水泥輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的升級改造

李洪生，沙印秋，王娜，于君，何毛

1 前言

A公司水泥粉磨生產(chǎn)線采用“輥壓機+球磨機”雙圈流聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。經(jīng)輥壓機擠壓后的物料與新喂入的物料一同進入V型選粉機，分選后的粗顆粒落入V型選粉機下方的輥壓機倉，繼而返回輥壓機再次粉磨；半成品顆粒由旋風(fēng)筒收集并送入磨頭；出磨物料經(jīng)斗式提升機送至高效選粉機分選，粗粉再次返回磨頭，成品由收塵器收集。其中，旋風(fēng)筒形式為早期設(shè)計的六筒組合形式，系統(tǒng)阻力較高。高效選粉機為傳統(tǒng)的O-Sepa型高效選粉機，輥壓機循環(huán)風(fēng)機的放風(fēng)直接引入高效選粉機，球磨磨內(nèi)通風(fēng)亦直接引到高效選粉機入口。系統(tǒng)操作中，高效選粉機兩側(cè)進風(fēng)口難免會出現(xiàn)系統(tǒng)放風(fēng)與冷風(fēng)不協(xié)調(diào)的情況，高效選粉機進風(fēng)不均勻造成選粉效率不高，運行效果較差。2020～2021年，A公司將原有O-Sepa型高效選粉機整體更換為N-U型高效選粉機，并對部分風(fēng)管進行了重新規(guī)劃設(shè)計，優(yōu)化了風(fēng)管工藝走向，設(shè)備運行狀態(tài)明顯改善。本文現(xiàn)對A公司粉磨系統(tǒng)改造前后的運行情況進行對比分析，供業(yè)界同仁調(diào)整優(yōu)化粉磨系統(tǒng)參考。

2 水泥粉磨系統(tǒng)配置與改造內(nèi)容

2.1 水泥粉磨系統(tǒng)配置情況

A公司水泥粉磨系統(tǒng)輥壓機型號為TRP140-140，已投產(chǎn)運行十多年。公司粉磨工藝流程為“輥壓機+球磨機”雙圈流形式，其中，輥壓機的圈流形式為“輥壓機+V型選粉機+旋風(fēng)筒+風(fēng)機”，球磨機的圈流形式為“球磨機+O-Sepa選粉機+袋收塵器+風(fēng)機”。雙圈流系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備配置如表1所示。

表1 粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備配置

圖1 雙圈流系統(tǒng)工藝流程

2.2 水泥粉磨系統(tǒng)現(xiàn)場改造內(nèi)容

2020年底，檢修期間，完成了旋風(fēng)筒和高效選粉機的更換。2021年底，檢修期間，根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備和場地情況，對輥壓機循環(huán)風(fēng)機放風(fēng)風(fēng)管及磨內(nèi)通風(fēng)風(fēng)管等工藝管道進行了改造；同時，對系統(tǒng)主要設(shè)備進行了常規(guī)檢修。系統(tǒng)工藝改造及選粉機調(diào)整內(nèi)容如表2所示，改造后的粉磨系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后的粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

（1）旋風(fēng)筒更換為高效單筒旋風(fēng)筒

改造前的旋風(fēng)筒為六筒組合式旋風(fēng)筒，型號為6DC1525，總風(fēng)量180 000m3/h。實際運行中，6個筒的進料量存在差異，導(dǎo)致各筒出口收塵效率不同，進料量較多的筒出口收塵效率較低，系統(tǒng)阻力較高，既影響了系統(tǒng)的物料收集效率，又造成了V型選粉機用風(fēng)不足，分選效率下降。

2019年，公司曾對現(xiàn)場六筒旋風(fēng)筒出口進行含塵濃度測定，含塵儀顯示出口風(fēng)量100 613Nm3/h（對應(yīng)工況風(fēng)量約132 000m3/h，風(fēng)機風(fēng)閥開度50%～55%，風(fēng)機銘牌風(fēng)量180 000m3/h），旋風(fēng)筒出口含塵濃度160～220g/Nm3，平均約183g/Nm3。按當時的喂料量185t/h計算，對應(yīng)的旋風(fēng)筒物料總濃度約為1 839g/Nm3（高于一般旋風(fēng)筒設(shè)計濃度），收塵效率86%～92%，平均約90%。

2020年改造時，將該旋風(fēng)筒完全拆除，在原旋風(fēng)筒位置安裝了新型高效單筒旋風(fēng)筒。單筒旋風(fēng)筒沒有入料不均的問題，物料在風(fēng)力作用下均勻流動和收集，壓損保持在800～1 000Pa內(nèi)。實測結(jié)果顯示，改造后，旋風(fēng)筒出口含塵濃度52.1g/Nm3，風(fēng)量159 136Nm3/h（含塵儀顯示數(shù)據(jù)），系統(tǒng)喂料量195t/h，收塵效率95.7%。

（2）O-Sepa型選粉機更換為N-U型選粉機

通過現(xiàn)場改造，將N-3500型O-Sepa高效選粉機整體更換為N-U型高效選粉機。在選粉機選粉區(qū)內(nèi)設(shè)置多層靜葉片打散板，對未充分分散的團狀物料及吸附的顆粒進行多次撞擊，使物料被多次分選，待分選物料的沉降時間成倍增加，從而有效減少粗粉中的成品含量，提高分選清晰度。相較于常見的三力平衡選粉機，N-U型高效選粉機利用其葉片獨特的“凹槽”結(jié)構(gòu)，可增加選粉區(qū)氣流的切向速度，同時，通過靜葉片電極中和待分選物料和選粉機回料中的靜電，能在提高選粉效率的同時，確保分選清晰度，有效控制成品的顆粒級配及細度[1，2]。

2022年2月，對水泥磨系統(tǒng)進行了標定和取樣，標定和取樣位置如圖2所示。

3 改造前后水泥生產(chǎn)物料情況

公司能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，2020～2022年，水泥原材料品種及物料配比相對穩(wěn)定，改造前后P·O42.5水泥生產(chǎn)物料情況如表3所示。

表3 改造前后水泥生產(chǎn)物料情況（水泥品種P·O42.5）

（1）熟料溫度。正常情況下，水泥配料中會有一部分自有熟料和一部分外購熟料，其中，自有熟料來自熟料庫。燒成系統(tǒng)正常運行時，自有熟料溫度較高（110℃左右），外購熟料溫度較低，配料平均溫度＞60℃。而在2022年2月標定及取樣期間，因燒成系統(tǒng)已停產(chǎn)了一段時間，庫內(nèi)熟料溫度已降至常溫，所以配料平均溫度約10℃。

（2）配料粒度。根據(jù)現(xiàn)場取樣篩分分析，熟料粒度＜5mm細顆粒重量占比10%～20%，＞40mm粗顆粒重量占比＜10%，全部熟料平均粒度約25mm；石灰石顆粒粒度大部分為1～40mm，＞40mm粗顆粒極少；脫硫石膏呈粘濕粉狀，個別粗顆粒粒度＞100mm，但極易破碎，不會對輥面造成損壞。各物料混合后的平均粒度約為20～30mm，滿足TRP140-140輥壓機喂料要求。

（3）熟料易磨性。2020～2022年，未對現(xiàn)場原料進行過粉磨功指數(shù)檢測，根據(jù)2017年的粉磨功指數(shù)檢測數(shù)據(jù)估算，自有熟料易磨性粉磨功數(shù)據(jù)為13.3kW·h/t，外購熟料易磨性粉磨功檢測數(shù)據(jù)為14.8kW·h/t，兩種熟料的易磨性水平相當，且自有熟料比外購熟料易磨性更優(yōu)。

（4）成品細度控制。2020年及2021年成品比表面積均要求（375±15）m2/kg，2022年2月，改為（370±15）m2/kg，數(shù)據(jù)差別不大。根據(jù)礦粉的進廠記錄，礦粉比表面積平均約為410m2/kg。按照理論計算，成品比表面積為370m2/kg時，不計礦粉比表面積影響，其他成分的比表面積約為364m2/kg。配料中的礦粉由磨尾直接加入，粉磨系統(tǒng)直接粉磨的物料中，熟料占比約為89.66%，脫硫石膏占比為3%～5%；成品比表面積＞360m2/kg，公司物料的難磨程度高于大部分水泥廠。此外，根據(jù)成品質(zhì)量記錄，在0.045mm篩篩余方面，2021年全年平均約5%，2022年2月則下降至4%左右，其中的偏差與物料配比和操作條件均有一定關(guān)系。

4 改造前后系統(tǒng)運行情況及電耗對比

4.1 系統(tǒng)主要設(shè)備運行數(shù)據(jù)對比

改造前后系統(tǒng)主要設(shè)備運行對比數(shù)據(jù)見表4。從表4可以看出，改造后，輥壓機和球磨機的運行狀態(tài)均有一定變化，旋風(fēng)筒出口負壓和循環(huán)風(fēng)機風(fēng)閥開度變化較大，高效選粉機和系統(tǒng)風(fēng)機進口壓力變化明顯。V型選粉機出口因未安裝在線傳感器，無法準確計算旋風(fēng)筒的進出口壓差。

表4 改造前后系統(tǒng)主要設(shè)備運行數(shù)據(jù)對比

4.2 系統(tǒng)主要設(shè)備運行情況對比

4.2.1 輥壓機主機運行情況有所不同

改造前后輥壓機系統(tǒng)壓力變化不大，但改造前輥縫略窄，電流略高，改造后輥縫有所加寬，電流卻略有下降。僅從輥壓機本身來看，系統(tǒng)壓力不變時，輥縫加寬一般會伴隨著電流的提高，而現(xiàn)場出現(xiàn)相反情況，這與分選后返回輥壓機的物料量的變化有關(guān)。

旋風(fēng)筒更換后，旋風(fēng)筒進出口阻力明顯減小，循環(huán)風(fēng)機閥門全開后，運行電流有所下降。說明改造前的旋風(fēng)筒阻力偏高，影響了風(fēng)機的高效運行，繼而造成V型選粉機選粉能力偏低，返回輥壓機的細粉較多，導(dǎo)致輥壓機電流偏高，喂料插板開度較大，而輥間距卻不大。

改造后，V型選粉機分選效果得以改善，返回輥壓機的循環(huán)物料中細粉減少，物料粒徑整體變大，雖然輥壓機喂料插板的開度減小，但輥間物料填充更加密實，輥縫寬度有所增加，且輥壓機作用在細粉上的能耗減少，電流略有回落，循環(huán)斗式提升機電流和系統(tǒng)產(chǎn)量則同步提高。

改造后，出旋風(fēng)筒、入循環(huán)風(fēng)機負壓絕對值下降一半，風(fēng)機電流則下降較少，說明風(fēng)機風(fēng)量有所提升，這也與系統(tǒng)產(chǎn)量提高相符。

4.2.2 高效選粉機運行狀態(tài)變化較大

改造后，高效選粉機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降且電流顯著降低，選粉機阻力明顯減小，風(fēng)機入口負壓絕對值也相應(yīng)下降，而風(fēng)機電流略有上升，這說明改造后，選粉機進風(fēng)口拉風(fēng)更加順暢，風(fēng)機風(fēng)量有一定提高。風(fēng)機電流升高或與系統(tǒng)溫度降低也有關(guān)系。

4.2.3 球磨機電流有所降低，磨內(nèi)物料量有所增加

從出磨斗式提升機電流來看，出磨物料有所增多，同時，球磨機電流有所降低，說明在磨機裝球量基本一致的情況下，磨內(nèi)物料量有一定增加。一方面，系統(tǒng)喂料量增加，從旋風(fēng)筒入磨的半成品增多，另一方面，從出磨斗式提升機直接加入的礦粉量增多。二者均會造成出磨斗式提升機電流升高。

4.2.4 磨內(nèi)通風(fēng)效果較好，風(fēng)管堵塞現(xiàn)象明顯改善

改造前，輥壓機放風(fēng)、磨機通風(fēng)及選粉機冷風(fēng)均接入選粉機進風(fēng)口，存在競爭關(guān)系，影響磨機通風(fēng)，現(xiàn)場風(fēng)管經(jīng)常堵塞。改造后，選粉機出風(fēng)與磨機通風(fēng)一起進入收塵器，磨機出風(fēng)口和風(fēng)機的距離更近。從現(xiàn)場情況來看，風(fēng)管堵塞現(xiàn)象明顯改善，沒有出現(xiàn)過噴灰漏料的情況，整體使用效果較好。

4.2.5 選粉機兩側(cè)進風(fēng)口進風(fēng)均勻，風(fēng)管阻力減小

改造前，出磨風(fēng)管連接到高效選粉機一次風(fēng)口，不僅造成選粉機兩側(cè)進風(fēng)量不平衡，還會造成物料在接入一次風(fēng)口的收塵風(fēng)管末段堆積，導(dǎo)致風(fēng)管堵塞，阻力增大，影響選粉機進風(fēng)和物料分選。改造后，高效選粉機兩側(cè)進風(fēng)口均不再接入風(fēng)管，對系統(tǒng)進風(fēng)不會產(chǎn)生影響，同時，出磨收塵風(fēng)管直接接入大布袋收塵器，出口負壓絕對值更大，不易形成管道積灰，通風(fēng)風(fēng)管運行流暢。

4.3 系統(tǒng)電耗對比

通過對粉磨系統(tǒng)改造前后的主要設(shè)備電流等參數(shù)對系統(tǒng)耗電量的影響進行核算，系統(tǒng)分項電耗對比見表5。需注意，表5僅對主要設(shè)備電耗進行了計算，膠帶輸送機、輸送斜槽風(fēng)機、空氣壓縮機等輔助設(shè)備未計算在內(nèi)。

由表5可知，改造后，電耗發(fā)生變化的主要設(shè)備為輥壓機和球磨機，即分選效果改善后，輥壓機和球磨機消耗在未充分分選物料上的能耗明顯降低，從而提高了系統(tǒng)產(chǎn)量和能量利用率。循環(huán)風(fēng)機和系統(tǒng)風(fēng)機電耗下降有限，一方面是設(shè)備本身功率不高，另一方面是系統(tǒng)產(chǎn)量提高后，所需的系統(tǒng)風(fēng)量也相應(yīng)提高。

表5 改造前后系統(tǒng)分項電耗對比

5 系統(tǒng)標定及結(jié)果分析

2022年2月進行的系統(tǒng)標定包括風(fēng)量測定和系統(tǒng)物料取樣測定（見圖2），根據(jù)標定情況可以進一步了解系統(tǒng)改造后的運行效果。

5.1 風(fēng)量測定結(jié)果對比

風(fēng)量測定前，先在重要風(fēng)管的合適位置上開孔，根據(jù)風(fēng)管橫截面形狀為圓形或矩形，采用不同的測點選取方式；測量時，采用畢托管和數(shù)顯式壓力表測定風(fēng)管動壓、靜壓及溫度等參數(shù)，進而計算出該風(fēng)管的氣體流量。改造前后風(fēng)量標定時各測點位置及檢測內(nèi)容見表6。

表6 改造前后風(fēng)量標定時各測點位置及檢測內(nèi)容

改造前后風(fēng)量測定結(jié)果對比見表7。其中，選粉機冷風(fēng)口不適用畢托管測量，此處風(fēng)量僅供參考。與表1中的設(shè)備銘牌數(shù)據(jù)對比可知，出旋風(fēng)筒進循環(huán)風(fēng)機的風(fēng)量與出收塵器進系統(tǒng)風(fēng)機的風(fēng)量均已接近銘牌的額定風(fēng)量，即兩臺風(fēng)機均達到了較高的用風(fēng)狀態(tài)。另外，2019年對六筒旋風(fēng)筒進行含塵濃度測定時，使用畢托管進行了風(fēng)量校核，管道靜壓為-2 690Pa，風(fēng)溫75.5℃，風(fēng)量96 952Nm3/h，工況風(fēng)量124 859m3/h，與含塵儀自動計算的數(shù)據(jù)相比偏小。與本次改造后的風(fēng)量數(shù)據(jù)相比，風(fēng)機進口負壓及風(fēng)量數(shù)值變化均較大。

表7 改造前后風(fēng)量測定結(jié)果對比

5.2 物料取樣測定結(jié)果對比

風(fēng)量標定后，在相同的系統(tǒng)操作條件下，對各點物料進行取樣和粒度篩析，系統(tǒng)物料取樣前，也需要先在相應(yīng)的點位上開孔，根據(jù)該處物料粒度和料流情況選取合適的取樣工具，對物料進行各項檢測。改造后物料取樣標定時各測點位置及檢測內(nèi)容見表8，物料取樣檢測結(jié)果見表9。

表8 改造后物料取樣標定時各測點位置及檢測內(nèi)容

表9 改造后物料取樣檢測結(jié)果

2018～2019年生產(chǎn)期間，曾對選粉機回粉進行過取樣和細度檢測，0.045mm篩篩余為50%～60%，0.08mm篩篩余為20%～25%，說明選粉機回粉中有較多的細粉未能分選出。在2022年2月底的測定結(jié)果中，選粉機回粉0.045mm篩篩余接近80%，根據(jù)回粉、出磨及成品的物料篩析數(shù)據(jù)，計算出選粉效率為88%，比較理想。同時，選粉機進出口阻力約2 500Pa，設(shè)備電耗0.4～0.5kW·h/t，與改造前相比有明顯改善。

5.3 綜合分析

從風(fēng)量標定和物料檢測結(jié)果綜合分析可以看出，在取消系統(tǒng)放風(fēng)且循環(huán)風(fēng)機風(fēng)量充足的情況下，出旋風(fēng)筒比表面積接近理論計算值，說明輥壓機的擠壓效果正常。結(jié)合表4中的輥壓機運行電流可知，若繼續(xù)提高輥壓機本身的做功，仍可進一步提高入磨比表面積，降低系統(tǒng)電耗。改造后，選粉機的運行狀況比較理想，回粉篩余有明顯提升，充分說明N-U選粉機的N型靜葉片有效阻止了粗顆粒進入轉(zhuǎn)籠，降低了不必要的能量消耗，U型轉(zhuǎn)子葉片確保了在較低的轉(zhuǎn)速下仍然能夠分選出合格成品，進一步降低了設(shè)備功耗。同時，改造后，高效選粉機兩側(cè)進風(fēng)均勻，有利于高效選粉機更好地發(fā)揮分選作用。

6 結(jié)語

本次改造效果較好，系統(tǒng)阻力明顯降低，主機設(shè)備運轉(zhuǎn)負荷有所下降，產(chǎn)量及電耗均有所改善，系統(tǒng)通風(fēng)更加順暢，中控操作更加靈活，具體包括以下幾個方面：

（1）旋風(fēng)筒更換后，設(shè)備運行狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)。系統(tǒng)阻力降低，旋風(fēng)筒收塵效率有所提高，輥壓機輥縫增大，擠壓效果得以提升，循環(huán)風(fēng)機入口閥門開度提高，V型選粉機分選風(fēng)量有所提升。

（2）N-U型選粉機運行效果優(yōu)于O-Sepa型高效選粉機。更換高效選粉機后，設(shè)備阻力顯著下降，選粉機轉(zhuǎn)速明顯降低，同時，高效選粉機回粉篩余明顯提高，選粉效率趨近理想，系統(tǒng)產(chǎn)量有所提高，成品質(zhì)量得到了有效保證。

（3）更換輔機，進一步改善了主機設(shè)備的運行狀態(tài)。高效選粉機轉(zhuǎn)速下降的同時，系統(tǒng)產(chǎn)量提高，輥壓機及球磨機電流有不同程度的下降，主機電耗下降明顯，系統(tǒng)工序電耗降低約2.4kW·h/t。

（4）高效選粉機兩側(cè)進風(fēng)口進風(fēng)均勻，選粉機兩側(cè)進風(fēng)口不再接入風(fēng)管，進風(fēng)更加均勻，更有利于物料分選，設(shè)備運行及系統(tǒng)用風(fēng)狀態(tài)有所改善。

（5）取消輥壓機放風(fēng)后，系統(tǒng)仍能正常運轉(zhuǎn)。本現(xiàn)場原材料水分較低，取消放風(fēng)后，出旋風(fēng)筒的系統(tǒng)用風(fēng)中的水分有所提高。測風(fēng)期間，從畢托管能看到明顯的水汽混合粉塵，但輥壓機系統(tǒng)仍正常運轉(zhuǎn)。但需注意，若原料水分較高，則可能會影響現(xiàn)場物料輸送。

（6）磨機不采用單獨通風(fēng)，而是接入分選系統(tǒng)，接入點的變化不影響磨機正常運行。改造前后，磨機運行穩(wěn)定，通風(fēng)效果無明顯變化，現(xiàn)場設(shè)備未出現(xiàn)噴灰漏料情況，通風(fēng)風(fēng)量可滿足正常生產(chǎn)需要。