以確保水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

通過采用高效低阻的六級預(yù)熱器帶高效低氮分解爐的預(yù)分解技術(shù)、兩檔支承的短回轉(zhuǎn)窯、低一次風(fēng)量低NOX燃燒的煤粉燃燒器、帶中置輥式破碎機的第四代行進式無漏料篦式冷卻機等新技術(shù)新裝備，可實現(xiàn)水泥熟料燒成系統(tǒng)的大幅節(jié)能降耗；采用新型輥磨及輥壓機粉磨水泥生料，采用輥磨做水泥終粉磨、優(yōu)化大型輥壓機加小球磨的新型粉磨技術(shù)可實現(xiàn)水泥粉磨系統(tǒng)的節(jié)能降耗；采用輥磨粉磨煤粉可大幅減少粉磨電耗?？傊谒嗌a(chǎn)中，通過采用本文中經(jīng)實踐檢驗的成熟可靠的技術(shù)及裝備，可實現(xiàn)水泥生產(chǎn)的節(jié)能降耗的總體要求，從而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)的節(jié)能減排。

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