双曲线进料装置在辊压机系统循环负荷精准控制中的应用

2021-04-20沈锡荣顾云涛

水泥技术 2021年2期

沈锡荣，顾云涛

球磨机闭路系统循环负荷受水泥产品颗粒分布、产质量及电耗等指标的影响，一般控制在100%～200%。辊压机系统循环负荷受辊压机、球磨机功率比影响，一般控制在100%～500%。目前常用“大辊压机+小球磨机”的组合方式，系统循环负荷控制较高。辊压机系统循环负荷等参数对水泥厂技术经济指标有着重要影响，精准控制循环负荷是水泥厂节能降耗的有效措施之一。但水泥厂在进行例行循环负荷检测时，因取样代表性不强、样品制作检测较繁琐等原因，往往难以精准检测控制循环负荷。

1 双曲线进料装置的运行情况

L公司有4套180860辊压机双选粉开路粉磨系统，工艺流程见图1。2015年辊压机出厂配置了直通固定式进料管，2018年1号辊压机使用了双曲线进料装置。运行比较发现，使用双曲线进料装置的辊压机，系统循环负荷稍低时低产低耗，循环负荷过低时低产高耗，循环负荷高时高产高耗，辊压机做功多，但会产生部分热能消耗。双曲线进料装置对辊压机系统循环负荷的精准控制必要且可行。

2015年4月粉磨系统初产时，辊压机、球磨机等做功＞90%，月均产量200t/h，电耗30kW·h/t，未能实现节能目标；2016年1月，投入半终粉磨系统运行，辊压机做功在70%左右，月均产量180t/h，电耗28kW·h/t；2017年5月开始使用陶瓷球，月均产量160t/h，电耗＜25kW·h/t。2015年辊压机出厂初始，直通固定式进料管的进料口轴向长度为1 600mm，2018年4台辊压机进料口宽度从期初500mm全部调至320mm，使用陶瓷球后，工序电耗稳定在25kW·h/t内。

2018年2月，1号辊压机使用了双曲线进料装置，进料口尺寸长度为1 480mm，宽度为180～550mm，宽度可调节。系统高产运行时，进料口宽度调至350mm，辊压机做功在70%，系统产量170t/h左右，电耗24kW·h/t；低产运行时，进料口宽度调至290mm，辊压机做功在60%，系统产量155t/h左右，电耗在23kW·h/t内；当进料口宽度＞450mm时，易振动塌仓，＜240mm时，料床较差，电耗上升。

引进双曲线进料装置试运行半年后，平衡产量与电耗，评估最经济参数，重设进料口尺寸。3、4号辊压机主要生产普通水泥，进料口调宽至300mm；2号辊压机仅生产高水分低标复合水泥，进料口调宽至330mm；车间综合电耗同比上年降低1kW·h/t。生产比较中发现，双曲线进料装置下料口四周密封防泄漏效果较好，调节自如，对物料性能及产品需求变化适应能力强，可以增加辊压机有效做功，同时降低循环负荷。2020年L公司又增加了2台第二代双曲线进料装置，旺季、雨季时开大进料口控制，淡季进行小循环节能控制。

图1 工艺流程图

2 循环负荷的计算及进料装置的比较

通过提升料压、减少侧漏、维护辊面花纹、增加系统压力可增加辊压机做功，尤其是通过扩大喂料口尺寸，增加辊面受料面积，可直接提升辊压机做功能力。

2.1 循环负荷的计算

辊压机循环负荷一般是按选粉机进出物料中某粒径物料的筛余比例进行计算，但由于选粉机进出物料难以均布，取样代表性差，碾碎料饼取粉等制样方式极为繁琐，料饼密度及厚度不匀，难以准确计算辊压机物料通过量[1]。循环负荷为回料量与产量之比，参照提升负载简易计算公式[3]，综合考虑辊压机下料冲击动能等，对照台时产量估算提升机提升料饼的不同电流时的输送量，即辊压机通过量G及循环负荷K：

式中：

η1——驱动效率，取0.9

G——辊压机产量，即提升机输送量，t/h

g——重力加速度，取9.8m/s

H——提升高度，L公司设备取45m

V1——排料速率，即提升机头轮线速率，L公司设备取1.16m/s

V2——喂料速率，即辊压机线速率，L公司设备取1.6m/s

P0——空载做功，kW·h；空载设备受设备磨损、积料等影响，以实际空载电流推算，P0=1.732I0U cosφ

I——提升机电流，A

I0——L公司提升机空载电流，取184A

U——电压，取0.38kV

cosφ——功率因数，取0.85

N——系统产量，t/h；L公司取172.2、155.5、163.3高低中三个产量对比

K——循环负荷，%

2.2 进料装置的比较

不同进料口尺寸运行参数对比见表1。

在1号辊压机使用双曲线进料装置后，不断调试进料口尺寸，与同原料的2号辊压机直通固定的进料方式进行对比，调整合适的仓位，寻求最佳运行参数。当1号辊压机进料口从350mm减小到290mm时，辊压机循环负荷从227.9%下降至131.6%，系统节电1.1kW·h/t。试验发现，当1号辊压机进料口宽度＞400mm或料饼提升机电流＞190A时，产量提升幅度小，能耗增加幅度大，入磨料温增加近20℃；当进料口宽度＜240mm时，不能形成稳定料床，产量下降幅度较大，能耗上升拐点出现。物料变化时，系统参数也有所变化，辊压机系统循环负荷视配套磨机能力控制在100%～300%，过高或过低均易增加系统能耗。

3 辊压机能量的有效精准利用

辊压机系统主要包括辊压机、循环风机、换风风机、选粉机等设备，风机和选粉机动力消耗受风量、风阻、温度及料气比等影响，系统热量平衡主要受料量、风量及温度影响，辊压机的做功主要用于颗粒破碎及摩擦生热，破碎做功是有效做功。

表1 不同进料口尺寸运行参数对比

（1）能量的有效利用。热量消耗、噪声或循环运输均为能量的无效使用，提升机、风机等设备单位消耗能量变化量较小，不作计算。反复对比参数发现，大循环操作时，入磨料温温升近10℃，循环气体温升5℃，由此推断，辊压机做功存在浪费的情况，部分做功用在了物料内部摩擦生热。通过比热容公式（3）可测算物料及外排风温升带来的能量消耗。

物料温升能量单位消耗Q1：

式中：

C——水泥的比热容是0.84×103J/（kg·℃），系统混合细料参照水泥比热容计算；焦耳（J）转换千瓦时（kW·h）的系数2.78×10-7

M——材料重量，kg

△t——温升，以1℃计

当系统产量为150t/h时，在3×105m3/h风量循环操作中，有1×105m3/h风量不断进行着冷风吸入、热风外排操作，能量消耗测算同上。为简化计算，忽略空气水分、压力、温度等影响，空气以密度1.293kg/m3、比热容1.0×103J/（kg·℃）计算。

外排风温升能量单位消耗Q2：

由此测算，物料及气体温度升高时能量消耗较大。再加上提升运输等造成的能量浪费、高温静电等负面的影响以及因进料口截面加大导致的循环负荷提高等原因，虽然辊压机做功增加，但系统不一定节能。另外，辊压机对粗颗粒的破碎能力强，对细粉的处理能力偏弱，大量细粉进入挤压辊导致辊压机挤压效果大幅下降。只有当进入挤压辊的颗粒级配合理，形成密实稳定的料床，实现“料挤料”和“高压小循环”，能够将物料一次挤压成合格细粉，能量利用率才能最优。

（2）能量的精准利用。每调整一次辊压机参数，水泥颗粒级配及理化性能都会有变化，但常规筛析检测难以发现。若将物料颗粒粒径从80μm磨成60μm，或将物料颗粒粒径从40μm磨成30μm，常规45μm筛筛析分析检测不到变化；若将物料颗粒粒径从50μm磨成40μm，则45μm筛筛析分析检测调整效果立见。因此，能量最好精准利用在将熟料颗粒磨到3～32μm内，反复调整后，找到最佳运行参数。

4 循环负荷精准控制

低压大循环时，物料间的摩擦增多，部分做功用于产生细粉，是有效做功，而部分摩擦生热则是能量消耗。细粉量增加，带来产量增加，电耗下降，不能抵消摩擦生热的能量浪费时，系统运行便不再经济。精准调节辊压机系统循环负荷非常必要。

通过调节风量或选粉机转速，可以实现精准控制，但若不调节辊压机进料口尺寸、选粉系统料气比波动，辊压机将不能稳定生产。如大进料口时用小风，细粉则不能及时外排，将会带来塌仓等异常情况；如小进料口时用大风，则会导致细粉过少，料床不密实，辊压机产生波动或能耗上升。运行过程中宜根据进料口尺寸、辊压等配合仓位的调节，精准控制辊压机喂料量。

现行进料装置大多未解决流量调节板下端与圆弧辊面周向泄压漏料的问题，辊端面与侧挡板间物料侧漏也未处理好，过多的漏料溢料使精准调节困难。较为常见的是某杠杆式进料装置的调节板绕轴摆动，无法控制调节板下端与圆弧形辊面间隙，二者间隙＞150mm时，侧挡板与辊端间隙较大，造成辊压机系统循环量增大，选粉机负荷增大，大量未选出的细粉进入循环，增加了后续输送和选粉设备的工作负荷。尤其是，杠杆进料装置的调节板通过托料方式调节物料流量，造成辊面上部与翻板下部的滑移喂料区物料不密实，物料不受限，被挤压后易上溢，造成料压损失。

新型辊压机双曲线进料装置调节板受设定曲线限制，具备传统直线拔插型及旋转摆动型进料装置的优点，调节板使用曲线滑槽机构，侧挡板使用楔块机构，在上、下转轴及滑轨的限位下，通过蜗轮螺杆升降机推拉；调节板下端沿辊面圆弧作曲线移动，辊压机进料溜管下料截面面积随之改变，同时保持调节板下端与圆弧辊面间隙恒定在5～15mm；在侧挡板内侧增设人字形耐磨件嵌入辊面30～50mm，形成凹凸密封，上部丝杆通过一组楔块挤压调节，确保侧挡板贴紧辊端面；辊压机进料口轴向、周向四周无泄压漏料，完善了辊压机喂料机构，实现了系统循环负荷精准控制[2]。