高效綠色節(jié)能型“雙風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)

胡澤武，楊萍，侯興遠(yuǎn)

1 前言

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外高爐礦渣微粉生產(chǎn)線普遍采用以輥磨為核心粉磨設(shè)備的工藝技術(shù)路線，部分生產(chǎn)線采用輥磨粉磨水泥熟料的工藝技術(shù)路線。傳統(tǒng)粉磨工藝系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，也稱為“單風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)，其工藝流程如圖1 所示?！皢物L(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱為“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)）由輥磨、袋收塵器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐及相關(guān)輔機(jī)等設(shè)備組成。其中，輥磨承擔(dān)粉磨、選粉、磨內(nèi)烘干等功能，袋收塵器承擔(dān)產(chǎn)品收集與氣體凈化功能，循環(huán)風(fēng)機(jī)承擔(dān)物料輸送和氣體循環(huán)功能，外置熱風(fēng)爐用于提供烘干熱風(fēng)，以滿足成品水分要求。在目前水泥生產(chǎn)提產(chǎn)節(jié)能、超低排放等綠色生產(chǎn)要求新形勢(shì)下，“單風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)的技術(shù)缺陷和不足逐漸顯現(xiàn)。

圖1 “單風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

鑒于對(duì)最終產(chǎn)品的性能或標(biāo)準(zhǔn)要求（如礦渣微粉比表面積＞400~500m2/kg、水泥細(xì)度控制R45μm＜5%，水分＜0.5%），相對(duì)于粉磨其他物料，粉磨礦渣微粉在研磨及選粉效率、微粉收集效率、烘干能力、電耗熱耗以及粉塵排放和有害氣體排放等方面均對(duì)粉磨工藝系統(tǒng)提出了更高的要求。但現(xiàn)有的“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)在上述方面均存在不足和缺陷，在粉塵排放、有害氣體排放及能耗方面尤為突出，需要一個(gè)創(chuàng)新的技術(shù)方案解決此問題。

2 “雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)粉磨工藝

我公司創(chuàng)新研發(fā)了一種全新的粉磨礦渣、鋼尾渣和水泥熟料或等同物料細(xì)度、比表面積產(chǎn)品的粉磨系統(tǒng)——高效綠色節(jié)能型“雙風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱為“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)），其工藝流程如圖2所示。

圖2 “雙風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

在“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)中，原料由喂料裝置喂入輥磨，經(jīng)過研磨和選粉，合格的產(chǎn)品由Hurriclon 高效旋風(fēng)筒收集。經(jīng)過旋風(fēng)筒收集產(chǎn)品后的氣體在循環(huán)風(fēng)機(jī)出口分成兩路：一路部分需要外排的氣體，如水蒸氣、燃燒煙氣等，進(jìn)入袋收塵器凈化后，通過外排煙囪排出到環(huán)境大氣中；另一路部分循環(huán)氣體經(jīng)過串聯(lián)布置（亦稱“在線布置”），與系統(tǒng)中烘干原料用專有熱風(fēng)爐的高溫?zé)煔饣旌虾筮M(jìn)入輥磨內(nèi)。Hurriclon 高效旋風(fēng)筒收集的成品和袋收塵器凈化氣體收集的微粉共同由輸送系統(tǒng)混合輸送至成品庫(kù)，研磨后不合格的物料外排出輥磨，由外循環(huán)輸送裝置再次送入磨內(nèi)研磨。循環(huán)風(fēng)機(jī)為系統(tǒng)提供適宜的風(fēng)量和風(fēng)壓，以實(shí)現(xiàn)不同工序階段的物料（如輥磨內(nèi)以及輥磨至旋風(fēng)收塵器間的物料）輸送和系統(tǒng)氣體循環(huán)。收塵器風(fēng)機(jī)為袋收塵器提供適宜的風(fēng)量和風(fēng)壓，以凈化和對(duì)外排放進(jìn)入袋收塵器的水蒸氣和燃燒煙氣。

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)了粉磨礦渣、鋼尾渣和水泥熟料或等同物料細(xì)度、比表面積產(chǎn)品的高效節(jié)能生產(chǎn)，同時(shí)，該系統(tǒng)具有在高細(xì)粉塵環(huán)境下或在對(duì)環(huán)境空氣有粉塵排放和有害氣體排放控制要求的條件下，進(jìn)行綠色生產(chǎn)的諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3 “雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

3.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1.1 袋收塵器

Hurriclon 高效旋風(fēng)筒是“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其承擔(dān)了“單風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)中袋收塵器產(chǎn)品收集工作的95%，收塵效率＞95%。粉磨后的產(chǎn)品經(jīng)其收集后，氣體粉塵濃度由原來的300~400g/m3降至20g/m3左右。

在“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)中，袋收塵器的主要任務(wù)不再是產(chǎn)品收集，其功能僅為凈化處理系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的氣體，即對(duì)設(shè)備漏風(fēng)、烘干燃料燃燒所產(chǎn)生的煙氣以及物料烘干產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)行凈化處理?！半p風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)中的袋收塵器規(guī)格僅為“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)袋收塵器的10%~25%，進(jìn)入“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)袋收塵器的粉塵濃度僅為20g/m3左右，出口工作壓強(qiáng)也由-7 000Pa 左右降至-1 000Pa 左右。在新的工藝條件下，傳統(tǒng)工藝中最易漏風(fēng)的袋收塵器，在“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)中漏風(fēng)量幾乎為零，僅此一項(xiàng)，系統(tǒng)漏風(fēng)量即可減少10%~15%。

低粉塵濃度氣體和極低工作負(fù)壓，是實(shí)現(xiàn)濾袋高除塵效率、長(zhǎng)濾料壽命的必要條件，可確保袋收塵器粉塵超低排放濃度低至5mg/Nm3，濾袋使用壽命達(dá)三年以上。

常規(guī)配置的傳統(tǒng)“單風(fēng)機(jī)”工藝系統(tǒng)，若要滿足粉塵超低排放濃度至5mg/Nm3的要求，則對(duì)袋收塵器濾袋的材質(zhì)要求極高。普通濾袋將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)（如一年左右）被沖刷磨損等，難以滿足5mg/Nm3的粉塵超低排放要求，特別是靠近收塵器入口處的濾袋。“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，袋收塵器的入口粉塵濃度達(dá)300~400g/m3，高粉塵濃度對(duì)濾袋的過濾精度和抗沖刷磨損能力都提出了更高的要求。為滿足粉塵的超低排放，需對(duì)“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)的袋收塵器進(jìn)行特殊選型，如增加過濾面積、定制耐磨性更高的濾袋、使用更可靠的殼體密封材料等。但即便采取了以上措施，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，也會(huì)由于不能及時(shí)對(duì)袋收塵器進(jìn)行維護(hù)，導(dǎo)致排放濃度很難達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.2 熱風(fēng)爐

熱風(fēng)爐是“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)的又一核心設(shè)備。“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)的專有熱風(fēng)爐，采用系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)替代環(huán)境“冷空氣”混合降溫?zé)犸L(fēng)爐爐膛高溫?zé)釤煔?，在線使用的熱風(fēng)爐可利用過程氣體將燃燒后的高溫?zé)煔猓?00℃~900℃）冷卻至入磨需要的合適溫度（如200℃~300℃）。同時(shí)，配有專有熱風(fēng)爐的“雙風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)無(wú)需額外的脫硫系統(tǒng)。過程氣體所含粉塵的主要成分CaO 占比＞40%，含有CaO 成分的物料與粉磨過程中烘干蒸發(fā)所產(chǎn)生的含水分的氣體充分混合后，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入熱風(fēng)爐，與固體物料中（如煤粉）釋放的硫化物（SOX）高溫氣體相混合，發(fā)生反應(yīng)，起到了系統(tǒng)自脫硫的作用。此外，燃燒過程氣體的循環(huán)使用，使其含氧量很低，當(dāng)其進(jìn)入熱風(fēng)爐內(nèi)冷卻高溫?zé)煔鈺r(shí)，基本不具備產(chǎn)生氮氧化物（NOX）的條件，加之熱風(fēng)爐的膛內(nèi)溫度多控制在900℃以下，低氧、低溫環(huán)境可有效避免燃料高溫燃燒導(dǎo)致的NOX產(chǎn)生。

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)專有熱風(fēng)爐采用過程用風(fēng)冷卻高溫?zé)煔猓c采用新鮮空氣冷卻高溫?zé)煔獾某Ｒ?guī)熱風(fēng)爐相比，可大量減少空氣用量，減少約50%的最終外排大氣廢氣量。

采用“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)粉磨高爐礦渣，與采用傳統(tǒng)“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)相比，廢氣、粉塵、SOX、NOX的排放均大幅減少。

年產(chǎn)200萬(wàn)噸礦渣微粉的“單風(fēng)機(jī)”、“雙風(fēng)機(jī)”粉磨系統(tǒng)外排氣體比較如表1 所示。由表1 可知，“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)與“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)相比，廢氣排放量減少19%，粉塵排放量減少60%，SOX痕跡排放、NOX痕跡排放（“痕跡排放”，即，實(shí)際排放濃度遠(yuǎn)低于毫克級(jí)別或超出常規(guī)檢測(cè)設(shè)備靈敏度低限值）。

表1 年產(chǎn)200萬(wàn)噸礦渣微粉粉磨系統(tǒng)外排氣體比較*

3.2 節(jié)能優(yōu)勢(shì)

3.2.1 熱風(fēng)爐

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)的專有熱風(fēng)爐，采用系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)替代環(huán)境“冷空氣”混合降溫?zé)犸L(fēng)爐爐膛高溫?zé)釤煔?，可充分回收熱量，大大降低了熱風(fēng)爐燃料消耗。專有熱風(fēng)爐與使用煤粉燃料或燃油及氣體燃料常規(guī)熱風(fēng)爐相比，可節(jié)約15%以上燃料，與落后需淘汰的燃煤沸騰爐相比，可節(jié)約至少30%燃料，節(jié)能優(yōu)勢(shì)非常顯著。

“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)中的常規(guī)熱風(fēng)爐，需要利用額外的環(huán)境“冷空氣”，才能將熱風(fēng)爐內(nèi)600℃~1 000℃的高溫?zé)煔饫鋮s到350℃~400℃以下，再與系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)混合進(jìn)入磨機(jī)內(nèi)烘干物料，這一過程未能高效利用含有系統(tǒng)余熱的循環(huán)風(fēng)，造成熱能的損失。

3.2.2 高效旋風(fēng)筒

Hurriclon 高效旋風(fēng)筒在“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)上的成功應(yīng)用，大大提高了成品的收集效率，降低了袋收塵器的過濾面積和工作壓強(qiáng)（收塵器入口壓強(qiáng)低至-150~-300Pa），大大降低了袋收塵器殼體、凈氣室、排灰口等處的漏風(fēng)率，減少了風(fēng)機(jī)的電耗，有利于操作系統(tǒng)的穩(wěn)定和產(chǎn)量的提高。

3.2.3 輥磨風(fēng)環(huán)

常規(guī)設(shè)計(jì)的輥磨結(jié)構(gòu)，如果采用低通風(fēng)量，會(huì)嚴(yán)重影響磨機(jī)運(yùn)行，造成產(chǎn)量低、磨機(jī)振動(dòng)大、物料外循環(huán)量大等問題。我公司研發(fā)的輥磨風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)，很好地平衡了系統(tǒng)低通風(fēng)量的不利影響和適量物料外循環(huán)的有利影響。專用風(fēng)環(huán)在“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，顯著降低了磨內(nèi)阻力和磨內(nèi)通風(fēng)量，有效降低了循環(huán)風(fēng)機(jī)的入口壓強(qiáng)和處理風(fēng)量，減少了風(fēng)路系統(tǒng)的能耗。

使用上述設(shè)備，整個(gè)粉磨系統(tǒng)綜合電耗可降低8%~10%。

3.3 運(yùn)行優(yōu)勢(shì)

采用Hurriclon高效旋風(fēng)筒后，袋收塵器入口氣體粉塵濃度降低了95%以上，大大降低了收塵器濾袋的磨損速率，濾袋使用壽命延長(zhǎng)了兩倍以上。同時(shí)，“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)袋收塵器規(guī)格尺寸僅為傳統(tǒng)型“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)的10%~25%，袋收塵器綜合運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大大降低。

“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)中的袋收塵器置于磨機(jī)之后，是產(chǎn)品的唯一收集設(shè)備，袋收塵器出口工作壓強(qiáng)一般為-7 000Pa，年產(chǎn)200 萬(wàn)噸礦渣微粉生產(chǎn)線的處理風(fēng)量通常在1 000 000m3/h 左右，袋收塵器體積巨大。袋收塵器僅出口排灰閥就達(dá)數(shù)十個(gè)，設(shè)備漏風(fēng)量大，壓縮空氣使用量大，特別是經(jīng)過幾年使用后，會(huì)出現(xiàn)出料閥鎖風(fēng)失效、殼體開裂等高漏風(fēng)故障。上述情況導(dǎo)致的袋收塵器漏風(fēng)率高達(dá)15%以上，不僅增加了能耗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起磨機(jī)通風(fēng)量不足，增加了循環(huán)風(fēng)機(jī)電耗，影響系統(tǒng)產(chǎn)量和操作的穩(wěn)定。另外，為滿足NOX排放和SOX超低排放的要求，“單風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)增加的脫硝、脫硫系統(tǒng)也會(huì)增加系統(tǒng)電耗。

3.4 投資優(yōu)勢(shì)

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)布置緊湊，袋收塵器規(guī)格大幅縮小，整個(gè)粉磨系統(tǒng)的設(shè)備規(guī)格、占地面積及土建施工量均有明顯優(yōu)勢(shì)，工程整體綜合造價(jià)可降低12%~15%，工程施工工期可同比縮短15%~20%。

以年產(chǎn)200 萬(wàn)噸高爐礦渣微粉為例，“單風(fēng)機(jī)”、“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如表2所示。

表2 年產(chǎn)200萬(wàn)噸礦渣微粉粉磨系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較*

4 “雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)應(yīng)用

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)是在整合了專用輥磨、Hurriclon高效旋風(fēng)筒、專有熱風(fēng)爐等各單機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新研發(fā)的一個(gè)全新理念的粉磨系統(tǒng)，是環(huán)保、節(jié)能新形勢(shì)下的一個(gè)可靠的工業(yè)應(yīng)用解決方案，已在多家企業(yè)成功投產(chǎn)運(yùn)行。

4.1 應(yīng)用于粉磨水泥熟料

一般水泥生產(chǎn)企業(yè)均配置水泥熟料粉磨車間并生產(chǎn)不同標(biāo)號(hào)的水泥，粉磨過程中需要的烘干熱源可以引自熟料燒成系統(tǒng)廢氣，以充分提高熱利用效率。受熟料配比、混合材成分、物料綜合水分、入磨物料溫度、出磨溫度、成品細(xì)度等因素影響，熟料粉磨系統(tǒng)對(duì)烘干的要求均有不同?！半p風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)應(yīng)用于熟料粉磨，可以滿足不同的烘干要求，其粉磨工藝流程如圖3所示。

由圖3可見，熱風(fēng)爐出口至磨機(jī)入口的風(fēng)管引入了來自燒成系統(tǒng)的廢氣，并通過引風(fēng)機(jī)控制引入的風(fēng)量，引風(fēng)機(jī)兩端另設(shè)閘閥控制管路的啟閉。該系統(tǒng)有以下設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：

圖3 “雙風(fēng)機(jī)”熟料粉磨系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

（1）來自燒成系統(tǒng)的廢氣烘干能力不足時(shí)，可開啟熱風(fēng)爐補(bǔ)充熱量。

（2）系統(tǒng)中的熱風(fēng)爐始終作為粉磨系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)的通道，系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)熱利用率在任何工況下都可以實(shí)現(xiàn)最大化；在不需要外部烘干時(shí)，入磨熟料溫度和粉磨功耗產(chǎn)生的熱量足以維持必需的出口溫度，熱風(fēng)爐僅作為系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)的一個(gè)通道，不影響運(yùn)行。

（3）水泥原料相對(duì)水分低，其綜合水分一般在1.5%~3%。根據(jù)熱平衡計(jì)算，循環(huán)風(fēng)的最大綜合利用使經(jīng)過袋收塵器的系統(tǒng)外排風(fēng)量很小，僅為系統(tǒng)總通風(fēng)量的5%~8%。雖然袋收塵器規(guī)格很小，卻能帶來非常顯著的綜合效益。

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)用于粉磨水泥熟料的主要參數(shù)數(shù)據(jù)見表3。

表3 “雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)用于粉磨水泥熟料的主要參數(shù)數(shù)據(jù)

4.2 應(yīng)用于粉磨礦渣、鋼尾渣

鑒于礦渣高水分的特性，其原料水分可高達(dá)18%以上，粉磨系統(tǒng)需要有更強(qiáng)的烘干能力，“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)應(yīng)用于粉磨礦渣，其中的專有熱風(fēng)爐表現(xiàn)出了顯著的烘干效果。

相對(duì)于粉磨水泥生料，粉磨水泥熟料、礦渣微粉或鋼尾渣微粉等成品細(xì)度更高、顆粒更小的物料，尤其是礦渣微粉顆粒，對(duì)以靠靜態(tài)離心力分離成品顆粒為主的旋風(fēng)收塵器提出了更高的要求?！半p風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)使用Hurriclon 高效旋風(fēng)筒，收塵效率高達(dá)95%以上，其表現(xiàn)出的綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，完全能夠滿足這一要求。

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)用于粉磨礦渣、鋼尾渣的主要參數(shù)數(shù)據(jù)見表4。

表4 “雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)應(yīng)用于粉磨礦渣、鋼尾渣的主要參數(shù)數(shù)據(jù)

4.3 應(yīng)用于舊生產(chǎn)線的改造

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)不僅可用于新項(xiàng)目，也可用于生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)落后的老舊項(xiàng)目的改造。我公司應(yīng)用“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)，對(duì)一條已運(yùn)行近二十年的山西某水泥廠LM56.2+2型礦渣粉磨生產(chǎn)線進(jìn)行了技術(shù)改造，其改造前后的工藝流程如圖4、圖5所示。

圖4 改造前的系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

應(yīng)用“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)理念，我公司在該系統(tǒng)輥磨后增加了一對(duì)Hurriclon高效旋風(fēng)筒，將原循環(huán)風(fēng)機(jī)移至旋風(fēng)筒后的新循環(huán)風(fēng)機(jī)位置點(diǎn)，袋收塵器體積減小至原規(guī)格的25%，同時(shí)，新增了一臺(tái)袋收塵器風(fēng)機(jī)?？紤]到業(yè)主希望分步實(shí)施改造以控制投資規(guī)模與回收期，我們?cè)谘h(huán)風(fēng)機(jī)出口至磨機(jī)入口管道上預(yù)留了“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)新熱風(fēng)爐位置，為舊熱風(fēng)爐拆除，更換安裝新熱風(fēng)爐留下空間。

項(xiàng)目改造投產(chǎn)后，系統(tǒng)電耗下降17%以上，粉塵排放濃度＜1.0mg/Nm3?！半p風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)具有布置緊湊和系統(tǒng)用風(fēng)循環(huán)利用等特點(diǎn)，在未實(shí)施“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)新熱風(fēng)爐改造前，系統(tǒng)熱耗已降低了8%以上，“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)改造效果顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)新技術(shù)不僅可用于新建項(xiàng)目上，也可用于老舊系統(tǒng)的項(xiàng)目改造，輥磨、Hurriclon 高效旋風(fēng)筒、專有熱風(fēng)爐及整個(gè)“雙風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)具有廣泛的適應(yīng)性，已成功應(yīng)用于多個(gè)項(xiàng)目，為各粉磨企業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳排放、粉塵及有害氣體超低排放等提供了一個(gè)可靠的解決方案。