Φ3.8m×13m球磨机系...节能技改方案分析及改造效果_吴玉辉.pdf

2023年第1期0引言西南某水泥企业建设有1条日产2000t新型熟料水泥生产线，实际日产熟料2700t，水泥粉磨系统采用2套3.8m13m球磨机闭路粉磨系统，未配置辊压机预处理系统，单套水泥磨系统产量85t/h，粉磨工序电耗38kWh/t，生产水泥电耗较高。企业本着节能降耗、降低生产成本的原则，提出对水泥粉磨系统进行技改，采用在现有水泥磨前增加辊压机预粉磨，与现有水泥磨形成挤压联合粉磨系统。文章对此技改作一介绍。1企业概况水泥配料方案见表1，粉磨系统配置见表2。表1PO42.5水泥配料方案表%物料配比水分熟料780石膏4.57石灰石3.51矿渣1415水泥原料综合水分2.45%。其中，熟料成分中C3S 约占 60%，C2S 约占 16%，熟料温度约 150，熟料生产饱和比较高，细粉料含量较多，其中5mm占60%以上。石膏来自企业周边天然石膏矿，汽车运输进厂，含少量泥土，厂区内破碎后粒度70mm占90%。石灰石来自周边企业，汽车运输进厂，采用骨料线筛分后细碎废石，粒度10mm。矿渣来自周边企业，汽车运输进厂，粒度5mm。表2已有主机配置参数名 称球磨机提升机选粉机选粉机收尘器选粉机排风机磨机收尘器磨机收尘器风机设备参数规格：3.8m13m，电机功率：2 800 kW规格：NE300，能力：320m3/h，电机功率：55kW规格：SX2500，电机功率：132kW规格：JLPM2X9D，处理风量：160000m3/h风量：160000m3/h，全压：8000Pa，电机功率：500kW无（与选粉机共用）无（与选粉机共用）2生产运行问题2.1工艺系统问题（1）水泥磨机内部容易堵塞，导致出磨提升机电流波动大，受出磨提升机电流影响经常被迫减产或停机，生产波动较大。（2）水泥磨排风机因设备使用时间长，震动和噪音都较严重。2.2水泥生产指标生产PO 42.5级水泥主要控制指标比表面积，要求300 cm2/kg，实际约在300 cm2/kg，此时水泥细度R45m15%21%，水泥细度波动较大。2.3水泥原料粉磨试验按照企业PO42.5水泥生产配比进行粉磨性实验，结果见表3。中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）01-26-03【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.01.0083.8m13m球磨机系统节能技改方案分析及改造效果吴玉辉中建材（合肥）粉体科技装备有限公司，安徽 合肥 230051摘 要：采用HFCG180-160辊压机预粉磨系统与原有3.8 m13 m水泥粉磨系统进行配套，球磨机粉磨工艺由闭路改为开路，水泥产品维持比表面积维持不变，粉磨系统产量从85t/h提高到190t/h，粉磨工序电耗由38 kWh/t降低至29 kWh/t，水泥标准稠度用水量降低2%。关键词：辊压机;预粉磨；水泥磨；开路；闭路Analysis of energy-saving technical transformation scheme of 3.8m 13m ball mill system and its effectWu YuhuiChina Building Materials(Hefei)Powder Technology Equipment Co.,Ltd.,Hefei,230051,ChinaAbstract:Use HFCG180-160 roller press pre grinding system and the original 3.8m13m cement grinding system is equipped.Theball mill grinding process is changed from closed circuit to open circuit.The specific surface area of cement products remains unchanged.The output of the grinding system is increased from 85t/h to 190t/h,the power consumption of the grinding process is reducedfrom 38 kWh/t to 29 kWh/t,and the water consumption for cement standard consistency is reduced by 2%.Key words:roller press;pre-grinding;cement mill;open-circuit;close-circuit生产技术吴玉辉：3.8 m13 m球磨机系统节能技改方案分析及改造效果-262023年第1期表3水泥粉磨速度/时间关系表粉磨时间/min比表面积/(m2kg-1)21233.730296.636330.342365.448394.854420.0由表3可见，该企业水泥原料属于偏难磨，测算球磨机闭路粉磨生产水泥电耗为 39.0 kWh/t，与现有生产情况基本一致。2.4混合材分析及实验企业混合材资源来源稳定，其中石灰石CaCO3，氧化钙含量较高，PO水泥受烧失量限制，掺加量控制在 4%以内；矿渣作为主要混合材，掺加量约14%。在此对矿渣原料进行单独粉磨实验，矿渣速度/时间关系见表4。由表4可知，企业矿渣易磨性与国内平均水平相当，矿渣属于正常易磨性，根据粉磨时间对应比表面积关系，难磨的程度是水泥的1.5倍，比熟料难磨很多。3项目方案分析与制定3.1技改思路企业目前熟料生产线为 2 000 t/h,实际生产在20700t/h，在水泥销售旺季会外购熟料，现有单套水泥磨产能约85t/h，总产能约170t/h，水泥销售旺季会出现生产供不应求局面。目前企业年销售水泥约103万t，单月销售有达到过9万t以上，预测期望月产能最好能够达到12万t。从技改建设投资费用和今后运行能耗指标考虑，计划对1套水泥磨进行技改，技改实施后另外1套就不再生产运行。按此水泥磨以月运转率90%计算，技改实施后水泥粉磨系统产能需达到190 t/h以上。项目技改主体拟采用HFCG180-160辊压机预粉磨系统与3.8m13m球磨机配套形成挤压联合粉磨系统。技改实施后水泥原料经辊压机系统预处理后喂入现有球磨机进行粉磨，由于进入磨机粒度将大幅降低，现有磨机产能将大幅提高。同时，现有球磨机后续设备（出磨提升机、选粉机、收尘器及风机等）能力将出现不足，需改造或更换。而对磨机后续设备进行改造、更换需新增建筑物和对现有水泥车间加固，这将导致技改过程中对现有水泥生产影响较大；另现有水泥磨车间两侧均为水泥发运主干道，新增建筑物缺少场地位置。为此提出将现有水泥磨闭路生产工艺改为开路的想法，采用开路磨方式后，现有水泥磨后续设备能力可达到技改后要求，设备无需大的改动，也无需在磨尾新增建筑物，解决改造建设场地问题，节省技改建设投资，缩短技改施工时间。3.2开路粉磨与闭路粉磨工艺分析开路磨和闭路磨是水泥生产的2种不同的工艺流程，闭路磨磨尾配套有选粉机、选粉机收尘器和风机，出磨物料经选粉机分选，粗粉返回磨机再次粉磨，细粉作为合格水泥成品；而开路磨出磨物料全都直接作为水泥成品。2 种工艺系统生产水泥各有优、缺点，具体主要如下：（1）开路粉磨系统生产水泥，物料经磨机粉磨后就成为水泥，对比闭路系统在同比表面积条件下，颗粒分布会变广，细度会粗一些，但需水量会低一些，水泥性能会好一些。（2）开路粉磨系统生产水泥，因粉磨系统生产设备较少，粉磨工序电耗也较低，一般对比开路会低0.71.2 kWh/t。（3）开路粉磨工艺系统生产设备少，建设成本低，设备维护工作量小，管理维护成本低一些。（4）开路粉磨系统生产水泥粉磨过程中较闭路易出现过糊球、糊磨现象，导致粉磨系统产量下降。（5）开路粉磨系统生产水泥，物料经磨机粉磨卸出后就是水泥，在此过程中熟料如果磨不细，会导致吨水泥熟料用量增加，水泥制造成本升高。（6）闭路粉磨工艺生产水泥，出磨物料在磨尾选粉机分选、降温，通常磨机内部温度和水泥成品温度都会低一些。（7）闭路粉磨工艺生产水泥，出磨物料经选粉机分选时，水蒸气被带走排出系统，因此闭路粉磨系统对原料水分适应能力更强一些。企业闭路磨改为开路后，上面13 项可给技改带来好的效果，而47项需要通过分析论证后，确保技改实施可行性后方可采用，其中任何一项出现问题都可能导致技改失败。根据水泥原料实验，结合水泥生产理论、经验，对47项进行逐项分析，分析过程中对配套工艺方案进行优化，对可能出现问题同时利用工艺设计进行解决。首先就开路磨生产水泥，物料在磨内流速慢，停留时间长，磨内容易出现过粉磨，导致糊球、糊磨系统产量降低。这样的现象在过去水泥开路粉磨生产粉磨时间/min比表面积/(m2kg-1)21149.630195.942246.25429078364.5102432.5126475.9150527.3表4矿渣粉磨速度/时间关系表生产技术吴玉辉：3.8 m13 m球磨机系统节能技改方案分析及改造效果-272023年第1期中更为常见，那时球磨机都未配套辊压机，入球磨机物料粒度要求为25mm，企业如果水泥原料粒度差别大，磨内配套研磨体规格多，导致球磨机粉磨效率低，粉磨过程中糊球、糊磨现象更为常见。如采用辊压机与水泥磨配套，入磨机物料粒度80 m 将占80%以上，比表面积在230 cm2/kg以上，入磨物料颗粒变小且十分均齐，磨机内部钢球规格也大幅减少，平均球径大幅降低，磨机粉磨效率随之提高，磨机出现过粉磨情况将减少。对企业现有水泥生产情况进行分析，目前闭路生产水泥比表面积约3000cm2/kg，但是细度R45m15%。就闭路磨而言这个水泥细度是比较粗的，但从细度对应比表面积来看，水泥中10 m颗粒含量并不少。根据资料文献，水泥比表面积主要由水泥中10m以下颗粒贡献。再从水泥配料方案出发，易磨性较好的石灰石和石膏为100m以下颗粒主要组成部分。采用激光粒度分析仪对闭路磨生产水泥进行分析，3m以下颗粒约占15%，按此推断3m以下颗粒中熟料C3S含量也会较高，影响水泥性能发挥；本技改需在球磨机磨内技术改造时进行优化，维持比表面积不变条件下减少水泥30m以下颗粒含量。球磨机采用开路粉磨工艺生产水泥，在混合材易磨性较好且掺加量较多时，粉磨产生大量细粉不能及时被选出，导致出磨水泥比表面积虽然合格，但熟料却没有被粉磨细，水泥强度发挥不好。根据以往研究水泥中熟料粒径332m部分的颗粒对水泥强度的增加起主导作用，尤其是 1624 m 颗粒对水泥早期强度性能发挥尤为重要，而3m的熟料细颗粒容易结团，1m水化速度很快，对水泥强度物作用很小。根据水泥最佳性能级配理论，要求水泥中 32 m 占比75%（3m 占10%计）。结合上述，对企业水泥原料进行分析，矿渣远比熟料难磨，而石灰石、石膏熟料易磨性比熟料好，石灰石、石膏总计掺加量约 8%，在采用开路磨时正好可以作为30m 以下颗粒主要成分，而最为难磨矿渣可作为320m以上主要成分，由此来看，企业水泥生产各种原料配比和易磨性是适合开路粉磨系统的，采用开路方式不会增加熟料用量，相反采用开路磨不但可降低粉磨电耗，还可利用磨机磨内钢球级配优化，提升水泥性能。闭路磨磨尾配套有水泥选粉机，可以通过引入外部空气对出磨物料进行选粉降温，粗颗粒物料返回磨机粉磨同时降低入磨物料综合温度，细粉作为水泥成品温度也被降低。在水泥原料水分较高时，选粉过程中还可以带走部分水汽，闭路磨在水泥原料水分上适应性也更强。企业生产熟料温度约150，测算现有入水泥物料温度约120，综合水分约2.5%，企业原料温度高、水分高。在此设计利用新增辊压机预粉磨系统，调整物料进入磨机前的温度和水分，根据 HFCG180-160 辊压机配套 3.80m13m开路磨生产运行数据，辊压机处理后的物料经过磨机研磨后，出水泥磨温度升高1520，由此确定入磨物料温度95，综合水分1%，工艺设计通过热平衡计算，确定新增辊压机预粉磨系统