水泥辊压机联合粉磨系统的升级改造

2022-07-27李洪生沙印秋王娜于君何毛

水泥技术 2022年4期

李洪生，沙印秋，王娜，于君，何毛

1 前言

A公司水泥粉磨生产线采用“辊压机+球磨机”双圈流联合粉磨系统。经辊压机挤压后的物料与新喂入的物料一同进入V型选粉机，分选后的粗颗粒落入V型选粉机下方的辊压机仓，继而返回辊压机再次粉磨；半成品颗粒由旋风筒收集并送入磨头；出磨物料经斗式提升机送至高效选粉机分选，粗粉再次返回磨头，成品由收尘器收集。其中，旋风筒形式为早期设计的六筒组合形式，系统阻力较高。高效选粉机为传统的O-Sepa型高效选粉机，辊压机循环风机的放风直接引入高效选粉机，球磨磨内通风亦直接引到高效选粉机入口。系统操作中，高效选粉机两侧进风口难免会出现系统放风与冷风不协调的情况，高效选粉机进风不均匀造成选粉效率不高，运行效果较差。2020～2021年，A公司将原有O-Sepa型高效选粉机整体更换为N-U型高效选粉机，并对部分风管进行了重新规划设计，优化了风管工艺走向，设备运行状态明显改善。本文现对A公司粉磨系统改造前后的运行情况进行对比分析，供业界同仁调整优化粉磨系统参考。

2 水泥粉磨系统配置与改造内容

2.1 水泥粉磨系统配置情况

A公司水泥粉磨系统辊压机型号为TRP140-140，已投产运行十多年。公司粉磨工艺流程为“辊压机+球磨机”双圈流形式，其中，辊压机的圈流形式为“辊压机+V型选粉机+旋风筒+风机”，球磨机的圈流形式为“球磨机+O-Sepa选粉机+袋收尘器+风机”。双圈流系统工艺流程如图1所示，粉磨系统主要设备配置如表1所示。

表1 粉磨系统主要设备配置

图1 双圈流系统工艺流程

2.2 水泥粉磨系统现场改造内容

2020年底，检修期间，完成了旋风筒和高效选粉机的更换。2021年底，检修期间，根据系统现有设备和场地情况，对辊压机循环风机放风风管及磨内通风风管等工艺管道进行了改造；同时，对系统主要设备进行了常规检修。系统工艺改造及选粉机调整内容如表2所示，改造后的粉磨系统工艺流程如图2所示。

图2 改造后的粉磨系统工艺流程图

（1）旋风筒更换为高效单筒旋风筒

改造前的旋风筒为六筒组合式旋风筒，型号为6DC1525，总风量180 000m3/h。实际运行中，6个筒的进料量存在差异，导致各筒出口收尘效率不同，进料量较多的筒出口收尘效率较低，系统阻力较高，既影响了系统的物料收集效率，又造成了V型选粉机用风不足，分选效率下降。

2019年，公司曾对现场六筒旋风筒出口进行含尘浓度测定，含尘仪显示出口风量100 613Nm3/h（对应工况风量约132 000m3/h，风机风阀开度50%～55%，风机铭牌风量180 000m3/h），旋风筒出口含尘浓度160～220g/Nm3，平均约183g/Nm3。按当时的喂料量185t/h计算，对应的旋风筒物料总浓度约为1 839g/Nm3（高于一般旋风筒设计浓度），收尘效率86%～92%，平均约90%。

2020年改造时，将该旋风筒完全拆除，在原旋风筒位置安装了新型高效单筒旋风筒。单筒旋风筒没有入料不均的问题，物料在风力作用下均匀流动和收集，压损保持在800～1 000Pa内。实测结果显示，改造后，旋风筒出口含尘浓度52.1g/Nm3，风量159 136Nm3/h（含尘仪显示数据），系统喂料量195t/h，收尘效率95.7%。

（2）O-Sepa型选粉机更换为N-U型选粉机

通过现场改造，将N-3500型O-Sepa高效选粉机整体更换为N-U型高效选粉机。在选粉机选粉区内设置多层静叶片打散板，对未充分分散的团状物料及吸附的颗粒进行多次撞击，使物料被多次分选，待分选物料的沉降时间成倍增加，从而有效减少粗粉中的成品含量，提高分选清晰度。相较于常见的三力平衡选粉机，N-U型高效选粉机利用其叶片独特的“凹槽”结构，可增加选粉区气流的切向速度，同时，通过静叶片电极中和待分选物料和选粉机回料中的静电，能在提高选粉效率的同时，确保分选清晰度，有效控制成品的颗粒级配及细度[1，2]。

2022年2月，对水泥磨系统进行了标定和取样，标定和取样位置如图2所示。

3 改造前后水泥生产物料情况

公司能源管理系统数据显示，2020～2022年，水泥原材料品种及物料配比相对稳定，改造前后P·O42.5水泥生产物料情况如表3所示。

表3 改造前后水泥生产物料情况（水泥品种P·O42.5）

（1）熟料温度。正常情况下，水泥配料中会有一部分自有熟料和一部分外购熟料，其中，自有熟料来自熟料库。烧成系统正常运行时，自有熟料温度较高（110℃左右），外购熟料温度较低，配料平均温度＞60℃。而在2022年2月标定及取样期间，因烧成系统已停产了一段时间，库内熟料温度已降至常温，所以配料平均温度约10℃。

（2）配料粒度。根据现场取样筛分分析，熟料粒度＜5mm细颗粒重量占比10%～20%，＞40mm粗颗粒重量占比＜10%，全部熟料平均粒度约25mm；石灰石颗粒粒度大部分为1～40mm，＞40mm粗颗粒极少；脱硫石膏呈粘湿粉状，个别粗颗粒粒度＞100mm，但极易破碎，不会对辊面造成损坏。各物料混合后的平均粒度约为20～30mm，满足TRP140-140辊压机喂料要求。

（3）熟料易磨性。2020～2022年，未对现场原料进行过粉磨功指数检测，根据2017年的粉磨功指数检测数据估算，自有熟料易磨性粉磨功数据为13.3kW·h/t，外购熟料易磨性粉磨功检测数据为14.8kW·h/t，两种熟料的易磨性水平相当，且自有熟料比外购熟料易磨性更优。

（4）成品细度控制。2020年及2021年成品比表面积均要求（375±15）m2/kg，2022年2月，改为（370±15）m2/kg，数据差别不大。根据矿粉的进厂记录，矿粉比表面积平均约为410m2/kg。按照理论计算，成品比表面积为370m2/kg时，不计矿粉比表面积影响，其他成分的比表面积约为364m2/kg。配料中的矿粉由磨尾直接加入，粉磨系统直接粉磨的物料中，熟料占比约为89.66%，脱硫石膏占比为3%～5%；成品比表面积＞360m2/kg，公司物料的难磨程度高于大部分水泥厂。此外，根据成品质量记录，在0.045mm筛筛余方面，2021年全年平均约5%，2022年2月则下降至4%左右，其中的偏差与物料配比和操作条件均有一定关系。

4 改造前后系统运行情况及电耗对比

4.1 系统主要设备运行数据对比

改造前后系统主要设备运行对比数据见表4。从表4可以看出，改造后，辊压机和球磨机的运行状态均有一定变化，旋风筒出口负压和循环风机风阀开度变化较大，高效选粉机和系统风机进口压力变化明显。V型选粉机出口因未安装在线传感器，无法准确计算旋风筒的进出口压差。

表4 改造前后系统主要设备运行数据对比

4.2 系统主要设备运行情况对比

4.2.1 辊压机主机运行情况有所不同

改造前后辊压机系统压力变化不大，但改造前辊缝略窄，电流略高，改造后辊缝有所加宽，电流却略有下降。仅从辊压机本身来看，系统压力不变时，辊缝加宽一般会伴随着电流的提高，而现场出现相反情况，这与分选后返回辊压机的物料量的变化有关。

旋风筒更换后，旋风筒进出口阻力明显减小，循环风机阀门全开后，运行电流有所下降。说明改造前的旋风筒阻力偏高，影响了风机的高效运行，继而造成V型选粉机选粉能力偏低，返回辊压机的细粉较多，导致辊压机电流偏高，喂料插板开度较大，而辊间距却不大。

改造后，V型选粉机分选效果得以改善，返回辊压机的循环物料中细粉减少，物料粒径整体变大，虽然辊压机喂料插板的开度减小，但辊间物料填充更加密实，辊缝宽度有所增加，且辊压机作用在细粉上的能耗减少，电流略有回落，循环斗式提升机电流和系统产量则同步提高。

改造后，出旋风筒、入循环风机负压绝对值下降一半，风机电流则下降较少，说明风机风量有所提升，这也与系统产量提高相符。

4.2.2 高效选粉机运行状态变化较大

改造后，高效选粉机转子转速下降且电流显著降低，选粉机阻力明显减小，风机入口负压绝对值也相应下降，而风机电流略有上升，这说明改造后，选粉机进风口拉风更加顺畅，风机风量有一定提高。风机电流升高或与系统温度降低也有关系。

4.2.3 球磨机电流有所降低，磨内物料量有所增加

从出磨斗式提升机电流来看，出磨物料有所增多，同时，球磨机电流有所降低，说明在磨机装球量基本一致的情况下，磨内物料量有一定增加。一方面，系统喂料量增加，从旋风筒入磨的半成品增多，另一方面，从出磨斗式提升机直接加入的矿粉量增多。二者均会造成出磨斗式提升机电流升高。

4.2.4 磨内通风效果较好，风管堵塞现象明显改善

改造前，辊压机放风、磨机通风及选粉机冷风均接入选粉机进风口，存在竞争关系，影响磨机通风，现场风管经常堵塞。改造后，选粉机出风与磨机通风一起进入收尘器，磨机出风口和风机的距离更近。从现场情况来看，风管堵塞现象明显改善，没有出现过喷灰漏料的情况，整体使用效果较好。

4.2.5 选粉机两侧进风口进风均匀，风管阻力减小

改造前，出磨风管连接到高效选粉机一次风口，不仅造成选粉机两侧进风量不平衡，还会造成物料在接入一次风口的收尘风管末段堆积，导致风管堵塞，阻力增大，影响选粉机进风和物料分选。改造后，高效选粉机两侧进风口均不再接入风管，对系统进风不会产生影响，同时，出磨收尘风管直接接入大布袋收尘器，出口负压绝对值更大，不易形成管道积灰，通风风管运行流畅。

4.3 系统电耗对比

通过对粉磨系统改造前后的主要设备电流等参数对系统耗电量的影响进行核算，系统分项电耗对比见表5。需注意，表5仅对主要设备电耗进行了计算，胶带输送机、输送斜槽风机、空气压缩机等辅助设备未计算在内。

由表5可知，改造后，电耗发生变化的主要设备为辊压机和球磨机，即分选效果改善后，辊压机和球磨机消耗在未充分分选物料上的能耗明显降低，从而提高了系统产量和能量利用率。循环风机和系统风机电耗下降有限，一方面是设备本身功率不高，另一方面是系统产量提高后，所需的系统风量也相应提高。

表5 改造前后系统分项电耗对比

5 系统标定及结果分析

2022年2月进行的系统标定包括风量测定和系统物料取样测定（见图2），根据标定情况可以进一步了解系统改造后的运行效果。

5.1 风量测定结果对比

风量测定前，先在重要风管的合适位置上开孔，根据风管横截面形状为圆形或矩形，采用不同的测点选取方式；测量时，采用毕托管和数显式压力表测定风管动压、静压及温度等参数，进而计算出该风管的气体流量。改造前后风量标定时各测点位置及检测内容见表6。

表6 改造前后风量标定时各测点位置及检测内容

改造前后风量测定结果对比见表7。其中，选粉机冷风口不适用毕托管测量，此处风量仅供参考。与表1中的设备铭牌数据对比可知，出旋风筒进循环风机的风量与出收尘器进系统风机的风量均已接近铭牌的额定风量，即两台风机均达到了较高的用风状态。另外，2019年对六筒旋风筒进行含尘浓度测定时，使用毕托管进行了风量校核，管道静压为-2 690Pa，风温75.5℃，风量96 952Nm3/h，工况风量124 859m3/h，与含尘仪自动计算的数据相比偏小。与本次改造后的风量数据相比，风机进口负压及风量数值变化均较大。

表7 改造前后风量测定结果对比

5.2 物料取样测定结果对比

风量标定后，在相同的系统操作条件下，对各点物料进行取样和粒度筛析，系统物料取样前，也需要先在相应的点位上开孔，根据该处物料粒度和料流情况选取合适的取样工具，对物料进行各项检测。改造后物料取样标定时各测点位置及检测内容见表8，物料取样检测结果见表9。

表8 改造后物料取样标定时各测点位置及检测内容

表9 改造后物料取样检测结果

2018～2019年生产期间，曾对选粉机回粉进行过取样和细度检测，0.045mm筛筛余为50%～60%，0.08mm筛筛余为20%～25%，说明选粉机回粉中有较多的细粉未能分选出。在2022年2月底的测定结果中，选粉机回粉0.045mm筛筛余接近80%，根据回粉、出磨及成品的物料筛析数据，计算出选粉效率为88%，比较理想。同时，选粉机进出口阻力约2 500Pa，设备电耗0.4～0.5kW·h/t，与改造前相比有明显改善。

5.3 综合分析

从风量标定和物料检测结果综合分析可以看出，在取消系统放风且循环风机风量充足的情况下，出旋风筒比表面积接近理论计算值，说明辊压机的挤压效果正常。结合表4中的辊压机运行电流可知，若继续提高辊压机本身的做功，仍可进一步提高入磨比表面积，降低系统电耗。改造后，选粉机的运行状况比较理想，回粉筛余有明显提升，充分说明N-U选粉机的N型静叶片有效阻止了粗颗粒进入转笼，降低了不必要的能量消耗，U型转子叶片确保了在较低的转速下仍然能够分选出合格成品，进一步降低了设备功耗。同时，改造后，高效选粉机两侧进风均匀，有利于高效选粉机更好地发挥分选作用。