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              水泥外循環立磨裝備與工藝系統的開發應用

              2018/05/30 南京凱盛國際工程有限公司

              本文闡述了外循環水泥立磨裝備與工藝系統的開發應用情況,并介紹了以外循環立磨為核心裝備的不同粉磨工藝系統及相關應用案例。結果表明:該立磨具有較高的粉磨效率,產品性能好,原料適應性強等特點,與管磨機可以配置成水泥聯合粉磨、半終粉磨系統,也可配置外循環立磨水泥終粉磨系統,系統電耗與水泥性能指標優越性較為突出。......

                摘要:本文闡述了外循環水泥立磨裝備與工藝系統的開發應用情況,并介紹了以外循環立磨為核心裝備的不同粉磨工藝系統及相關應用案例。結果表明:該立磨具有較高的粉磨效率,產品性能好,原料適應性強等特點,與管磨機可以配置成水泥聯合粉磨、半終粉磨系統,也可配置外循環立磨水泥終粉磨系統,系統電耗與水泥性能指標優越性較為突出。

                關鍵詞:水泥,外循環立磨,聯合粉磨,半終粉磨,終粉磨

                1、概述

                目前,水泥粉磨主要有管式磨、立式磨和輥壓機三種粉磨方式,尤其在中國水泥工業中,采用輥壓機和管式磨組合成的預粉磨、聯合粉磨成為主流水泥粉磨技術路線。就輥壓機聯合粉磨而言,其粉磨電耗大多數在30kWh/t以上,這種工藝雖然比管磨機節電效果明顯,但是由于其粉磨原理的原因,其電耗進一步降低比較難。此外,近年來興起的輥壓機和管式磨組成的半終粉磨系統,雖有節電效果,由于受到輥壓機系統水泥性能的制約[1],大部分已建成的生產線已經棄用半終粉磨生產模式(一般僅僅生產PC32.5水泥采用半終粉磨系統),成功在用的案例較少。

                立式磨由于其能耗低、運行穩定、操作簡單、維護工作量小,在水泥生料粉磨和煤粉磨中取得了很大成功,目前,無論是生料粉磨還是水泥粉磨,國內外普遍采用的立式磨屬于磨內循環式,即立式磨上方設有選粉機[2]。因此,立式磨內部需要通入大量風,由于要由噴嘴環高速的噴射風將大部分物料吹起帶入選粉機內,因此這種內循環立式磨風機消耗功率比較大,即使是水泥終粉磨,其產品電耗也要在28~34kWh/t[3,4],節能優勢并不是非常明顯。

                本文介紹了一種新式的外循環水泥立磨作為聯合粉磨、半終粉磨或終粉磨系統的主機設備,不僅解決了水泥產品性能問題,而且解決了系統粉磨電耗高的問題。實際運行表明,外循環水泥立磨粉磨系統電耗為25~29kWh/t,達到了國內外先進水平。

               2、KVM水泥立磨介紹

                根據傳統內循環立磨原理,融入獨特的節能理念及創新設計的南京凱盛KVM(Kisen Vertical Mill)型外循環式立磨。主要工作原理為:

                水泥熟料從磨盤中央上方喂入,借助離心力和摩擦力逐步向磨盤邊緣移動,并被磨盤上的磨輥咬住。水泥混合料間的擠壓研磨在旋轉的磨盤和磨輥之間的間隙內進行。物料經高壓力碾壓后隨磨盤轉動離心力拋出,經刮板收集后由提升機將物料送入選粉設備,其中的細粉送入管磨機(或選為成品),粗粉繼續回立磨粉磨。外循環立磨系統具有以下顯著特點:

                (1)立磨本體不帶選粉機

                將如圖1所示的內循環立磨的選粉機移出形成如圖2所示的內循環立磨。其優勢在于:首先,較傳統內循環立磨而言,物料全部經過機械提升,降低了磨內物料輸送功耗及系統風機功耗;其次,選粉工藝的外移,可根據不同的粉磨工藝進行特殊設計,有利于高效、節能選粉工藝的實施;最后,取消了磨內噴嘴環設置,大大減緩了高速含塵氣流對磨輥、殼體內壁等部件的磨損。

                (2)粉磨效率高

                充分利用輥式磨料床粉磨原理,如圖3所示,處于磨槽外側粉磨區的物料不僅受到擠壓力的作用,還受到相對速度造成的剪切力的作用,更容易使物料得到高效率的粉磨。

                特殊磨輥設計增大了物料的粉磨區域,配合特殊設計的磨槽(磨盤襯板),實現磨輥對物料層的均勻施壓(如圖4所示),不論是壓縮還是剪切粉磨,都具有優異的粉磨效率。

                此外,中心喂料方式,物料借助離心力和摩擦力逐步向磨盤邊緣移動,能有效克服物料料床斷面流速不均、旁路失效及兩端溢流的問題。

                (3)粉磨后物料分散效果好

                由于粉磨過程是剪切和擠壓共同作用,出立磨物料呈松散狀,大大降低了后續選粉工序中物料分散、分級的功耗,同時,可采用高濃度分選工藝(料氣比≥4.5),無需另外設置打散工序,降低了選粉風量,節約設備投資并有效降低系統風機電耗。

                (4)控制簡單、操作方便

                由于輥壓機屬于短粉磨軌跡、純擠壓的工作原理,受力面積窄,造成局部壓強過大。在長期、連續、大壓強的工況下,輥面耐磨層易疲勞損壞,引起機械故障,需反復停機補焊輥子。而立磨則有效避免這類機械故障。從操作控制上,輥壓機控制復雜,需配合穩流倉、輥速及輥壓進行調節。而外循環立磨和一般管磨控制方式相同,通過循環提升機電流控制通過量,簡單易行。(應用實例-圖5)

                (5)粉磨后物料顆粒球形度高

                輥壓機和立磨兩種設備擠壓后物料顆粒形貌分別如圖6~圖7所示。由于外循環立磨擠壓和剪切的共同作用,其粉磨后物料顆粒球形度高[5]。而輥壓機的粉磨軌跡短,純擠壓作用使得其物料顆粒大多呈板片狀、柱狀等。這就使得外循環立磨應用于水泥半終粉磨和水泥終粉磨系統具有明顯的優勢,其獲得的成品水泥需水性可以與管磨機產品相媲美[6]。

                3、KVM水泥立磨工藝系統

                目前,外循環立磨用于水泥粉磨主要有聯合粉磨系統、半終粉磨系統及終粉磨系統等三種工藝系統。

                (1)立磨聯合粉磨系統

                該系統采用外循環立磨作為預粉磨設備(見圖8~圖9)。如圖8所示,物料通過外置式高料氣比的V型選粉機分選后,粗粉返回立磨繼續粉磨,細粉則送入到管磨機,經管磨機粉磨后形成最終成品。

                圖9是另一種外循環立磨聯合粉磨系統,其中立磨預粉磨系統所采用的V型選粉機為帶臥式動態轉籠的V型選粉機,該選粉機兼有V 型選粉機和第三代選粉機的優點,相比較于采用普通V型選粉機的系統,可有效地降低和控制后序管磨的入磨粒度,進而大大改善了磨機的粉磨狀況。

                圖10是外循環立磨預粉磨系統中出立磨物料及出V選細粉粒度分布(采用圖8所示粉磨工藝系統),經外循環立磨粉磨并分選后,大大降低了入管磨的物料粒度,特征粒徑為0.057mm,該入磨物料其0.08mm篩余在30%以下。粉磨效率較高的立磨承擔了大部分物料的破碎功能,管磨機完成對物料最后加工工序。

                (2)水泥立磨半終粉磨系統

                其工藝流程如圖11所示。該系統在聯合粉磨系統基礎上,增加精細選粉系統,通過高效的選粉系統,將立磨碾壓的合格成品提前選出,不再進入管磨機,這樣一方面可以有利于外循環立磨料床的穩定,提高其粉磨效率;另一方面,又有合格的細粉被提前選出,大幅度減少了管磨機內的“過粉磨”現象,避免細粉在管磨機內形成料墊,提高球管磨機的破碎與研磨效率,達到提產降耗的目的。

                最近興起的輥壓機半終粉磨系統,如前所述,由于其粉磨后物料顆粒球形度低,將合格細粉拿出后,會導致水泥標注稠度需水量增加,因而該部分成品比例不能太高,一般不超過水泥總量的15%~20%。而采用立磨半終粉磨系統,則該部分成品比例對水泥需水性影響不大,因而可配置高效選粉系統,盡可能將合格細粉全部提前選出,系統產量更高、電耗更低。

                (3)水泥立磨終粉磨系統

                該系統完全取消了粉磨效率較低的管磨機,完全由高效料床粉磨實現水泥制成,實現水泥粉磨的無球化。一方面有利于降低系統電耗(較無預粉磨設備的管磨粉磨系統,產品工序電耗降低35%以上),另一方面也能大幅降低金屬消耗。其工藝流程圖如圖12所示。

                KVM水泥立磨在水泥粉磨中的應用

                3.1  外循環立磨聯合粉磨系統應用

                3.1.1  A廠水泥磨系統應用

                A廠原有水泥粉磨系統為Ф3.2×13m的水泥閉路系統,產量低,電耗高達38-40kWh/t。南京凱盛國際工程有限公司采用 “KVM22.3-P外循環立磨+帶轉子籠的V型選粉機+收塵器+Ф3.2×13m管磨機(開路)”組成的聯合粉磨系統對其進行改造,其工藝流程圖如圖9所示。該生產線水泥配比及生產指標如表1所示。

                水泥粉磨系統中預粉磨設備KVM立磨表現出較高的粉磨效率,出立磨物料中細粉含量為:小于0.045mm顆粒占17-22%,小于0.08mm顆粒占24-28%。另外使用帶轉子籠的V型選粉機有效地防止0.5mm以上的顆粒進入管磨機,保證了入進入管磨機的物料基本都在0.5mm以下,針對如此細的物料有針對性地設計管磨機內部結構,充分發揮管磨機高效研磨功能,使得系統產量與電耗指標均為優越。

                3.1.2  B廠水泥磨系統應用

                B廠有多套Ф3.2×13m的水泥管磨機,由于水泥原料水份較大,磨制PC32.5R水泥時綜合水份含量一般在3.5%左右,最高達4.3%,即使磨制PO42.5水泥時原料綜合水份也達到2.5%,臺時產量在35~40t/h,系統工序電耗在45~50kWh/t。為了提產降耗,該廠采用南京凱盛自主研發的“KVM22.3-P外循環立磨+V型選粉機+臥式精細選粉機” 預粉磨系統對管磨機系統進行技術改造,組成管磨機為開路的聯合粉磨系統,其工藝流程圖如圖13所示。

                該生產線特點有:

                (1) 因水泥原料水分較大,設計上引入該廠窯系統的窯頭廢氣進選粉系統

                中對物料進行烘干,新加入的高水份物料先進入選粉系統初步烘干后再進立磨進行粉磨,但會增加水泥工序電耗;

                (2)為實現物料在選粉系統中的有效烘干,該系統采用V選和臥式精選分

                開設置的方式,強化烘干,但另一方面,該類型選粉系統使得水泥粉磨電耗增加;

                (3)該生產線因管磨機本身原因(磨機年代久,傳動效率低),高于同規格

                同裝機功率的管磨機(研磨體裝載量相同時),運行電耗高,低于額定裝載量下,實際功耗超額定功率。

                該生產線水泥配比及生產指標如表2所示。

                該生產線的成功投運,是外循環水泥立磨系統在高水分原料水泥磨生產線上取得重大突破,通過合理的裝備與工藝設計,外循環水泥立磨系統對較高水分原料具有較好的適應性。

                3.2  外循環立磨半終粉磨系統應用

                C廠水泥磨為新建水泥粉磨系統,采用“KVM26.3-P外循環+3.8×14.5m管磨機+V選+精細選粉機”組成的共用一套精細選粉機的雙圈流半終粉磨系統,該系統與核心裝備均為南京凱盛公司研發,其工藝流程圖如圖14所示。

                該工藝系統特點是,外循環立磨和管磨機共用一臺精細選粉機,立磨系統經V選分選后的細粉料由精細選粉機下進風進口帶入精細選粉機分選,管磨機物料則經上部撒料裝置進入精細選粉機。該系統減少了一套選粉系統,降低了設備和土建投資,同時,立磨成品和管磨機成品可在選粉機內充分混合,避免了半終粉磨系統中前后兩部分成品成分差異大而導致水泥質量波動的問題。但共用一臺精細選粉機,對系統的設計,精細選粉機性能以及操作控制要求更高。表3為該半終粉磨系統生產指標。

                從表3數據與廠里老線輥壓機聯合粉磨系統數據相比,該系統生產的水泥需水性低于輥壓機聯合粉磨系統生產的水泥需水性,水泥其它性能相當。

                3.3  外循環立磨終粉磨系統應用

                如前所述,KVM外循環立磨磨制的細粉顆粒形貌球形度優于輥壓機,該立磨可作為終粉磨磨制水泥。南京凱盛自主研發的“KVM-C46.4+V型選粉機+精細選粉機”外循環立磨終粉磨系統,在D廠獲得成功運用。該系統工藝流程圖如圖12所示。其特點是:

                (1)在不噴水情況下,立磨實現穩定運行,為生產高品質水泥提供保證;

                (2) 系統簡單,粉磨電耗低;

                (3)水泥性能與該廠相同配料的閉路管磨生產的水泥相當,水泥標準稠度需水量稍低于閉路管磨水泥。

                該生產線水泥配比及生產指標如表4所示。

                值得一提的是,該廠另外三臺閉路管磨,生產同品種水泥(相同配比和水泥細度指標)時,其水泥標準稠度需水量均比該外循環立磨終粉磨系統生產的水泥稍高,標準稠度用水量絕對值約高1-2%,,從兩種水泥在商混站使用情況看,外循環立磨磨制的水泥適應性已可與管磨水泥相媲美。

                4、結語

                采用外循環水泥立磨的聯合粉磨、半終粉磨和終粉磨系統具有電耗低、投資少、見效快、維修工作量少等一系列的特點,該工藝技術路線正在國內大范圍地推廣應用,目前外循環立磨在水泥聯合粉磨、半終粉磨和終粉磨系統中均獲得成功應用,電耗在24~29kWh/t。相比輥壓機和內循環立磨而言,具有明顯的優勢。該技術可以用在新建生產線,也可以用在對管磨、輥壓機預粉磨等生產線的改造。

                參考文獻

                [1] 李邦憲,孫繼亮,何正凱.聯合粉磨工藝與半終粉磨工藝 的生產實踐和現狀簡介,2015第七屆國內外水泥粉磨新技術交流大會論文集 ,101-106.

                [2] 韓仲琦.立磨技術在水泥工業的應用與發展[J].中國水泥,2009,(12):53~56.

                [3] 趙國東.水泥立磨終粉磨系統的節能分析及其產品工作性能探討[J].水泥工程,2012,(4):9-11.

                [4] 鐘根,康宇,鐘永超,李安平.兩種水泥立磨終粉磨系統的比較研究.水泥,2016(6): 24-26.

                [5] 康宇,鐘根. 立磨與輥壓機碾磨后的物料顆粒形貌對比分析[J]. 中國水泥,2014(5):76-79

                [6] 康宇,鐘根,王飛,鐘永超,李安平. 立磨與輥壓機水泥成品的性能對比分析.中國水泥,2017(3):107-110

                中國水泥網將于2018年6月13-14日在杭州舉辦“2018第十屆國際粉磨峰會”,本屆峰會以“超低電耗 高性能水泥 無人值守”為主題,將邀請行業專家深度探析降低粉磨能耗途徑及高性能水泥標準,并舉行互動論壇,現場解答疑問、交流經驗。敬請關注!

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              (責任編輯:唐益平)

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              2019-09-09

              山西省

              ¥384.01
              2019-09-09

              河北省

              ¥433.63
              2019-09-09

              天津市

              ¥469
              2019-09-09

              北京市

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              2019-09-10 08:21:17
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