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挤压粉磨技术在水泥厂技术改造中的应用

浏览次数: 日期:2005年6月21日 21:48

挤压粉磨技术在水泥厂技术改造中的应用

合肥水泥研究设计院  包 玮

 

摘 要:由于辊压机及其挤压粉磨系统占地面积小、布置方便,在水泥厂粉磨系统技术改造中被广泛所有。为了达到预期的目的,取得更好的经济效益,必须根据各种不同挤压粉磨系统特点,结合对所需改造的粉磨系统及粉磨物料特性的研究,选择合适的技改方案。

关键词:辊压机 挤压粉磨 技术改造

• 前言

  辊压机及挤压粉磨技术经过十余年的应用已日趋成熟,不仅将其自身的高效节能的特点得以充分体现,随着工艺系统的深入研究和主机可靠性的提高,系统运转率已接近球磨机系统。无论在国际还是国内都已成为新建水泥生产线,尤其是大型水泥生产线粉磨系统的优选方案之一。此外由于辊压机可以和打散分级机、球磨机、选粉机等构成多种粉磨工艺流程,满足不同生产线产品产量和质量的要求;并且,因为占地面积小,布置方便,因而在水泥厂粉磨系统的技术改造中也得到广泛的应用。本文仅就我院辊压机在水泥厂粉磨系统技术改造中的应用情况作一简要介绍。

 • 挤压粉磨主要工艺流程及技术特点

2 .1 系统主机性能特点
  作为完整的挤压粉磨工艺系统的主机,包括辊压机、打散分级机、球 磨机和选粉机等,球磨机和选粉机是水泥厂最常用的设备,不再介绍,这里仅就辊压机和打散分级机的工艺性能特点简介如下。

2 .1 . 1 、辊压机
  a 、 辊压机采用高压料层粉碎原理,对物料进行挤压粉碎。由于所施压力大大超过物料的强度,所以在挤压过的物料中产生大量的微粉(一般水泥粉磨在一次挤压的物料中 0.08mm 以下含量占 20% ~ 30% );同时,由于存在选择性粉碎的特征,因而即使在料饼中也存在着未挤压好的颗粒。 由于辊压机磨辊两端面存在边缘效应,因而约有 10% ~ 20% 未经充分挤压的物料混于出料中。 鉴于上述原因,造成挤压后的物料不仅颗粒分布宽,而且易磨性差异很大。

2 .1 . 2 、打散分级机
  打散分级机是为解决辊压机存在的上述问题而开发的,它将辊压机挤压后的物料打散后分选出细粉( 0.5 ~ 2.5mm ),送入后序的粉磨系统,而粗颗粒则返回辊压机重新挤压。 由于打散分级机可以通过变频调速调整入球磨机物料的粒径,因而可以合理分配辊压机和球磨机的负荷,使整个粉磨系统处于最佳的运行状态。

2.2挤压粉磨主要工艺流程
  挤压粉磨工艺主要有:预粉磨工艺、混合粉磨工艺、半终粉磨工艺、联合粉磨工艺及终粉磨工艺。在水泥厂粉磨系统技术改造中,通常采用预粉磨、半终粉磨和联合粉磨工艺,因此,仅就这三种工艺的特点介绍如下:

2 .2 . 1 、挤压预粉磨工艺
  预粉磨工艺是将入球磨机的物料由辊压机挤压预处理,而后送入球磨机粉磨产品(见图 1 )。由于辊压机存在上述特性,送入球磨机中大于 5mm 的物料,随着辊压机进料装置的磨损而增加,造成粉磨系统产量呈周期性变化。此外,为了破碎这些少量的 5mm 以上大颗粒,而不得不使用大规格的研磨体,造成球磨机研磨能力的下降,粉磨系统工艺参数不合理,其结果是技术经济指标不高。

图 1 挤压预粉磨工艺

2 . 2 . 2 、挤压联合粉磨工艺

                   图 2 挤压联合粉磨工艺

  挤压联合粉磨工艺是将挤压后的物料(包括料饼和边部漏料),先经打散分级机打散分选,小于一定粒径的半成品( 0 . 5 ~ 2 . 5mm )送入原有的球磨机粉磨至成品,分选出的粗颗粒返回辊压机再次挤压(图 2 所示)。原有的球磨开路、闭路均可。通过打散分级机调整入球磨的物料粒径,分配辊压机和球磨机系统的负荷,使系统工艺参数得到优化,辊压机磨辊边缘效应所产生的大颗粒物料通过打散分级机返回辊压机重新挤压,基本消除了辊压机的运行状态对后续球磨机系统的影响,同时由于入磨物料的最大粒径得到有效的控制,球磨机一仓球径大幅度下降,研磨能力得到加强,同时,球径的降低使球磨机的故障减少。由于打散分级机的半成品中含有 40 ~ 50% 小于 0.08mm 的细粉,这些细粉直接送入球磨机,其产品必然是微粉含量高,颗粒分布宽。因而后续球磨机系统必须根据产品需要作优化调整。

2 . 2 . 3 、 挤压半终粉磨工艺
  挤压半终粉磨工艺是将打散分级机的半成品与后续球磨机的出磨物料一同送入选粉机分选(见图 3 ),也就是说一部分产品未经过球磨机而直接由辊压机和选粉机直接产生。这种粉磨系统的特点是产品的颗粒分布窄,均匀性系数高。由于这种工艺流程选粉机的入料与一般闭路磨系统的有较大差别,因而,选粉机的选型和内部结构处理显得尤为重要。与挤压联合粉磨工艺相同,由于球磨机研磨体的最大粒径和平均粒径的大幅度降低,球磨机系统的运转率得到较大的提高。

                 图 3 挤压半终粉磨系统

3 、 生料粉磨系统改造中挤压粉磨技术的应用

3 .1 、生料粉磨系统改造的主要特点
  生料粉磨系统改造的目的一般是为了满足窑系统产量提高的要求 ,另外兼顾节能、降耗及环保、收尘要求。生料粉磨通常以 0.08mm 和 0.2mm 方孔筛的筛余来控制,并且,以控制 0.2mm 的筛余为主,当 0.2mm 筛余小于 1.0 ~ 1.5% 时, 0.88mm 筛余可以放宽至 10 ~ 16% 。而成品中不需要有一定的颗粒组成和大量的微细粉。所以,生料粉磨系统的改造必须围绕着如何提高以 0.08mm 和 0.2mm 为切割粒径的粉磨效率。

3 .2 、挤压粉磨工艺选择
  根据生料粉磨系统技术改造的特点,在选用辊压机以增强系统粉磨能力的同时,必须着重考虑系统的选粉能力,以解决系统在 0.08mm ,尤其是 0.2mm 的分级效率,减少过粉磨,最大幅度地提高系统产量。
  由于经辊压机挤压过的物料含有大量的细粉( 0.08mm 以下的细粉为 30% 左右),这些细粉在进球磨机之前就先被分选出来,必然会提高粉磨效率,因而,可以大幅度提高系统产量。所以对于生料粉磨系统最佳的改造方案应该是挤压半终粉磨系统,并且应该使用第三代高效选粉机,联合粉磨系统次之,预粉磨系统效率较低。
  采用挤压半终粉磨工艺,使一部分成品由辊压机和选粉机直接产生并分选出来,减小了球磨机的通过量对整个粉磨系统的限制,所以,就我们现在所掌握的技术,可以使原有的球磨机系统粉磨能力提高 100 ~ 150% ;而联合粉磨工艺则受到球磨机的限制,产量提高约 80% ;预粉磨工艺则由于系统工艺参数得不到优化只能提高 30 ~ 40% 。

3 . 3 、应用实例分析
3 . 3 . 1 、山东兖州矿务局水泥厂 600t/d 生料挤压半终粉磨系统
  在山东兖州矿务局水泥厂 1# 窑技术改造中,要求生料粉磨系统的产量 由 22t/h 提高到 45t/h 以上。采用合肥水泥研究设计院开发的挤压粉磨技术对现有的φ 2.2 × 6.5m 球磨机进行改造。将原有的φ 3.5m 离心式选粉机更换为 DS750 型高效组合式选粉机,在球磨机前加一套 HFCG100 — 35 型辊压机和一台 SF500/100 型打散分级机构成挤压半终粉磨系统。物料经辊压机挤压并由打散分级机打散分级,将其半成品(小于 0.08mm 占 40% 左右, 2mm 以下约 85 ~ 90% )先送入高效选粉机分选,选粉机的粗粉入球磨,球磨机的出料也进选粉机(见图 4 )。该系统改造后,经厂院联合标定,技术经济指标如下:(表 1 所示)

         图 4 兖州矿务局水泥厂 1# 窑生料磨技改工艺流程图

表1  兖州矿务局水泥厂 1# 窑生料磨改造后的结果

项目

系统

品种

细度 R 0 . 08%

产量 t/h

电耗
kW h

增产 %

节能 %

备注

改造前

生料

10.0

22 . 0

22 .0     

 

 

 

改造后

生料

6 .5

46 . 3

16 .1

110 .5

26 .8

半终粉磨

 3 .3 .2 、山东水泥厂 1# 窑( 700t/d )生料挤压联合粉磨系统
  山东水泥厂 1# 生料磨建于 70 年代,为φ 2 . 4 × 10m 中卸烘干磨, 产量一直低于设计指标,电耗高,系统设备老化,急待改造、完善。改造方案为挤压联合粉磨工艺。新增 HFC120 — 36 型辊压机一台, SF500/100 打散分级机一台,将中卸磨改为两端进料中间出料的两台并联单仓开路短磨。该系统于 1994 年 12 月 28 日投料试车, 1995 年 3 月达标验收, 1995 年 12 月通过了由山东省建材局主持的省级技术鉴定。在此之后山东水泥厂根据现场情况恢复了球磨机的选粉机,使系统产量又有较大提高,系统工艺流程见图 5 所示。系统改造后所达到的技术经济指标见表 2 。

表2  山东水泥厂 1# 窑生料粉磨系统改造后的技术经济指标

项目

品种

细度 R 0 .08 %

产量 t/h

电耗 kW h/t

增产 %

节电 %

备注

改造前

生料

10 ± 1

26

33

 

改造后

生料

10 ± 1

55.34

17.67

113

46.5

磨机开路

改造后

生料

10 ± 1

65.0

16.23

150

50.8

磨机闭路

 

图 5 山东水泥厂 1# 窑生料粉磨系统工艺流程图

4 、 水泥粉磨系统改造中挤压粉磨技术的应用

  4 .1 、水泥粉磨系统改造的主要特点
  4.1 .1 、水泥粉磨系统的技术改造一般基于以下目的考虑的:
   窑系统改造后熟料生产能力提高;
   为适应新标准,增加粉磨能力,提高水泥成品的细度和比表面积
   利用峰低谷电价差异,考虑水泥粉磨系统的避峰运行;
   解决季节性销售问题。
  4 .1 .2 、水泥粉磨的细度和颗粒组成对水泥的强度和混凝土的性能有很大影响。太粗的熟料颗粒不能完全水化,大于 60 μ m 的熟料颗粒仅起到微集料作用,不能得到有效的利用;小于 30 μ m 的微粉含量不足,水泥早期强度上不去;水泥成品颗粒分布过于集中,造成标准稠度需水量的提高。因而,降低水泥成品的筛余,提高其比表面积,增加熟料的利用率,以达到提高水泥实物强度的目的。目前一般公认的是: 3 ~ 32 μ m 颗粒对强度增进率起主导作用。

4 .2 、挤压粉磨工艺选择
  针对水泥粉磨的特点和要求,在选择挤压粉磨工艺时,对于要求筛余低、小于 3 μ m 微粉含量低的水泥,应选择带第三代高效选粉机的挤压闭路粉磨系统(闭路预粉磨、闭路联合粉磨和半终粉磨);而对筛余要求不是很严格,水泥成品颗粒级配分布宽的,则可以采用挤压开路粉磨系统(开路预粉磨系统、开路联合粉磨系统)。
  对于现有的粉磨系统采用挤压粉磨技术改造时,系统产量将大幅度增加,此时不仅要考虑主机的能力匹配,更要注意到输送设备的能力。尤其是闭路粉磨系统改造,一般由于原有的磨尾提升机、选粉机及其粗粉回料输送设备在当初设计时不会留出很大的余量,改造后产量大幅度增加,这些设备一般不能满足要求,并且由于土建的限制很难更换。因此,对条件允许的可以选择挤压闭路粉磨工艺;对于原有粉磨系统改造难度大的,选择挤压开路粉磨工艺不失为经济可行的方案。
  对于入磨熟料温度高,生产高比表面积水泥并且物料(某些石灰石等)易糊磨的粉磨系统,从降低系统设备和物料的温度,提高粉磨效率角度考虑,应选择带第三代高效选粉机的闭路挤压粉磨工艺,使磨内的微粉和热量通过大量的冷风带走,降低磨机及系统设备的工作温度。而对于一般熟料温度小于 150 ℃,不易糊磨的物料,则可采用开路挤压联合粉磨工艺,尤其是将经高细高产磨技术特殊改造后的开路磨用于挤压联合粉磨系统,使辊压机卓越的破碎和粗磨功能与球磨机特有的细磨功能有机地结合,粉磨系统更加简捷、可靠、高效。

4.3 、应用实例分析
4 .3 .1 、江苏花山特种水泥厂φ 2.2 × 6.5m 水泥磨挤压粉磨技术改造
  江苏花山特种水泥厂 1997 年年产水泥 20 万吨,后新建一台立窑,使水泥年产量达到 30 万吨。与之配套生料和水泥粉磨系统都是分别在原有的两台φ 2.2 × 6.5m 球磨机之前加一台 HFCK100 — 35 型辊压机作预粉磨。其中水泥台时产量为 35 ~ 37t/h 。 2000 年该厂为了提高水泥比表面积,适应国家水泥新标准的实施,以及江苏省实行的分时电价政策,对原水泥挤压预粉磨系统进行技术改造。具体方案是:将一台球磨机暂时恢复为原来普通的闭路磨,与第二期水泥磨改造一同进行。在现有辊压机后加设一台 SF400/100 型打散分级机形成闭路,打散分级机的半成品先送入与另一台球磨机配套的φ 20m 旋风式选粉机选粉,粗粉进经高产磨特殊改造后的开 路球磨机粉磨至成品,与选粉机选出的经混合后一同入库。改造后的工艺流程见图 7 。

 图 7 江苏花山特种水泥厂水泥开路挤压联合粉磨工艺流程

  江苏花山特种水泥厂水泥粉磨系统两次改造的结果如表 3 。

项目系统

品种

比表面积 m 2 /kg

提高

产量t/h

增产%

电耗
kW h/t

节电%

 

闭路球磨

水泥

270 ~ 290

 

13.5

 

32.0

 

挤压预粉磨

水泥

270 ~ 290

 

18.0

+33.3*

27.0

- 15.6*

挤压联合粉磨

水泥

320 ~ 330

+40

29.2

+116*

22.0

- 31.3*

    注: * 与原有的闭路球磨系统比较。

   该厂水泥磨技术改造后由于比表面积的提高,三天强度显著增加,混合材掺入量增加 8% ,电耗下降 10kW · h/t ,辊压机运行更加平稳,系统运转率有较大的提高,经济和社会效益十分显著。另外,从该厂前后两次技术改造结果来看,尽管挤压联合粉磨系统投资要高些,但是,很显然它的投资效益比挤压预粉磨系统要高得多。

4.3.2 、安徽省安庆白鳍豚水泥有限公司日产 600 熟料新型干法旋窑水泥生产线水泥粉磨系统φ 3.0 × 9.0m 闭路水泥磨系统改造
  安徽省安庆白鳍豚水泥有限公司出于如下原因考虑,决定大幅度提高旋窑系统水泥粉磨能力:
   适应国家水泥新标准。在执行新标准后保持水泥生产能力;
   提高水泥粉磨的工艺和装备水平,降低生产成本;
   提高旋窑系统粉磨能力,实现立窑和旋窑熟料共同粉磨,改善水泥产品的质量。
   在提高熟料存储能力的同时,扩大水泥的粉磨能力,适应水泥销售的季节性变化。
  该厂旋窑水泥粉磨系统原为φ 3.0 × 9.0m 闭路水泥磨, 1999 年台时产量为 33t/h ,电耗为 42.5kW · h/t ,水泥比表面积不高。 2000 年采用挤压联合粉磨技术对该系统进行改造。主机采用合肥水泥研究设计院研制的 HFCG120 — 40 型辊压机一台、 SF500/100 型打散分级机一台。将原有的φ 3 . 0 × 9 . 0m 闭路磨采用合肥水泥研究设计院专有的高细高产磨技术进行改造,改为开路磨。辊压机和打散分级机构成闭路,辊压机挤压后的物料经打散分级,小于一定粒径的物料送入高效选粉机先分选出一部分成品,选出的粗粉进开路高产高细磨粉磨至成品,与选粉机的成品混合后一同入库(工艺流程见图 8 )。

 

 图 8 安徽省安庆白鳍豚水泥有限公司 4# 水泥磨工艺流程

该系统的基本情况为:• 水泥品种: 425# 普通硅酸盐水泥,原料配比(见表 4 )入辊压机混合物料: 20.83kW h/t ; 球磨机为两仓磨高细高产磨,共装球 74.7 吨,因设备原因未达到设计装球量 80 吨的要求。其中:一仓装球 20.7 吨,平均球径: 44mm ;二仓微锻:共 54 吨。
           表 4  425# 普通硅酸盐水泥原料配比

项目

旋窑熟料

立窑熟料

石煤渣

石灰石

石膏

总计

百分比( % )

38.8

38.8

15.2

2.9

4.3

100.0


  该系统 2000 年 7 月投产,即达到设计指标。经两个月的运行于 9 月 11 日至 12 日安庆白鳍豚水泥有限公司和合肥水泥研究设计院共同对该系统进行连续 24 小时测试标定,结果如表 5 所示。

表 5  安徽省安庆白鳍豚水泥有限公司 4# 水泥磨改造结果

项目系统

品种

比面积
m 2 /kg

产量 t/h

提高 %

电耗m 2 /kg

降低%

闭路磨

425# 普硅

300

33.0

 

42.5

 

改造设计指标

425# 普硅

≥ 310

52.8

+ 60.0

32.5

- 23.5

改造标定指标

425# 普硅

310

55.8

+ 69.0

29.1

- 31.5

  尽管该系统节电幅度达 30% 以上,但就绝对电耗而言还是偏高,其主要原因是选粉机和收尘器风机装机功率达 200 多千瓦,而所选出的有效成品量仅为 6 ~ 7 吨,这部分产品电耗高达 30 ~ 40kW · h/t 。对这套系统进一步优化后,可望使系统电耗降至 27kW h/t 以下。

5 、 结束语

  从上述应用实例可以看出,挤压粉磨技术在水泥厂粉磨系统改造中有其不可替代的优势。首先可以大幅度提高系统产量,并且可以保持原有的系统,保持一套配料系统不变,仅适当提高配料和输送能力即可。其次,改造后可以提高长径比小的球磨机的水泥产品比表面积,以适应国家水泥新标准的实施。另外由于辊压机、打散分级机、选粉机和球磨机可以组成多种工艺方案,根据现场情况可以灵活选择和布置,容易满足技改要求。 为了使技术改造能达到预期的效果,必须要做好以下几项工作:
  • 物料的物性分析。在尽可能的情况下,按照日后所粉磨水泥物料配比进行物料的水分、易磨性、易碎性、颗粒分布等物性分析,科学预测改造后的技术经济指标。
  • 根据产品要求选择工艺流程,并且认真研究系统中各设备的能力匹配,尤其是辊压机和球磨机的匹配。
  • 系统投产后,必须对系统和各主机设备的参数进行调试、优化,使系统从投产之日就处于高水平、高效率的运行状态之下。
  总之,辊压机及挤压粉磨技术为水泥厂粉磨系统的改造提供了节能高效、运行可靠的新型粉磨技术及装备,只要我们深入了解并掌握辊压机的工作原理和性能特征,就能为水泥厂粉磨系统的技术改造做出其应有的贡献,创造更大的经济和社会效益。

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