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经济型矿渣微粉生产线的工艺设计与设备配套

浏览次数: 日期:2005年6月7日 20:56

经济型矿渣微粉生产线的工艺设计与设备配套

 

合肥水泥研究设计院 杨 刚 刘恩睿 陶玲霞

 

  矿渣一直作为水泥混合材使用,由于其原料含水量大,易磨性差,烘干后的粉磨粒度细化程度难以发挥活性要求,相当部分颗粒仅起微集料作用。因此,现在多采用单独粉磨的方式将矿渣磨至≥ 420m 2 /kg 比表面积的 微粉进行配料,从而大幅度改善和提高水泥或混凝土的性能。但这种粉磨目前采用的工艺和设备较多,指标参差不齐,一些企业套用常规水泥生产线的工艺及设备致使其产量低,能耗大,烘干煤耗高达 40kg/t , 粉磨电耗 90kWh/t 以上, 技术 经济性有待提高。本文通过高效节能 烘干机、高细高产磨组成的矿渣开流粉磨系统的应用,取得了较好的效果。
1. 粉磨工艺及系统配置

  本系统以开路粉磨工艺为主,主机采用高效节能烘干机和高细高产磨,配以输送、计量、收尘、储存等组成独立的矿渣粉磨系统,成品比表面积 420m 2 /kg 。 若需加入石膏、粉煤灰之类物料,则另配相应的破碎、配料和储存等。全系统通过简化工艺流程和主机设备性能的优化,从而达到节省建设投资、降低生产成本的目的。其基本工艺流程见图 1 ,年产矿渣微粉 18 万 t 的工艺系统主要配置见表 1 。
  用于矿渣烘干的高效节能烘干机及其配套在水泥厂已广泛应用。其扬料特点、烘干机理和提供热源的节煤型高温沸腾炉结构改进 [ 1] ,为高效节能烘干奠定了基础。 Φ 2.4 × 18m 烘干机的运行指标为:矿渣入机水分 15~20% 、终水分< 1% ,产量 45t/h ,煤耗 < 18kg 。较常规同类型烘干机增产 120% ,节煤 60% 。同时,还 具有延长沸腾炉使用寿命 1.5~2 倍,可燃烧热值在 3000 大卡 /kg的劣质煤或炉渣、煤矸石等综合效果。

  矿渣成品直接由开流高细高产磨粉磨 产生。磨机结构根据矿渣易磨性确定仓位长度、衬板和隔仓板形式以及研磨体直径配比。表 1 配置在粉磨矿渣 96% + 石膏 4% 的单机产量可达 12.5t/h ,电耗≤ 65kWh/t ,相对于目前较多采用的闭路粉磨,减少了选粉及其配套设备的投资,工艺和操作控制简单,高产节能优势明显。包装和储存采用库底或库侧散装机散装出厂,只需配置相应的计量装置,比袋装成本少 20% 。
  上述环节从整体上体现了系统工艺的简捷、流畅和可操作性强的特点。大大缩短了建设周期,例 如江阴华西混凝土有限责任公司新建年产 20 万吨矿渣微粉生产线,仅用 4 个月即完成设计和试车投产,达到了较好的 技术经济效果。
2. 系统设计与物料平衡
2.1 工艺设计
  生产线建设应选择在距矿渣来源较近,运输方便,产品销售半径内的应用量与生产能力相适应,同时,在确保现有生产布局紧凑、工艺流畅的前提下,还要满足长远发展的需要。一些厂的前期规模大多为扩大生产留有余地,设计中一般都从平面总图、储存与配料以及粉磨(如预粉磨)设备的添置与更新几方面预设场地空间。因此,物料的平衡、输送、储存等计算选型也应综合考虑。宁波新港矿渣微粉有限公司年产 30 万 t 矿渣微粉生产线,为适应生产规模和高细粉磨的需要而预留挤压机进行矿渣预粉磨的 总图设计见 图 2 。

  辊压机作为预粉磨的有效设备,在矿渣微粉生产中逐渐应用。江阴绮星水泥有限公司采用辊压机和打散分级机先将矿渣预粉磨至 200m 2 /kg 左右比面积,即相当于磨机第一仓的细度, 再由高细磨、选粉机组成的闭路系统粉磨至成品,从而提高粉磨产量,降低产品电耗,获得最佳的经济效益。宁波新港矿渣微粉有限公司年产 30 万吨生产线设计中,也预留了辊压机预粉磨工艺。
  随着水泥生产结构的调整,一些立窑水泥企业关停后利用其设备设施改建为矿渣微粉生产线,原有的厂房、储库、设备等资源是降低生产线投资的有利条件,合肥恒利建材有限公司矿渣微粉生产线除新置烘干、粉磨及其配套设备外,磨房、烘干机房、生料库及输送设备等均利用原水泥厂生产设施,节省建厂投资近 50% ,经济性更好。
2.2 物料平衡计算
  年产 20 万 t 矿渣微粉生产线按系统主机运转率 82 % ,年运行 300d 计算,物料平衡见表 2 。
          表2  年产 18 万吨矿渣微粉物料平衡计算

物料

初 / 终水分 /%

配比 /%

干料 /t

湿料 /t

储存

h

d

a

h

d

a

规格 /m

储期/d

矿渣

20/1

96

24

576

172800

29.7

712.8

213840

40 × 60 堆棚(湿)
2- Ф 10 × 26 (干)

63.4

石膏

5/1

4

1

24

7200

1.04

25.01

7503

Ф 5 × 15

7.8

成品

< 1

100

25

600

180000

 

 

 

2-Ф 10 × 26

4.3

8/2

 

0.45

10.8

3240

0.48

11.50

3451

 

 

     注:成品计算不包括掺入 7.5% 粉煤灰;煤的平衡按 t 产品消耗 18Nkg 计算。
3 生产运行控制
3.1 烘干
  矿渣入磨水分对输送、储存尤其是粉磨都有影响,比表面积 > 420m 2 /kg 的粉磨过程中,磨温较高,静电吸附增强,更加剧了水分的影响作用,因此,入磨水分要求控制为 0.5 ~ 1.0% 。许多烘干设备达到这个水分并不难,但最大幅度地提高烘干能力,降低煤耗,是节省运行成本的关键。此外,烘干方式不当也会影响矿渣的活性,如逆流式烘干,其出料端的料温与热烟气温度较高,使矿渣的活性容易降低。与顺流式烘干相比,其活性指标下降 12~15% ,从而抑制了超细粉磨对矿渣活性的再提高。 本系统采用的 顺流式高效节能 烘干机, 根据物料性质改进了扬料结构,通过料幕的形成加快烘干速率,进料端起预热作用,温度为 700 ~ 900 ℃,出料端为降温阶段,料温不超过 60 ℃,原料水分只在烘干段被有效排除,因而矿渣活性不受影响。高温翻腾炉采用小炉膛结构设计热力强度高,从而降低煤耗,提高热能利用率及燃烧劣质煤等效果实现烘干的低成本运行。
3.2 原料除铁
  矿渣中的铁质和难磨特性使磨机衬板、研磨体的磨损比粉磨水泥要严重得多,随着物料含水量的减少,料温也逐渐下降,磨前需配备除铁装置。一般在烘干机出料输送皮带下面加设电磁滚筒,皮带上部悬吊电磁除铁器,物料在输送的同时即可基本清除料层中的铁质,使磨损的程度降至最低,也有利于提高产品的纯度。
3.3 磨机结构和粉磨参数
  磨机的衬板、研磨体配比、仓位设置等结构,根据矿渣易磨性确定。通常而言,矿渣磨设为三仓,易磨性好的物料对衬板带料能力要求不高,研磨体平均段径也偏小。一仓可采用大波纹衬板,随着各仓的细度变化,其余各仓相应改为小波纹衬板、平衬板或分级衬板,以满足研磨体变小而增大与物料的接触面积,同时在第三仓加设活化衬板,起调节物料流速和料层厚度的作用。
  粉磨及其收尘采用强力通风,既抑制磨机过粉磨现象,也有利于降低磨内温度。但过高的磨内风速易加快物料流速,使细磨能力降低,收尘压力增大。高细高产磨粉磨矿渣的通风量因为 6000-12000m 3 /h ,故可比同规格水泥磨相对偏小。烘干和粉磨的主要工艺参数见表 3 。
    表 3 年产 15~18 万 t 矿渣微粉生产线的烘干和粉磨操作控制参数

烘 干(Φ 2.4 × 18 m )

粉 磨

入机水分 %

15 ~ 20

磨机规格m

Φ 2.4 × 13 - 2

衬板形式

5 种

出机水分 %

0.5 ~ 1.0

成品比面积
m 3 /kg

≥ 420

活化衬板

4 ~ 5 圈

台时产量
t/h

45~48

台时产量 t/h

(12 ~ 14)×2

研磨体规格 mm

Φ 16 × 18 ~ Φ 8 × 8

单位煤耗 Nkg/t

16 ~ 18

磨机电耗 kWh/t

58 ~ 65

球料比

5.2 ~ 5.7

废气排放 mg /Nm 3

≤ 50

磨机仓数

3 仓

磨内风速 m/s

0.8-1.0

烘干机风量
m 3 /h

46000 ~ 50000

隔仓板形式

内筛分式

磨机风量
m 3 /h

8000-10000

3.4 矿渣微粉出磨温度偏高的解决方法
  粉磨矿渣微粉时,由于成品的高比表面积要求及较难的易磨性有别于水泥粉磨,致使矿渣在磨内停留时间增长。如果衬板带料能力过强,会加剧研磨体与衬板;研磨体与研磨体之间的剧烈撞击,从而产生热能释放。经过较长时间的叠积,加之筒体散热不足,造成矿渣微粉料温升高,一般多为 80~175 ℃,严重时不但影响矿渣微粉的活性发挥,当物料温度经中空轴传导致巴式合金轴瓦时,会使其温升过高,易造成烧瓦现象。磨机规格越大其筒体表面积点其总容积的比例减少,致使料温偏高现象更加明显。其解决办法见表 4 所示。

序号

解决的方法及措施

1

适当选择烘干机出机水份:Φ 1.8~ Φ 3.2 的不同磨机选用: 0.5~1.5%

2

筒体外部淋水降温:对其筒体外表淋水可降低温度 10~15%

3

适当加强磨内通风:由于矿渣流动性好,在保证表面积要求的基础上适当将风压增加 10%

4

对磨机出料端中空轴内位置进行隔热处理:采取隔热的方法切断物料温度传导

5

磨内雾化喷淋方式:在磨内加设雾化喷淋装置使其料温遇水蒸发降低其出磨温度 .

6

选用带高效选粉机的闭路系统:出磨矿渣微粉经高效选粉机的冷空气分选,可降低成品温度约 20~30%

3.5 生产效果与投资比较
  采用本系统生产或在建的不同规模的生产线主机配置及其生产效果见表 5 。与通常的球磨机 + 选粉机闭路系统投资及其生产指标对比见表 6 。
      表 5 主机配置及其生产效果(成品比面积 420~450m 2 /kg )

生产厂

年产规模/ 万 t

高效节能烘干机

高细高产磨

 

建设

 

规格 m

产量 t/h

规格 m

产量 /t/h

电耗 kWh/t

周期

江苏江阴华西混凝土有限公司

20

Φ 2.4×18

45 ~ 55

2- Φ 2.4×13

12 ~ 14

 

4 个月

宁波新港建材科技

有限公司

30

Φ 3×20

60 ~ 68

2- Φ 3.2×13

22 ~ 25 × 2

 

在建

北京上联首丰建材厂

15

Φ 2.4×14

38 ~ 40

2- Φ 2.2×11

9 ~ 11 × 2

 

8 个月

浙江余姚明峰建材公司

15

Φ 2.2×14

26 ~ 28

Φ 3.2×13 2- Φ 1.83×7

22 ~ 24
3.8 ~ 4 × 2

 

 

5 个月

浙江湖州天泽利矿渣微粉公司

10

Φ 2.2×14

24 ~ 25

Φ 2.4×13

12 ~ 15

 

4.5 个月

浙江杭州高强微粉有限公司

10

Φ 2.2×12

25 ~ 27

Φ 2.2×7.5
2- Φ 1.83×7

4.8 ~ 5.6
3.5 ~ 3.8 × 2

 

 

6 个月

河北丰润永基建材厂

10

Φ 2.2×14

24 ~ 25

Φ 2.4×13

13 ~ 15

 

6 个月

江苏南京江滨微粉科技有限公司

15

Φ 2.2×14

25 ~ 26

2- Φ 2.4×9.5
Φ 2.2×7.5

8.5 ~ 9.5 × 2
5.8 ~ 6.2

 

 

8 个月

浙江杭州三洋建材公司

12

Φ 2.2×14

26 ~ 28

2- Φ 2.2×11

8 ~ 9.5 × 2

 

8 个月

浙江湖州新市微粉有限公司

8

Φ 1.5×12

14 ~ 15

2- Φ 2.2×7.5

6.8 ~ 7.1 × 2

 

4 个月

河南西峡水泥有限公司

10

Φ 2.2×14

26 ~ 28

Φ 2.6×13

14 ~ 16

 

在建

安徽合肥清雅商贸有限公司

15

Φ 2.4×18

45 ~ 50

Φ 2.6×13

24 ~ 26

 

在建

4 结束语
  
上述系统所配置的烘干机、高温沸腾炉和球磨机等主机设备,均可在原有的设备基础上加以改造,使其具有高效节能烘干和高细高产粉磨的生产效果;系统无需选粉机,工艺和操作控制显得简单;矿渣成品由球磨机完成,对于多台闲置磨机,可以通过串联或并联等方式加以充分利用,工艺布置灵活。因此,从降低设备投资、缩短建厂周期和高产、低耗等方面体现了生产运行的经济性。
       表 6 相同生产规模的 2 种工艺设备投资对比(万元)

项 目

高效节能烘干机 +开流高细高产磨

球磨机 + 选粉机闭路系统

备 注

系统指标

年产规模 19 万 t , 成品比面积 420~450m 2 /kg配料比 / % :矿渣 88.5 :粉煤灰 7.5 :石膏 4

 

 

石膏破碎

45

45

 

烘 干

150

150

 

粉 磨

球磨机

220 ( Φ 3 × 13m )

180 ( Φ 2.6 × 13m )

 

选 粉

70

 

成品储存及包装

65

65

 

其 他

20

35

 

总投资 / 万元

500

610

 

总装机功率
kW / kW

2250

2540

 

粉磨系统电耗
kWh / t

68~70

65-68

 

  矿渣原料的烘干是超细微粉生产的前提条件,要求严格控制入磨水分低于 0.5 ~ 1.0% ;成品由开流高细高产磨产生,磨机的结构、工艺参数应满足于矿渣特性的要求,最好在易磨性实验基础上确定;矿渣的活性指标直接影响产品的应用效果,原料的合理选择也是生产设计的重要环节。本文通过 10 多条矿渣微粉生产线的设计、运行实践,对此积累了经验,证明了运行的可靠性和经济性。值得推广应用。

所属类别: 学术讲座

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