陶瓷研磨體在水泥粉磨中的節(jié)能降耗實(shí)踐

曾廷祥，張小龍，冉文廷

（隴南祁連山水泥有限公司，甘肅 隴南 426000 ）

近兩年來，在水泥粉磨系統(tǒng)應(yīng)用了一種質(zhì)輕、耐磨、微晶氧化鋁陶瓷研磨體，其顯著節(jié)電效果、降低噪音及鉻污染的環(huán)保優(yōu)勢，被眾多的水泥企業(yè)所認(rèn)可和接受，為水泥行業(yè)節(jié)能降耗帶來效益，也是水泥干法粉磨高產(chǎn)、低耗、清潔生產(chǎn)的有效途徑之一。

2015年，隴南祁連山水泥有限公司水泥粉磨工序電耗曾高達(dá)36.17kWh/t，為進(jìn)一步挖掘生產(chǎn)潛力，降低水泥粉磨工序電耗，決定在1號水泥磨嘗試應(yīng)用新型陶瓷研磨體替代高鉻鑄球，以有效降低粉磨工序電耗及生產(chǎn)成本。其工藝配置為：φ3.8m×13m球磨機(jī)與1 400×800mm輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)；預(yù)期目標(biāo)：噸水泥節(jié)電3～5kWh；臺時產(chǎn)量降低≤10%（P·O42.5）；陶瓷研磨體破損率≤0.5%。

1 陶瓷研磨體使用后總體運(yùn)行效果

1.1 研磨體級配及填充率

2016年6月在隴南祁連山水泥有限公司1號水泥磨二倉應(yīng)用陶瓷研磨體后，通過近兩年的不斷調(diào)整和系統(tǒng)的改進(jìn)完善，目前磨內(nèi)級配及填充率為：一倉選用鋼球φ40mm、φ30mm、φ25mm、φ20mm共計51t，填充率29.61%；二倉選用陶瓷研磨體φ25mm、φ20mm、φ17mm、φ15mm共計75.6t，填充率37.98%，總重量共計126.6t。

1.2 總體運(yùn)行效果

使用陶瓷研磨體之后，1號水泥磨正常工作電流在95～105A，較使用鋼球的電流降幅在40～45A左右；磨機(jī)筒體表面溫度下降20℃左右；磨機(jī)滑履瓦溫度下降10℃左右；磨房噪聲降低6.3dB（改造前為92.2dB，改造后測定為85.9dB）。磨機(jī)總裝載量由原來的鋼球磨160t下降到目前的總裝載量126.6t，下降33.4t，對設(shè)備損耗，磨內(nèi)襯板、隔倉板等的磨損下降；使用兩年后，2018年初隔倉板移位改造時清倉，未發(fā)現(xiàn)碎球，對各種球徑陶瓷研磨體進(jìn)行卡尺測量球徑，均未發(fā)現(xiàn)明顯的球徑變小情況見圖1。

本廠 2套水泥粉磨系統(tǒng)配置相同，1號磨更換陶瓷研磨體后，2套系統(tǒng)工藝運(yùn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比見表1：2017年1～12月臺時產(chǎn)量下降9.63t/h，降幅7.29%；單產(chǎn)電耗下降2.93kWh/t，降幅9.17%；2018年1～6月份臺時產(chǎn)量下降6.44t/h，降幅4.71%；單產(chǎn)電耗下降4.55kWh/t，降幅14.32%；水泥產(chǎn)品工藝質(zhì)量基本保持穩(wěn)定不變。

2 不同階段調(diào)整情況及臺時產(chǎn)量、電耗變化

2.1 第一階段

2016年6月5日陶瓷研磨體加裝完成，一倉鋼球裝置量38t，二倉陶瓷研磨體90t，運(yùn)行至6月25日1號磨平均臺時產(chǎn)量約為100t/h左右（最高達(dá)到115t/h左右），較2號磨臺時產(chǎn)量下降20t/h左右；與此同時，運(yùn)行中1號磨磨頭出現(xiàn)返灰現(xiàn)象，我們對整個粉磨系統(tǒng)進(jìn)行排查和運(yùn)行分析，初步判斷為磨機(jī)填充率偏高，而引起了磨頭返灰。我公司管理人員與陶瓷研磨體供應(yīng)商現(xiàn)場調(diào)試人員進(jìn)行充分溝通后，7月初將一倉混合鋼球倒出2t左右，運(yùn)行中磨頭返灰現(xiàn)象有所緩解，臺時略有上升但不穩(wěn)定，7月中旬將二倉混合陶瓷球倒出10t左右，二倉剩余球裝載量80t左右，磨頭返灰現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，臺時產(chǎn)量比較穩(wěn)定，由原來的100t提高到118.42t見表2。

表1 2套水泥粉磨系統(tǒng)工藝運(yùn)行參數(shù)對比

圖1 2018年2月份測量的各規(guī)格陶瓷研磨體球徑

表2 2016年7～2017年2月份1、2號磨運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

2.2 第二階段

2017年2月份，為提高一倉的鋼球裝載量，進(jìn)一步發(fā)揮一倉的粉磨能力，杜絕磨頭返灰，對磨頭進(jìn)料口加裝30mm螺旋進(jìn)料擋板，并補(bǔ)加鋼球約6.5t，對兩倉級配、裝載量進(jìn)行了調(diào)整見圖2、圖3。調(diào)整完成后，一倉裝載量達(dá)到了42.5t，填充率為29.61%，平均球徑為28.82mm，二倉填充率保持37.98%，平均球徑約為18.43mm，具體方案按照一倉鋼球φ40/7.5t、φ30/15t、φ25/15t、φ20/5t；二倉則按照φ25/15t、φ20/15t、φ17/25t、φ15/25t的級配，陶瓷研磨體裝載量共計80t。調(diào)整之后1號磨兩倉總裝載量控制在122.5t，比原來的128t減少了5.5t；運(yùn)行數(shù)據(jù)對比見表3。

圖2 磨頭改造前

圖3 磨頭改造后

表3 2017年3～8月份1、2號磨運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

運(yùn)行效果：臺時產(chǎn)量下降10.38t/h，降幅7.83%，單產(chǎn)電耗下降2.67kWh/t，降幅8.64%。

2.3 第三階段

為了進(jìn)一步發(fā)揮輥壓機(jī)的作用，2017年9月份對輥壓機(jī)進(jìn)料裝置進(jìn)行了升級改造，由于原有輥壓機(jī)下料裝置為手動棒閘，調(diào)整下料大小需要人工現(xiàn)場通過開關(guān)棒閘，調(diào)整不及時且不易控制，現(xiàn)場開關(guān)棒閘危險系數(shù)高，且經(jīng)過長時間的物料沖刷和磨損后，進(jìn)入輥壓機(jī)的物料大部分從輥壓機(jī)輥面兩側(cè)流走，并未經(jīng)過輥壓機(jī)輥面，從而使斗式提升機(jī)負(fù)荷增加，物料內(nèi)循環(huán)嚴(yán)重，輥壓機(jī)的做功能力差。原有輥壓機(jī)運(yùn)行電流只有19A左右，斗式提升機(jī)電流在175A左右。

改造后的下料裝置由手動棒閘、氣動閘板和電動流量調(diào)節(jié)閘板等組成，運(yùn)行中雙層手動棒閘不用調(diào)整，打開氣動閘板后由電動流量調(diào)節(jié)閘板控制進(jìn)料量，由中控根據(jù)下料情況及時調(diào)整。投入運(yùn)行后，輥壓機(jī)電流升高至24～32A之間，斗式提升機(jī)電流降低至140A左右，較改進(jìn)之前下降了約35A左右，達(dá)到了節(jié)約能耗的目的。

改進(jìn)后的下料裝置見圖4、圖5，尤其是在側(cè)擋板區(qū)域有較好的物料密封作用，可以保證小倉內(nèi)足夠的料壓，物料能夠充分的經(jīng)過輥縫間隙內(nèi)被擠壓破碎，通過在輥壓機(jī)下方的檢查口觀察，物料基本呈現(xiàn)料餅狀形態(tài)，在進(jìn)入V型選粉機(jī)內(nèi)，可以完全達(dá)到粗選粉的選級要求，減少了物料被重復(fù)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的現(xiàn)象；運(yùn)行數(shù)據(jù)對比見表4。

表4 2017年9月～2018年2月份1、2號磨運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

圖4 下料裝置改造前

圖5 下料裝置改造后

運(yùn)行效果：臺時產(chǎn)量下降9.33t/h，降幅7.04%，單產(chǎn)電耗下降3.3kWh/t，降幅9.75%。

2.4 第四階段

為了進(jìn)一步提高一倉研磨能力2018年2月將1號磨一倉隔倉板后移50cm，將一倉有效長度從現(xiàn)有的3.1m擴(kuò)充至3.6m，通過加大一倉的裝載量和對一、二倉填充率、級配的調(diào)整，從而將1號水泥磨粉磨功效進(jìn)一步提高。一倉延長后裝載量由現(xiàn)有的42.5t提高至51t左右，填充率則保持在29.61%左右基本不變，保證一倉破碎及部分研磨效果。二倉則由于隔倉板整體往磨尾方向后移，有效長度由原來的9.1m縮短至8.6m左右，填充率變化保持原有37.98%左右不變，裝載量調(diào)整為75.6t左右見圖6、圖7。

對二倉陶瓷研磨體級配重新進(jìn)行調(diào)整，盡量減少大直徑陶瓷研磨體數(shù)量的搭配，將直徑為20mm和17mm的陶瓷研磨體，由原來的15t和25t分別調(diào)整至25t和24t；將直徑為25mm的陶瓷研磨體，由原來的15t調(diào)整為6t；直徑15的陶瓷研磨體由25t調(diào)整為20.6t，平均球徑調(diào)整為18.08mm。采取提高研磨體個數(shù)的方式增加裝載量和研磨體與物料的接觸點(diǎn)，保證物料充分得到研磨以達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)要求；運(yùn)行數(shù)據(jù)對比見表5。

圖6 隔倉板移位之前

圖7 隔倉板移位之后

表5 2018年3月～6月份1、2號磨運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

運(yùn)行效果：臺時產(chǎn)量下降6.11t/h，降幅4.44%；單產(chǎn)電耗下降4.59kWh/t，降幅14.57%。

3 使用后效益分析

3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

1號磨按照年生產(chǎn)水泥45萬t、平均電耗較2號磨下降4kWh/t計算，年節(jié)約用電180萬kWh，電價按均價0.45元計算，節(jié)約電費(fèi)81萬元。因使用陶瓷研磨體后幾乎無消耗，噸水泥鋼球消耗按減少30g/t計算，節(jié)約鋼球消耗13.5t，按8 000元/t計算，節(jié)約成本10.8萬元。年累計可節(jié)約費(fèi)用約91.8萬元以上。

3.2 間接效益

由于使用陶瓷研磨體之后，磨機(jī)總裝載量下降，磨機(jī)滑履、減速機(jī)等設(shè)備承載力降低，陶瓷研磨體與磨機(jī)襯板的磨損消耗下降，設(shè)備損耗進(jìn)一步降低，間接節(jié)省更換和維修成本。

3.3 環(huán)境效益

磨房噪聲下降，鋼球、襯板消耗下降，節(jié)約資源。

4 使用經(jīng)驗總結(jié)

4.1 要重視入磨物料水分的控制

物料水分過大，容易造成研磨體、隔倉板等粘附物料影響粉磨效果。同時，磨內(nèi)結(jié)構(gòu)對粉磨影響較大，傳統(tǒng)的隔倉板容易造成篦縫堵塞影響磨機(jī)通風(fēng)和過料能力，應(yīng)采用復(fù)合型防堵塞隔倉板及出磨篦板，可有效防止雜質(zhì)及研磨體碎渣卡塞篦縫，影響磨機(jī)的運(yùn)行。7月份1號磨隔倉板堵塞，由于使用傳統(tǒng)隔倉板，篦縫磨損嚴(yán)重，加之收到雨季影響進(jìn)廠混合材水分偏大，造成隔倉板堵塞，利用峰谷電價停磨，至少3天清理一次。

4.2 必須重視選粉機(jī)的分級能力

選粉機(jī)的喂料一定要穩(wěn)定，選粉機(jī)的分級性能要好，選粉效率要高，選粉機(jī)的選粉能力要有一定的富裕，確保成品能夠及時分選出去。

4.3 應(yīng)關(guān)注物料的易磨性

在其他物料相對穩(wěn)定不變的情況下，熟料的易磨性對臺時產(chǎn)量的影響較大，特別是熟料中細(xì)小飛沙料較多時，臺時產(chǎn)量下降很明顯。公司在熟料質(zhì)量不穩(wěn)定、窯前飛沙較大時，對應(yīng)生產(chǎn)P·O42.5水泥，2臺磨臺時產(chǎn)量相差20t左右。

4.4 水泥強(qiáng)度等級不同的影響

生產(chǎn)不同等級的水泥，使用陶瓷研磨體較使用鋼球磨臺時下降幅度大。目前生產(chǎn)2個品種水泥，生產(chǎn)P·C32.5水泥時，2臺磨臺時產(chǎn)量均在145～150t，幾乎無差距；生產(chǎn)P·O42.5水泥時，2臺磨臺時相差5～10t，熟料配比越高相差越大。

4.5 陶瓷研磨體與鋼球不宜混裝

陶瓷研磨體屬非金屬耐磨材料，不易與金屬研磨體混合使用，使用過程中一定要加強(qiáng)磨機(jī)的管理，避免金屬研磨體進(jìn)入細(xì)磨倉，造成陶瓷研磨體的磨損加快及破碎。

5 下一步調(diào)整思路

（1）目前使用的是傳統(tǒng)的隔倉板和出磨篦板，堵塞及糊篦縫現(xiàn)象嚴(yán)重，對隔倉板及出磨篦板進(jìn)行改造，使用新型復(fù)合型防堵塞隔倉板及出磨篦板，進(jìn)一步提升磨內(nèi)通風(fēng)機(jī)過料能力。

（2）目前使用的選粉機(jī)為O-Sepa選粉機(jī)（N3000），與目前新型高效選粉機(jī)相比較，選粉效率較低，通過對選粉機(jī)的改造，進(jìn)一步提升磨機(jī)的臺時產(chǎn)量。

（3）對磨內(nèi)襯板進(jìn)行改進(jìn)，計劃將磨機(jī)一倉階梯襯板改為大波型襯板，二倉則升級為小波紋襯板+活化環(huán)的組合模式，以達(dá)到更好的節(jié)能增產(chǎn)效果。