雙曲線進料裝置在輥壓機系統(tǒng)循環(huán)負荷精準控制中的應用

沈錫榮，顧云濤

球磨機閉路系統(tǒng)循環(huán)負荷受水泥產(chǎn)品顆粒分布、產(chǎn)質量及電耗等指標的影響，一般控制在100%～200%。輥壓機系統(tǒng)循環(huán)負荷受輥壓機、球磨機功率比影響，一般控制在100%～500%。目前常用“大輥壓機+小球磨機”的組合方式，系統(tǒng)循環(huán)負荷控制較高。輥壓機系統(tǒng)循環(huán)負荷等參數(shù)對水泥廠技術經(jīng)濟指標有著重要影響，精準控制循環(huán)負荷是水泥廠節(jié)能降耗的有效措施之一。但水泥廠在進行例行循環(huán)負荷檢測時，因取樣代表性不強、樣品制作檢測較繁瑣等原因，往往難以精準檢測控制循環(huán)負荷。

1 雙曲線進料裝置的運行情況

L公司有4套180860輥壓機雙選粉開路粉磨系統(tǒng)，工藝流程見圖1。2015年輥壓機出廠配置了直通固定式進料管，2018年1號輥壓機使用了雙曲線進料裝置。運行比較發(fā)現(xiàn)，使用雙曲線進料裝置的輥壓機，系統(tǒng)循環(huán)負荷稍低時低產(chǎn)低耗，循環(huán)負荷過低時低產(chǎn)高耗，循環(huán)負荷高時高產(chǎn)高耗，輥壓機做功多，但會產(chǎn)生部分熱能消耗。雙曲線進料裝置對輥壓機系統(tǒng)循環(huán)負荷的精準控制必要且可行。

2015年4月粉磨系統(tǒng)初產(chǎn)時，輥壓機、球磨機等做功＞90%，月均產(chǎn)量200t/h，電耗30kW·h/t，未能實現(xiàn)節(jié)能目標；2016年1月，投入半終粉磨系統(tǒng)運行，輥壓機做功在70%左右，月均產(chǎn)量180t/h，電耗28kW·h/t；2017年5月開始使用陶瓷球，月均產(chǎn)量160t/h，電耗＜25kW·h/t。2015年輥壓機出廠初始，直通固定式進料管的進料口軸向長度為1 600mm，2018年4臺輥壓機進料口寬度從期初500mm全部調至320mm，使用陶瓷球后，工序電耗穩(wěn)定在25kW·h/t內(nèi)。

2018年2月，1號輥壓機使用了雙曲線進料裝置，進料口尺寸長度為1 480mm，寬度為180～550mm，寬度可調節(jié)。系統(tǒng)高產(chǎn)運行時，進料口寬度調至350mm，輥壓機做功在70%，系統(tǒng)產(chǎn)量170t/h左右，電耗24kW·h/t；低產(chǎn)運行時，進料口寬度調至290mm，輥壓機做功在60%，系統(tǒng)產(chǎn)量155t/h左右，電耗在23kW·h/t內(nèi)；當進料口寬度＞450mm時，易振動塌倉，＜240mm時，料床較差，電耗上升。

引進雙曲線進料裝置試運行半年后，平衡產(chǎn)量與電耗，評估最經(jīng)濟參數(shù)，重設進料口尺寸。3、4號輥壓機主要生產(chǎn)普通水泥，進料口調寬至300mm；2號輥壓機僅生產(chǎn)高水分低標復合水泥，進料口調寬至330mm；車間綜合電耗同比上年降低1kW·h/t。生產(chǎn)比較中發(fā)現(xiàn)，雙曲線進料裝置下料口四周密封防泄漏效果較好，調節(jié)自如，對物料性能及產(chǎn)品需求變化適應能力強，可以增加輥壓機有效做功，同時降低循環(huán)負荷。2020年L公司又增加了2臺第二代雙曲線進料裝置，旺季、雨季時開大進料口控制，淡季進行小循環(huán)節(jié)能控制。

圖1 工藝流程圖

2 循環(huán)負荷的計算及進料裝置的比較

通過提升料壓、減少側漏、維護輥面花紋、增加系統(tǒng)壓力可增加輥壓機做功，尤其是通過擴大喂料口尺寸，增加輥面受料面積，可直接提升輥壓機做功能力。

2.1 循環(huán)負荷的計算

輥壓機循環(huán)負荷一般是按選粉機進出物料中某粒徑物料的篩余比例進行計算，但由于選粉機進出物料難以均布，取樣代表性差，碾碎料餅取粉等制樣方式極為繁瑣，料餅密度及厚度不勻，難以準確計算輥壓機物料通過量[1]。循環(huán)負荷為回料量與產(chǎn)量之比，參照提升負載簡易計算公式[3]，綜合考慮輥壓機下料沖擊動能等，對照臺時產(chǎn)量估算提升機提升料餅的不同電流時的輸送量，即輥壓機通過量G及循環(huán)負荷K：

式中：

η1——驅動效率，取0.9

G——輥壓機產(chǎn)量，即提升機輸送量，t/h

g——重力加速度，取9.8m/s

H——提升高度，L公司設備取45m

V1——排料速率，即提升機頭輪線速率，L公司設備取1.16m/s

V2——喂料速率，即輥壓機線速率，L公司設備取1.6m/s

P0——空載做功，kW·h；空載設備受設備磨損、積料等影響，以實際空載電流推算，P0=1.732I0U cosφ

I——提升機電流，A

I0——L公司提升機空載電流，取184A

U——電壓，取0.38kV

cosφ——功率因數(shù)，取0.85

N——系統(tǒng)產(chǎn)量，t/h；L公司取172.2、155.5、163.3高低中三個產(chǎn)量對比

K——循環(huán)負荷，%

2.2 進料裝置的比較

不同進料口尺寸運行參數(shù)對比見表1。

在1號輥壓機使用雙曲線進料裝置后，不斷調試進料口尺寸，與同原料的2號輥壓機直通固定的進料方式進行對比，調整合適的倉位，尋求最佳運行參數(shù)。當1號輥壓機進料口從350mm減小到290mm時，輥壓機循環(huán)負荷從227.9%下降至131.6%，系統(tǒng)節(jié)電1.1kW·h/t。試驗發(fā)現(xiàn)，當1號輥壓機進料口寬度＞400mm或料餅提升機電流＞190A時，產(chǎn)量提升幅度小，能耗增加幅度大，入磨料溫增加近20℃；當進料口寬度＜240mm時，不能形成穩(wěn)定料床，產(chǎn)量下降幅度較大，能耗上升拐點出現(xiàn)。物料變化時，系統(tǒng)參數(shù)也有所變化，輥壓機系統(tǒng)循環(huán)負荷視配套磨機能力控制在100%～300%，過高或過低均易增加系統(tǒng)能耗。

3 輥壓機能量的有效精準利用

輥壓機系統(tǒng)主要包括輥壓機、循環(huán)風機、換風風機、選粉機等設備，風機和選粉機動力消耗受風量、風阻、溫度及料氣比等影響，系統(tǒng)熱量平衡主要受料量、風量及溫度影響，輥壓機的做功主要用于顆粒破碎及摩擦生熱，破碎做功是有效做功。

表1 不同進料口尺寸運行參數(shù)對比

（1）能量的有效利用。熱量消耗、噪聲或循環(huán)運輸均為能量的無效使用，提升機、風機等設備單位消耗能量變化量較小，不作計算。反復對比參數(shù)發(fā)現(xiàn)，大循環(huán)操作時，入磨料溫溫升近10℃，循環(huán)氣體溫升5℃，由此推斷，輥壓機做功存在浪費的情況，部分做功用在了物料內(nèi)部摩擦生熱。通過比熱容公式（3）可測算物料及外排風溫升帶來的能量消耗。

物料溫升能量單位消耗Q1：

式中：

C——水泥的比熱容是0.84×103J/（kg·℃），系統(tǒng)混合細料參照水泥比熱容計算；焦耳（J）轉換千瓦時（kW·h）的系數(shù)2.78×10-7

M——材料重量，kg

△t——溫升，以1℃計

當系統(tǒng)產(chǎn)量為150t/h時，在3×105m3/h風量循環(huán)操作中，有1×105m3/h風量不斷進行著冷風吸入、熱風外排操作，能量消耗測算同上。為簡化計算，忽略空氣水分、壓力、溫度等影響，空氣以密度1.293kg/m3、比熱容1.0×103J/（kg·℃）計算。

外排風溫升能量單位消耗Q2：

由此測算，物料及氣體溫度升高時能量消耗較大。再加上提升運輸?shù)仍斐傻哪芰坷速M、高溫靜電等負面的影響以及因進料口截面加大導致的循環(huán)負荷提高等原因，雖然輥壓機做功增加，但系統(tǒng)不一定節(jié)能。另外，輥壓機對粗顆粒的破碎能力強，對細粉的處理能力偏弱，大量細粉進入擠壓輥導致輥壓機擠壓效果大幅下降。只有當進入擠壓輥的顆粒級配合理，形成密實穩(wěn)定的料床，實現(xiàn)“料擠料”和“高壓小循環(huán)”，能夠將物料一次擠壓成合格細粉，能量利用率才能最優(yōu)。

（2）能量的精準利用。每調整一次輥壓機參數(shù)，水泥顆粒級配及理化性能都會有變化，但常規(guī)篩析檢測難以發(fā)現(xiàn)。若將物料顆粒粒徑從80μm磨成60μm，或將物料顆粒粒徑從40μm磨成30μm，常規(guī)45μm篩篩析分析檢測不到變化；若將物料顆粒粒徑從50μm磨成40μm，則45μm篩篩析分析檢測調整效果立見。因此，能量最好精準利用在將熟料顆粒磨到3～32μm內(nèi)，反復調整后，找到最佳運行參數(shù)。

4 循環(huán)負荷精準控制

低壓大循環(huán)時，物料間的摩擦增多，部分做功用于產(chǎn)生細粉，是有效做功，而部分摩擦生熱則是能量消耗。細粉量增加，帶來產(chǎn)量增加，電耗下降，不能抵消摩擦生熱的能量浪費時，系統(tǒng)運行便不再經(jīng)濟。精準調節(jié)輥壓機系統(tǒng)循環(huán)負荷非常必要。

通過調節(jié)風量或選粉機轉速，可以實現(xiàn)精準控制，但若不調節(jié)輥壓機進料口尺寸、選粉系統(tǒng)料氣比波動，輥壓機將不能穩(wěn)定生產(chǎn)。如大進料口時用小風，細粉則不能及時外排，將會帶來塌倉等異常情況；如小進料口時用大風，則會導致細粉過少，料床不密實，輥壓機產(chǎn)生波動或能耗上升。運行過程中宜根據(jù)進料口尺寸、輥壓等配合倉位的調節(jié)，精準控制輥壓機喂料量。

現(xiàn)行進料裝置大多未解決流量調節(jié)板下端與圓弧輥面周向泄壓漏料的問題，輥端面與側擋板間物料側漏也未處理好，過多的漏料溢料使精準調節(jié)困難。較為常見的是某杠桿式進料裝置的調節(jié)板繞軸擺動，無法控制調節(jié)板下端與圓弧形輥面間隙，二者間隙＞150mm時，側擋板與輥端間隙較大，造成輥壓機系統(tǒng)循環(huán)量增大，選粉機負荷增大，大量未選出的細粉進入循環(huán)，增加了后續(xù)輸送和選粉設備的工作負荷。尤其是，杠桿進料裝置的調節(jié)板通過托料方式調節(jié)物料流量，造成輥面上部與翻板下部的滑移喂料區(qū)物料不密實，物料不受限，被擠壓后易上溢，造成料壓損失。

新型輥壓機雙曲線進料裝置調節(jié)板受設定曲線限制，具備傳統(tǒng)直線拔插型及旋轉擺動型進料裝置的優(yōu)點，調節(jié)板使用曲線滑槽機構，側擋板使用楔塊機構，在上、下轉軸及滑軌的限位下，通過蝸輪螺桿升降機推拉；調節(jié)板下端沿輥面圓弧作曲線移動，輥壓機進料溜管下料截面面積隨之改變，同時保持調節(jié)板下端與圓弧輥面間隙恒定在5～15mm；在側擋板內(nèi)側增設人字形耐磨件嵌入輥面30～50mm，形成凹凸密封，上部絲桿通過一組楔塊擠壓調節(jié)，確保側擋板貼緊輥端面；輥壓機進料口軸向、周向四周無泄壓漏料，完善了輥壓機喂料機構，實現(xiàn)了系統(tǒng)循環(huán)負荷精準控制[2]。

5 結語

輥壓機精準做功是粉磨系統(tǒng)節(jié)能的核心，雙曲線進料裝置可對輥壓機系統(tǒng)循環(huán)的負荷進行精準控制，可在高產(chǎn)低耗間尋求最佳平衡或按需切換。視配套磨機能力，循環(huán)負荷控制在120%～240%較經(jīng)濟，過高或過低的循環(huán)負荷易增加系統(tǒng)能耗。