现代水泥生产生料制备与水泥粉磨工序节能技术方案研究

 1 生料制备工序技术方案

    生料制备技术方案有多种，本文仅已投运的5000t/d生产线经常采用的生料制备技术方案进行比较。

1.1 管磨工艺技术方案

    管磨工艺技术方案一般常见于建设较早的生产线，具有对物料物理性质波动适应性强，产品细度、颗粒级配易于调节等特点。根据原料的易磨性、含水量以及生产规模的不同，主要有风扫磨系统、尾卸提升循环系统和中卸提升循环系统。这种磨机结构简单，容易管理和维护；缺点是动力消耗大，尤其当用于处理含水较少并易磨的物料时，用于风扫和提升物料所需的气体量大于烘干物料所需的热风量，则更不经济。由于管磨系统电耗大，一般生料单位主机电耗15～16kWh/t，系统电耗20～22kWh/t，为此逐步让位于立磨系统或生料终粉磨系统。为了更清楚地了解这些生产工艺，现采集了有代表性的烘干中卸式生料粉磨系统的生产装备及经济技术指标（见表1）。

1.2 立磨工艺技术方案

    立磨主要特点是粉磨效率高，烘干能力强，产品的化学成分稳定，颗粒级配均匀，有利于煅烧。工艺流程简单、建筑面积及占有空间小、操作环境清洁、磨损小、利用率高等。目前，国内外立磨的生产厂家比较多。其中，国外比较有代表性的公司主要有莱歇、史密斯、菲凡、伯利休斯等。进入21世纪以来，在国内外5 000t/d生产线的设计中多有采用。国内立磨生产装备生产技术也日臻成熟，并大量运用。目前国产立磨已经逐渐达到并超过国外立磨的生产技术指标。

    笔者主要从立磨的生产工艺布置形式谈一些粗浅的看法。立磨的工艺布置形式主要有两种：二风机系统和三风机系统，两种系统的生产装备和技术经济指标见表2。

    通过上述对比和生产实践，可以看出： 三风机系统的特点：

    （1）操作方便，生料系统有一个相对独立的自我封闭系统，可以独立操作，并对窑的影响不大。

    （2）方便大型袋式收尘器的使用，收尘器布袋的使用寿命长。

    （3）与二风机系统相比，装机功率高，占地面积大，生料工序电耗高。
   
    与二风机系统相比的特点：

   （1）系统装机功率低，占地面积小，生料工序电耗低。

   （2）操作复杂，与窑系统共用一台尾排风机，磨机的操作会对窑系统造成一定的影响，且磨机出口处负压较高，磨机出口阀门操作困难，且对磨机操作影响较大。

   （3）由于磨机出口处负压较高，要求共用的尾排风机要有较高的全压（D工厂企业的尾排风机全压为11kPa），对袋式收尘器的使用寿命影响较大。

      两类型系统存在的共性问题：

    （1）由于余热利用，入磨风温普遍偏低。

    （2）磨机的压差普遍较高，基本都在5 500Pa左右，有的企业甚至在6 000Pa以上。

    （3）喷口环通风面积在4.9m2左右，这或者是系统风量低，或者是喷口环处风速过高。所以对立磨入口风量的标定是非常重要的，对确定喷口环通风面积具有重要意义。

   （4）加载压力大都在110～130bar之间，对应的台时产量均在420t/h左右。
 
1.3 辊压机终粉磨工艺技术方案

    辊压机终粉磨系统的特点是粉磨效率高、电耗较立磨系统更低，金属消耗低，有的达到0.5g/t生料，且体积小、占地面积小，易于安装。进入21世纪，国内设计开发的大型辊压机终粉磨系统试验成功，并在国内外大量推广使用。某企业使用国产辊压机终粉磨系统装备及有关经济技术指标见表3。

    从实际运行来看，实际生产能力均超过设计生产能力，经济技术指标优于立磨系统。且辊压机系统已国有化，设备及备件购置方便，成本低，维修方便。生料制备采用辊压机终粉磨系统已经逐渐显现出其技术魅力，并受到使用企业的广泛赞誉。

1.4 三种粉磨工艺技术方案的比较

    表4为5 000t/d生产线生料制备三种粉磨工艺技术可以看出辊压机终粉磨系统的电耗最低，立磨次之，中卸磨的电耗最高；辊压机终粉磨系统中，辊压机主体部分的电耗为7.96 kW/t；立磨系统中立磨主体部分的电耗为8.8 kW/t。两者相差0.84 kW/t;辊压机终粉磨系统中，循环风机的电耗为4.4kW/t；立磨系统中，循环风机的电耗为7.4kW/t。两者相差3.0kW/t。仅就粉磨电耗来看，终粉磨系统与立磨系统的差别并不是很大，但由于立磨要求喷口环处的风速要高达45m/s～60m/s，导致磨内阻力要比立磨系统V选内的阻力高3 000～4 000Pa，从而要求循环风机的功率要远远大于终粉磨系统，这也是终粉磨系统比立磨系统省电的原因所在。我们得到的启示是在设计过程中，优化系统布置、降低系统阻力、优化选粉设备是进一步降低电耗的方向。

2 水泥粉磨工序技术方案

2.1 开路管磨系统

    该系统具有工艺流程简单、操作方便、占地面积小、投资省等优点，水泥早期的生产中被广泛采用，且至今在一些小的粉磨站和＜φ3m磨机中仍有广泛的市场。随着国家行业政策的结构优化，＜φ3m磨机因其消耗高、产能低已逐渐被淘汰而结束其发展的历史。

2.2 辊压机+开路管磨系统
    
    在＞φ3m以上开路系统磨机中，为了提高产能、降低消耗，根据磨机型号的不同而加设不同规格的辊压机系统进行物料的预粉磨。不同型号磨机配置的辊压机系统的设备配置表和经济指标见表5。

    对于不同配置的辊压机+开路管磨系统，通过对比可以得到如下结论：

    （1）φ4.2m×13m水泥磨约为φ3.2m×13m水泥磨的总装机功率的2倍多一些，台时产量也约为2倍。

    （2）φ4.2m×13m水泥磨系统比φ3.2m×13m水泥磨系统单位产品的工序电耗约高出1 kWh / t左右。

    （3）φ4.2m×13m水泥磨配置φ1 400m×800mm辊压机与φ3.2m×13m水泥磨配置φ1 200 mm×450mm～500mm辊压机的功率与产能基本是成比例增加的。

2.3 闭路管磨系统

    目前，建设时间相对较早的企业，还有相当一部分没有采用辊压机的闭路管磨系统，其设备配置及经济技术指标见表6。

    对于不同配置的闭路管磨系统，通过对比，我们可以得到如下结论：

  （1）这种类型的水泥磨布置，工序电耗基本在36 kWh / t左右；

  （2）随着磨机直径的加大，虽然产量有一定的提高，但工序电耗并没有较大的改善。

2.4 辊压机+闭路管磨系统（见表7）

    对于不同配置的辊压机+闭路管磨系统，通过对比，我们可以得到如下结论：

    （1）随着辊压机配置的不断加大，台时产量也随之增加，但并没有成比例增加。

    （2）随着辊压机配置的不断加大，工序电耗并没有得到预想的改善。

    （3）采用打散机配置比采用V选的工序电耗低2～3kWh / t。

    （4）辊压机的实际运行压力普遍较设计压力低，其运行效果没有得到应有的发挥。

2.5 CKP立磨预粉磨系统（立磨+管磨系统）

     CKP立磨为简易立磨，机械卸料，没有上部壳体的笼式选粉机，结构简单。不同配置CKP立磨预粉磨系统配置及经济技术指标见表8。

     对于不同配置的CKP立磨预粉磨系统，可以得到如下结论：

    （1）在配置同规格球磨机的情况下，用CKP立磨比用辊压机电耗低。

    （2）在CKP预粉磨系统不同配置的情况下，通过进一步优化配置，还可以进一步降低电耗。

2.6 立磨终粉磨系统

    国际上新建的水泥生产线粉磨系统对立磨终粉磨系统的选用率已达70%，随着我国水泥立磨制造与应用的成功，近年来水泥立磨终粉磨的选用率也已显著上升。水泥立磨终粉磨技术，以其工艺系统流程简单、单位产品电耗低等诸多优点，引起水泥行业的高度重视。立磨终粉磨系统设 备配置与经济技术指标见表9。

    研究不同设备制造商研发生产的水泥立磨终粉磨系统得出如下结论：

    （1）水泥立磨终粉磨系统的电耗指标优于其它水泥粉磨系统。

    （2）外循环立磨系统的电耗低于内循环系统，主要是风机功率消耗较大。

    （3）国内水泥磨的开发制造日臻成熟，技术指标、装备水平已接近国际先进水平。

3  结 语

    （1）粉磨系统的电耗在水泥行业中占比接近水泥综合电耗的80%，如何通过选用合适的工艺设备和技术方案，意义重大。直接关系到企业生产成本的降低和市场竞争能力的提高，以及实现节能减排的目标。

    （2）对于生料制备系统，辊压机终粉磨系统具有不可比拟的节能优势，但在辊压机的使用寿命和工艺布置上还需进一步优化，使其更具有技术优势和魅力。

    （3）辊压机的使用能够大幅提高水泥磨的产能，降低工序电耗，但基本上辊压机都没有达到设计的加载压力，使辊压机的产能和效果没有得到有效的发挥，需要制造商和使用企业进一步研究和摸索。

    （4）水泥粉磨系统产能不断提高，辊压机规格随之加大，但单位产品电耗并没有降低。因此，应对辊压机与水泥磨的匹配问题进行深入细致的研究，以使经济技术指标更加优化。

    （5）以前国内普遍认为，水泥立磨终粉磨产品存在颗粒形貌、颗粒级配、标准稠度需水量等问题。从目前国内使用情况看，都已不是问题。经检测，立磨工艺生产的水泥3μm～30μm颗粒含量高，有利于水泥强度的发挥；水泥的标准稠度需水量低于闭路球磨机生产的水泥；立磨水泥配制的混凝土塌落度大，具有良好的工作性能，有利于工程施工；实践证明立磨终粉磨水泥，完全能满足市场需求，市场适应性良好。

   （6）水泥立磨终粉磨方案集烘干、研磨、选粉于一体，工艺流程简单、建筑面积和占地面积小、设备数量少、允许进磨物料水分高、运转率高、粉磨效率高、操作维护简单、节电效果好、运行费用低、单机规模大等优势，其取代水泥球磨的趋势已十分明显。方案技术经济指标进行对比。