劉迪，滑松，豆海建，趙劍波，聶文海

1 引言

生料輥磨是目前水泥行業(yè)制備生料的首選粉磨設(shè)備，其包括研磨和選粉兩部分。研磨和選粉設(shè)備性能的優(yōu)劣對(duì)生料輥磨的粉磨能力、產(chǎn)品品質(zhì)及系統(tǒng)能耗影響較大。生料輥磨的運(yùn)行工況和能耗指標(biāo)主要由研磨部分和選粉部分的配合程度所決定，循環(huán)風(fēng)機(jī)的電耗指標(biāo)主要受限于系統(tǒng)用風(fēng)量、風(fēng)壓及風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。

國(guó)內(nèi)某水泥公司一臺(tái)非國(guó)產(chǎn)ATOX50 生料輥磨產(chǎn)量約459t/h，2019 年窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)一百余天，R80μm篩余控制約為14%，R200μm篩余約為1.5%。為進(jìn)一步提產(chǎn)增效，降低電耗，2020 年，公司對(duì)ATOX50生料輥磨系統(tǒng)進(jìn)行了局部改造，重點(diǎn)改造了選粉機(jī)、旋風(fēng)筒和風(fēng)環(huán)。改造后，生料輥磨主機(jī)電耗下降約0.6kW·h/t，年節(jié)電5 500kW·h，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能改造的目標(biāo)。

2 原料配比情況及粉磨系統(tǒng)主機(jī)配置

2.1 原料配比情況

水泥生產(chǎn)線原料配比情況見表1。正常情況下石灰石原料粒徑在80mm左右，偶有大塊石灰石物料粒徑可達(dá)150～200mm。砂巖粒徑較大，在80～100mm之間。鐵粉和鋁土較細(xì)，為粉狀。

表1 原料配比情況，%

用于窯系統(tǒng)煅燒的原料中，物料粒徑越大，越不利于磨機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和產(chǎn)量的提升。在其他條件不變的情況下，應(yīng)盡可能地減小物料的粒徑。

2.2 原料粉磨系統(tǒng)主機(jī)配置（見表2）

表2 原料粉磨系統(tǒng)主機(jī)配置

2.3 原料粉磨工藝

原料粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖1。原料粉磨為常規(guī)的并聯(lián)工藝設(shè)計(jì)，使用增濕塔為窯尾袋收塵器降溫。

圖1 原料粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

3 改造前的生料輥磨情況

3.1 電耗和產(chǎn)量分析

改造前的生料輥磨系統(tǒng)運(yùn)行工況見表3。經(jīng)檢驗(yàn)，R80μm=14.0%時(shí)，生料輥磨單位電耗為6.5kW·h/t，原料易磨性較好。生料輥磨主機(jī)運(yùn)行電耗為7.3kW·h/t，比單位電耗高約0.8kW·h/t，說(shuō)明生料輥磨未在最佳工況條件下運(yùn)行，研磨效率低于理論值，有較大改造提升空間。

表3 改造前的生料輥磨系統(tǒng)運(yùn)行工況

同時(shí)，磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率約3 373kW，占主電機(jī)額定功率的88.8%。分析檢驗(yàn)結(jié)果可知，在磨機(jī)主電機(jī)電耗為6.5kW·h/t 時(shí)，磨機(jī)出力按90%額定功率（即,主電機(jī)運(yùn)行功率為3 420kW）計(jì)算，在相同成品細(xì)度條件下（即R80μm=14.0%時(shí)），磨機(jī)理論產(chǎn)量可達(dá)520t/h 以上，與磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)量相比，有較大提升空間。

3.2 選粉機(jī)使用情況

現(xiàn)有選粉機(jī)規(guī)格為?5 680mm×3 410mm，選粉效率較低，隨著磨機(jī)產(chǎn)量的提升，選粉機(jī)對(duì)磨機(jī)研磨效率及運(yùn)行穩(wěn)定性的影響越來(lái)越大。

原有選粉機(jī)動(dòng)葉片設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)靜葉片初次選粉的物料適應(yīng)能力差；同時(shí)，動(dòng)、靜葉片的間距較大，不能有效發(fā)揮動(dòng)葉片二次選粉的能力，從而導(dǎo)致選粉效率低。此外，結(jié)合壓力框架的加壓形式，生料輥磨磨內(nèi)的細(xì)料較多，難以及時(shí)排出，造成料層不穩(wěn)，導(dǎo)致磨機(jī)長(zhǎng)期低產(chǎn)運(yùn)行。

4 改造方案

4.1 選粉機(jī)改造

保留原選粉機(jī)的傳動(dòng)部分和出風(fēng)口，更換為新型高效N-U 型選粉機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片、靜葉片、殼體、下錐體和喂料溜子，N-U型選粉機(jī)示意見圖2。

圖2 N-U型選粉機(jī)示意

N-U 型選粉機(jī)是由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱：天津水泥院）近年來(lái)設(shè)計(jì)研發(fā)制造的一種新型選粉機(jī)。公司采用CFD模擬軟件，對(duì)目前各種選粉機(jī)不同結(jié)構(gòu)類型的動(dòng)葉片進(jìn)行了理論分析研究，并在此基礎(chǔ)上綜合考慮選粉區(qū)流場(chǎng)特征和三力（離心力、拉拽力和重力）平衡原理，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種全新的動(dòng)葉片為U 型的N-U 型選粉機(jī)。通過(guò)調(diào)節(jié)外風(fēng)翅的角度，該選粉機(jī)可適應(yīng)不同成品細(xì)度要求，進(jìn)而保證磨機(jī)粉磨的高效率，有效控制成品的粒度分布。同時(shí)，由于動(dòng)葉片的U型特殊設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了拉拽力的作用效果，在保證選粉效率不變的情況下，可以有效降低選粉機(jī)的通風(fēng)阻力。U 型動(dòng)葉片選粉機(jī)相對(duì)于直型動(dòng)葉片選粉機(jī)具有明顯優(yōu)勢(shì)，其選粉機(jī)阻力和主機(jī)電耗更低，成品比表面積提高，成品顆粒更細(xì)。

4.2 旋風(fēng)筒及風(fēng)管改造

原有旋風(fēng)筒阻力較大（約2 500Pa），為有效降低系統(tǒng)阻力，對(duì)旋風(fēng)筒進(jìn)行了局部改造。將旋風(fēng)筒主體更換為新型低阻力旋風(fēng)筒，更換入旋風(fēng)筒軟連接和入旋風(fēng)筒風(fēng)管。旋風(fēng)筒改造示意見圖3。

圖3 旋風(fēng)筒改造示意

4.3 楔形風(fēng)環(huán)應(yīng)用

楔形蓋板風(fēng)環(huán)是由天津水泥院最新研發(fā)的一種低阻高效風(fēng)環(huán)。應(yīng)用楔形蓋板后，物料由磨盤邊緣落入風(fēng)環(huán)，分別同楔形蓋板的頂板、導(dǎo)風(fēng)側(cè)板發(fā)生一次、二次沖擊打散，再以分散的方式進(jìn)入風(fēng)環(huán)內(nèi)部，從而有效降低風(fēng)速。此外，物料經(jīng)兩次沖擊打散后，分散性更好，細(xì)粉更易從塊狀物料中脫離，回料中的細(xì)粉量減少。較低的風(fēng)環(huán)風(fēng)速減小了粗顆粒進(jìn)入選粉機(jī)的可能性，有利于提高選粉效率，減少回盤細(xì)粉量，從而穩(wěn)定料層，提高粉磨效率。

分析顯示，在物料提升量相同的條件下，相對(duì)于傳統(tǒng)百葉導(dǎo)風(fēng)環(huán)，楔形蓋板風(fēng)環(huán)風(fēng)速可降低25%～28%，風(fēng)環(huán)阻力可降低12%～16%。

5 改造效果

本次改造歷時(shí)六十余天，通過(guò)對(duì)生料輥磨系統(tǒng)進(jìn)行選粉機(jī)、風(fēng)環(huán)、旋風(fēng)筒等局部改造，磨機(jī)喂料量由改造前的459t/h 提升至550t/h，在成品細(xì)度相同的條件下，磨機(jī)提產(chǎn)10%以上。主電機(jī)運(yùn)行功率由原來(lái)的3 350kW 提高至3 650kW，接近額定功率。主機(jī)電耗由改造前的7.30kW·h/t降至6.72kW·h/t，降低約0.6kW·h/t，風(fēng)機(jī)電耗由改造前的4.80kW·h/t升高至5.16kW·h/t，系統(tǒng)阻力從9 500Pa 降低至8 500Pa。改造后的生料輥磨系統(tǒng)滿足了燒成系統(tǒng)對(duì)原料的需求，每天有更多的停機(jī)時(shí)間，可避峰電用谷電，獲取更大經(jīng)濟(jì)效益。生料輥磨系統(tǒng)改造前后的性能指標(biāo)對(duì)比見表4。

表4 生料輥磨系統(tǒng)改造前后的性能指標(biāo)對(duì)比

改造后，生料輥磨系統(tǒng)電耗降低約1.0kW·h/t，按回轉(zhuǎn)窯年運(yùn)轉(zhuǎn)率90%核算，年節(jié)電約5 500kW·h，投資回收期僅一年左右。

6 結(jié)語(yǔ)

此次生料輥磨的改造是天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司新一代N-U 型選粉機(jī)在非國(guó)產(chǎn)生料輥磨上的首次工業(yè)應(yīng)用，從改造后的生料輥磨運(yùn)行情況來(lái)看，改造效果顯著。本次改造不僅為后續(xù)同規(guī)格生料輥磨系統(tǒng)改造打下了良好基礎(chǔ)，同時(shí)也為其他類型生料輥磨的改造積累了經(jīng)驗(yàn)。