φ4.2m×13.5m水泥磨系統(tǒng)的節(jié)能改造

吳亮，韓博文，劉小龍

1 改造原因

我公司3號水泥粉磨系統(tǒng)（φ4.2m×13.5m）于2011年建成投產(chǎn)，正常運(yùn)行時(shí)平均產(chǎn)量為180t/h，主要存在以下問題：

（1）選粉機(jī)為下部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，型號為O-Sepa型SX-3500，選型偏小，難以滿足水泥磨提產(chǎn)、降耗的需求，且現(xiàn)場空間布置較為狹小，檢修較為困難。

（2）選粉機(jī)下部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，下錐體無三次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)入下錐體的物料分散不均勻，大量成品隨粗粉一起進(jìn)入磨機(jī)重復(fù)粉磨，選粉效率低，僅為50%左右，磨機(jī)過粉磨現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)產(chǎn)量無法提高。

（3）水泥粉磨系統(tǒng)主袋收塵器過濾面積偏小，只有3 517m2；系統(tǒng)阻力偏高，正常運(yùn)行時(shí)阻力高達(dá)2 600Pa。

2 改造目標(biāo)及改造方案選擇

2.1 改造目標(biāo)

P·O42.5水泥產(chǎn)量：≥210t/h；工序電耗：≤33kW·h/t；將選粉機(jī)下部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)改造為上部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，方便檢修。

2.2 方案選擇

方案一：僅對原有選粉機(jī)轉(zhuǎn)子和傳動(dòng)方式進(jìn)行改造，此方案無法滿足系統(tǒng)提產(chǎn)需求，故不予考慮。

方案二：將現(xiàn)有選粉機(jī)更換為能力更大的SLK4000型選粉機(jī)，與3號水泥磨系統(tǒng)相匹配。該選粉機(jī)最大的特點(diǎn)為下進(jìn)料方式且增加了冷風(fēng)閥，有利于新型改良轉(zhuǎn)子葉片分選物料，可有效提高物料分散度和分選效果，提高磨內(nèi)做功；可解決二倉鋼段經(jīng)回粉系統(tǒng)進(jìn)入一倉，導(dǎo)致一倉破碎做功降低的問題?，F(xiàn)場實(shí)際考察發(fā)現(xiàn)，SLK4000型選粉機(jī)使用效果良好，水泥磨產(chǎn)量提高及電耗下降效果明顯，設(shè)備投資僅85萬元。

方案三：將現(xiàn)有選粉機(jī)更換為能力更大的TUS系列雙分級選粉機(jī)，但現(xiàn)場了解發(fā)現(xiàn)，該選粉機(jī)提產(chǎn)降耗作用不明顯，且設(shè)備投資較高，為95萬元。

經(jīng)綜合考慮，項(xiàng)目改造優(yōu)先選用方案二，技改方案的比較見表1。

表1 技改方案比較

3 首次改進(jìn)優(yōu)化

改造后的工藝流程見圖1，改造后產(chǎn)量、電耗與合同指標(biāo)對比情況見表2。

圖1 改造后的工藝流程

由表2可知，在改造后的試運(yùn)行期間，產(chǎn)量未達(dá)到合同約定目標(biāo)，同時(shí)現(xiàn)場存在選粉機(jī)下部軸承溫度高（67℃～75℃）、選粉機(jī)下部進(jìn)風(fēng)口噴料等問題。針對上述問題，進(jìn)行了首次改進(jìn)優(yōu)化。

表2 改造結(jié)果與合同指標(biāo)對比

（1）將選粉機(jī)直段加長1.5m，改進(jìn)進(jìn)風(fēng)管路，在選粉機(jī)原有進(jìn)風(fēng)口垂直段兩側(cè)開兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)管改進(jìn)前后對比見圖2。

圖2 進(jìn)風(fēng)管改進(jìn)前后對比圖

（2）更換主排風(fēng)機(jī)。將原額定風(fēng)量25×104m3/h、全壓4 500Pa、電機(jī)450kW的風(fēng)機(jī)更換為額定風(fēng)量25×104m3/h、全壓6 400Pa、電機(jī)560kW的風(fēng)機(jī)。

（3）將SLK4000選粉機(jī)更換為N4000S選粉機(jī)。

2016年11月21日-12月21日，完成了實(shí)施整改優(yōu)化；2017年2月13日-3月7日，進(jìn)行了調(diào)試及試運(yùn)行。2017年2月25日-3月1日，P·O42.5水泥產(chǎn)量穩(wěn)定在210～215t/h，達(dá)到了合同約定的產(chǎn)量，也解決了軸承溫度高、選粉機(jī)下部進(jìn)風(fēng)口噴料的問題，實(shí)現(xiàn)了首次改進(jìn)優(yōu)化的主要目標(biāo)。

4 二次改進(jìn)優(yōu)化

4.1 現(xiàn)場運(yùn)行及存在問題

在首次改進(jìn)優(yōu)化后，進(jìn)行現(xiàn)場取樣分析，取樣分析數(shù)據(jù)見表3～表5，現(xiàn)場運(yùn)行過程中仍存在以下問題：

表3 2019年4月16日P·O42.5樣品分析數(shù)據(jù)

表5 2019年5月12日P·O42.5樣品分析數(shù)據(jù)

4.1.1 高效旋風(fēng)筒問題

物料經(jīng)輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)后，高效旋風(fēng)筒收集的細(xì)料中，粒徑＜45μm、比表面積190～200m2/kg的細(xì)粉顆粒占比達(dá)50%左右。高效旋風(fēng)筒收集的細(xì)料全部進(jìn)入球磨機(jī)粉磨，增加了球磨機(jī)的負(fù)荷，磨機(jī)重復(fù)做功，存在過粉磨現(xiàn)象，增加了能耗。

4.1.2 O-Sepa選粉機(jī)問題

（1）磨尾N4000S選粉機(jī)存在選粉效率差、選粉精度不高的問題?；啬ゴ址壑泻写罅亢细窦?xì)粉，經(jīng)選粉機(jī)下部錐體后，合格細(xì)粉隨粗粉一起進(jìn)入磨機(jī)重復(fù)粉磨，磨機(jī)過粉磨現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)量不高。

（2）三次風(fēng)閥關(guān)閉，使進(jìn)入下部錐體的物料無法進(jìn)行粗細(xì)分離，大量成品進(jìn)入下部錐體后直接進(jìn)入磨機(jī)內(nèi)重復(fù)粉磨。

（3）喂入選粉機(jī)內(nèi)的物料不均勻，導(dǎo)致選粉效率低。

表4 2019年5月1日P·C32.5樣品分析數(shù)據(jù)

（4）O-Sepa選粉機(jī)進(jìn)風(fēng)為蝸殼進(jìn)風(fēng)分風(fēng)，由于分風(fēng)不均，導(dǎo)致選粉室內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量分配不均。風(fēng)量分配不均，導(dǎo)致選粉效率低。

4.1.3 收塵器過濾問題

成品收塵器過濾面積3 520m2/h，面積偏小。過濾風(fēng)速較高，影響處理能力。

4.1.4 產(chǎn)量電耗問題

系統(tǒng)產(chǎn)量低，電耗高。

4.2 二次改進(jìn)優(yōu)化措施

為二次精確分離V型選粉機(jī)選出的細(xì)粉，將符合成品細(xì)度要求的水泥，經(jīng)高效旋風(fēng)筒收集進(jìn)水泥成品系統(tǒng)，提高系統(tǒng)粉磨效率，經(jīng)討論確定，在輥壓機(jī)系統(tǒng)增設(shè)三分離選粉機(jī)；同時(shí)，增加輥壓機(jī)電機(jī)容量，提高輥壓機(jī)做功能力；增加系統(tǒng)主收塵器過濾面積，以滿足系統(tǒng)提產(chǎn)及降低電耗的要求。

4.2.1 優(yōu)化改進(jìn)輥壓機(jī)電機(jī)及系統(tǒng)主袋收塵器

（1）對輥壓機(jī)電機(jī)進(jìn)行增容改造，改造后，輥壓機(jī)電機(jī)容量由900kW增加至1 000kW。

（2）將AFQD128-2×11主袋收塵器更換為DYMC-5200低壓脈沖袋收塵器，收塵器濾袋規(guī)格由φ130mm×3 060mm更換為φ160mm×6 000mm。改造后，處理風(fēng)量提升到≥250 000m3/h，過濾面積從3 517m2增加到5 168m2。具體實(shí)施過程如下：

a保留原氣箱脈沖除塵器的殼體，拆除頂蓋及內(nèi)部件。

b充分利用拆除后的空間，增加中箱體的高度，保持進(jìn)出風(fēng)口位置不變、進(jìn)出風(fēng)管道不變，將濾袋加長到φ130mm×5 800mm。

c將收塵器布置成22個(gè)袋室、2 112條濾袋，并更換22件花板，更換凈氣室、檢修門等。

d噴吹系統(tǒng)新增10件分氣包、132件脈沖閥、132件噴吹管。

e更換原22套提升閥系統(tǒng)。為保證通風(fēng)，將提升閥板改為方形提升閥板。

f將原離線清灰方式改為在線行噴吹清灰方式，提升清灰效率，降低系統(tǒng)阻力。

4.2.2 輥壓機(jī)系統(tǒng)增設(shè)三分離選粉機(jī)

（1）三分離選粉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)既吸收了O-Sepa選粉機(jī)、軸向分離器的分級優(yōu)點(diǎn)，又保留了傳統(tǒng)選粉機(jī)配置簡單、投資低的特點(diǎn)，可與V型選粉機(jī)組合，將物料分為四個(gè)不同的檔級，大幅提高磨機(jī)產(chǎn)量。

三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。與傳統(tǒng)的選粉機(jī)相比，三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：

圖3 三分離選粉機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

a分選效率高。三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的分選原理是利用在設(shè)備內(nèi)形成的穩(wěn)定的空氣渦流對物料進(jìn)行分選，根據(jù)明確的力的平衡完成分選，其分級原理先進(jìn)，分選效率高。在閉路粉磨系統(tǒng)中選用三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)，可極大地提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量，選粉效率達(dá)85%以上。

b分選精度高。半終粉磨系統(tǒng)專用多級分級機(jī)可以將物料“一分為四”，即大顆粒d＞1mm、粗粉（1mm＞d＞200μm）、中粗粉（200μm＜d＜45μm）和細(xì)粉（＜45μm）。一、二級分級區(qū)域預(yù)分離出混合粉中的大顆粒和粗粉，排除了粗顆粒的干擾，分選精度高。

c分級性能穩(wěn)定。半終粉磨系統(tǒng)專用三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)，與尺寸相近的離心式、旋風(fēng)式、轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)相比，產(chǎn)量高很多，適用于大規(guī)模水泥生產(chǎn)。三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)，允許選粉風(fēng)量、產(chǎn)量和喂料量在較大范圍內(nèi)變化而不影響選粉效率，其分級性能十分穩(wěn)定。

d調(diào)節(jié)方便。三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)采用無極調(diào)速，選粉細(xì)度調(diào)節(jié)方便，靈敏可靠，且調(diào)節(jié)范圍寬。

e使用壽命長。三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)易磨損部位，如旋風(fēng)筒、蝸牛角、導(dǎo)風(fēng)葉片和轉(zhuǎn)子等，均采用進(jìn)口耐磨材料制造，磨損率低。選粉室內(nèi)襯采用耐磨陶瓷，有效延長了三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)使用壽命。

f節(jié)能提質(zhì)。三分離動(dòng)態(tài)選粉機(jī)分選效率高，回磨粗粉中所殘留的細(xì)粉極少，能避免過粉磨現(xiàn)象，減少單位產(chǎn)品的生產(chǎn)能耗。同時(shí)，分選出的產(chǎn)品，其顆粒級配非常合理，對水泥強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大的粒徑為3～30μm的顆粒的含量大大增加，可有效提高水泥產(chǎn)品的質(zhì)量等級，在保證水泥產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，降低產(chǎn)品細(xì)度值。

（2）三分離選粉機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目選用三分離選粉機(jī)型號：SLRX4000；選粉空氣量：240 000m3/h；電機(jī)功率132kW，矢量變頻器調(diào)速；稀油站型號：XYZ-16G；稀油站冷卻水消耗量：1.0m3/h。

4.2.3 改造循環(huán)風(fēng)機(jī)

（1）循環(huán)風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀

原設(shè)計(jì)循環(huán)風(fēng)機(jī)布置在磨機(jī)廠房14.00m平面，型號Y5-48-14NO26.7F，風(fēng)量270 000m3/h（工況，海拔2 252m），風(fēng)溫70℃，入口靜壓-3 500Pa；配套電機(jī)型號YRKK500-8，轉(zhuǎn)速745r/min，功率400kW，電壓10kV。電機(jī)實(shí)際運(yùn)行（2019年12月3日中控?cái)?shù)據(jù)）電流23.5A，風(fēng)機(jī)入口壓強(qiáng)-2 350Pa，閥門開度50%。

（2）循環(huán)風(fēng)機(jī)改造

根據(jù)優(yōu)化方案，在現(xiàn)有V型選粉機(jī)和雙旋風(fēng)分離器之間，增加SLRX4000型三分離選粉機(jī)，該選粉機(jī)設(shè)備阻力1 600～2 450Pa，同時(shí)由于雙旋風(fēng)分離器布置位置的變化，系統(tǒng)阻力相應(yīng)增大。

經(jīng)核算，配用風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量250 000m3/h，入口靜壓-5 500Pa，相應(yīng)電機(jī)功率配置為560kW。

（3）配套改造方案

a磨機(jī)內(nèi)部配套改造：輥壓機(jī)系統(tǒng)輸出部分成品后，進(jìn)入球磨機(jī)內(nèi)的物料顆粒的組成發(fā)生了變化，需調(diào)整倉長和研磨體級配。

b增加的三分離選粉機(jī)成品物料輸送系統(tǒng)改造：新增空氣輸送斜槽及斜槽風(fēng)機(jī)，具體長度根據(jù)工藝布置確定。

c增設(shè)三分離選粉機(jī)稀油站，新增冷卻水用水量2.5m3/h，利用現(xiàn)有循環(huán)水系統(tǒng)及配電系統(tǒng)供給。二次改進(jìn)優(yōu)化前后的工藝流程圖見圖4、圖5。

圖4 二次改進(jìn)優(yōu)化前3號水泥磨工藝流程圖

圖5 二次改進(jìn)優(yōu)化后3號水泥磨工藝流程圖

5 改造效果

改造優(yōu)化后，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表6。3號水泥磨2021年4～5月調(diào)試運(yùn)行期間，因1號水泥磨改造未開啟，2號水泥磨生產(chǎn)特殊品種不能滿足市場供應(yīng)。為保證P·O42.5低堿水泥供應(yīng)，3號水泥磨多用于生產(chǎn)低堿水泥，3、4月所生產(chǎn)的低堿水泥分別占總生產(chǎn)量的26%、25%，導(dǎo)致常規(guī)水泥品種月度臺時(shí)產(chǎn)量偏低，與改進(jìn)前的可比性不強(qiáng)。6月份，1號水泥磨投運(yùn)后，低堿水泥品種調(diào)整為由1號水泥磨生產(chǎn)，3號水泥磨生產(chǎn)水泥品種與改進(jìn)前同期一致，產(chǎn)量累計(jì)平均228.30t/h，工序電耗30.86kW·h/t；2021年7月產(chǎn)量累計(jì)平均230.17t/h，工序電耗29.97kW·h/t，較2020年累計(jì)平均產(chǎn)量進(jìn)一步提高了18.83t/h，工序電耗降低了4.47kW·h/t。

表6 二次改進(jìn)優(yōu)化效果