随着我国经济建设的快速发展,水泥工业发生了根本变革,熟料生产逐渐以新型干法替代过去的普通回转窑和机械化立窑。他们不仅生产规模大,而且熟料强度高、质量均匀稳定。因此,一些机械化立窑水泥厂都改为水泥粉磨站,但由于这些厂的粉磨设备和系统工艺均存在缺陷,因此要使他们取得很好的经济效益,必须进行必要的技术改造。
现状及问题
我国目前中小型水泥厂的生料制备和水泥粉磨设备一般采用球磨机一级圈流工艺,球磨机的规格多是Ф2.2～2.4m×6.5～8.0m的2仓短磨,选粉机多为传统的离心式或旋风式选粉机,普遍存在生产能力低、能耗高、产品质量不尽如人意,特别是实行ISO水泥检验标准后,问题更为突出。
1)使用新型干法熟料后,问题就转移到粉磨的系统工艺、主机设备及其内部结构等方面。主要表现在:1)物料(熟料)入磨粒度大、磨机长径比小、仓数少、研磨体(钢段)规格偏大、表面积小和耐磨性差,导致物料在磨内研磨时间短,水泥成品比表面积小(一般不超过300m2/kg)。
2)磨机内部结构不合理,单层隔仓板对物料没有筛分作用,水泥颗粒分布范围宽,粉磨效率降低。
3)选粉机选粉效率低,不能及时将3～32μm的微粉选出。虽然80μm筛余<4%,但产生的3～32μm颗粒(特别是熟料、矿渣等易磨性差的物料)少,比表面积小。
技术方案
针对一级圈流短磨存在的技术问题,必须要对系统的工艺、主机设备的内部结构等进行改造,降低入磨粒度、增加物料的研磨时间、提高出磨物料3～32μm颗粒的比例、提高选粉机的选粉效率。
2.1系统工艺流程的改造
1)系统工艺为一台或两台相同规格磨机的一级圈流磨。采用增加预粉磨工艺方案,在球磨机前增加一台具有产量高、出磨物料粒度小而均匀优点的棒磨机作为预粉磨设备。该设备的主要技术经济指标与辊压机相当,但投资仅为辊压机的1/4,且工艺简单、可靠,运行成本低。表1为几种中小型厂常用规格棒磨机的技术指标。
使用棒磨机后,系统产量可提高30%～40%左右,单位电耗降低15%～20%左右,水泥的比表面积增加40～60m2/kg(混合材掺量不变)。因此,一般情况下BM1928棒磨配1-Ф2.2m的2仓圈流磨,BM2131棒磨配1-Ф2.4m的2仓圈流短磨,BM2334棒磨配2-Ф2.2m的2仓圈流短磨比较合适。但实际生产中由于物料粉磨特性(如粒度、易磨性等)变化、水泥品种及混合材的差异,预粉磨与终粉磨不可能非常匹配,因此,预粉磨与终粉磨之间最好采用中间仓连接,便于生产控制。
2)系统工艺为2台不同规格的一级圈流磨。规格较小的磨机一般为Φ1.83m的球磨机。按照国家规定,这些磨机不能作为水泥的终粉磨设备,但可以采用串联的方式进行改造。
但水泥的比表面积得不到提高。这种工艺与目前常用的预粉磨工艺相同,如果预粉磨不进行改造,不仅达不到节能增产效果,反而会出现系统不配套现象。采用棒磨机技术对预粉磨机进行改造可以达到明显的节能增产效果,主要改造磨机内部的衬板、隔仓板、研磨体等相关部件。改造后的预粉磨研磨体装载量较原球磨机少,但一仓的破碎能力提高很多,出预粉磨的细度(80μm)可达到50%左右。不管采用上述何种工艺,若混合材是粉煤灰等粉状料时,建议不要入预粉磨,直接入终粉磨系统。
2.2磨机内部改造措施
不管采用哪种工艺进行系统改造,进入终粉磨物料粒度均发生很大变化,熟料粒度90%<2mm,因此球磨机内部结构要进行相应改造。
1)仓长、研磨体等。一仓长度需要缩短0.5～1.0块衬板的长度,钢球的最大直径以Φ80mm为宜,平均球径55～60mm;二仓选用规格为Φ20mm×25mm～Φ14mm×18mm耐磨性好的小钢段,增加研磨体表面积,提高研磨能力,但同时要改小卸料篦板的篦缝,否则小钢段研磨一定时间后会随物料卸出;两仓研磨体填充率相等或二仓高出1%～2%,衬板一仓用阶梯形,二仓用小波纹形。
2)隔仓板。采用筛分隔仓板可有效控制大颗粒物料进入研磨仓,在此基础上研磨仓采用小规格钢段,可有效增加水泥中3～32μm颗粒的比例。目前筛分隔仓板形式较多,但需要解决好筛分与磨机通风的矛盾。
2.3选粉机
可采用笼式或转子式对原选粉机进行改造。
2.4通风除尘系统
除尘系统的改造需要根据磨内结构、选粉机类型等具体情况而确定。笼式选粉机集选粉、除尘于一体,磨内通风较好,系统效率较高;若采用单独的除尘系统,需要解决好磨尾出口风速、通风量、排风机风压等参数的关系,防止系统漏风主要是加强磨机出料口处的锁风。
生产应用效果
甲厂为提高生产能力,先后采用过增加细碎机、磨机串联、预粉磨等技术改造措施,每次都取得了相应的效果。增加细碎机后生产能力达到2×15.5t/h;在此基础上采用如图2所示的半终粉磨工艺流程,生产能力达到2×17.5t/h;最后拆除细碎机,采用如图1所示的棒磨机作预粉磨工艺流程,生产能力达到2×22.0t/h。甲厂仅对工艺进行了改造,未对磨机内部主要结构改造,所以水泥的比表面积基本没有增加。实行新标准后,选粉机选粉部分改用高效转子式,隔仓板改为筛分式,篦缝8mm、筛缝1.5mm,二仓研磨体用Φ14mm～20mm耐磨性好的小钢段,卸料篦板用30mm钢板切割篦缝制作;加强磨尾出料口处的锁风,增加磨内通风量。改造后系统产量2×22.5～23.0t/h,较采用细碎机时提高45%,系统理论电耗由36.0kWh/t降到27.5kWh/t,节电23.6%;水泥成品(80μm)筛余3%左右,比表面积335～345m2/kg,在水泥强度等级不变的条件下增加混合材掺量5%以上。乙厂为提高生产能力,采用增加细碎机降低入磨粒度,由于出窑熟料温度高,细碎机不能满足要求,最后购买一台旧Φ1.83m×6.4m磨机,用棒磨机技术改造为预粉磨设备,并采用如图1的工艺系统。预粉磨产量22～24t/h,吨电耗5kWh/t,但出磨粒度较普通棒磨机细,没有>5mm颗粒,成品<80μm的颗粒达30%以上;在Φ2.2m×6.5m磨机磨内结构未改造前,由于选粉机能力偏小,效率偏低,磨机产量仅达21.0t/h,比表面积290m2/kg;遂对磨内结构进行改造,产量最高达22.0t/h,提高50%,系统理论电耗由34kWh/t降到28kWh/t,节电17%;水泥成品(80μm)筛余<3%,比表面积330～335m2/kg,在水泥强度等级不变的条件下增加混合材掺量4%。
结束语
传统的一级圈流短磨水泥粉磨系统产量低、能耗高,水泥的比表面积、颗粒级配等难以满足要求,影响混合材掺量,生产成本高效益低,不符合国家产业政策要求。但通过相应的技术改造,不仅可以大幅度提高水泥的产质量,而且改善了水泥的比表面积、颗粒级配等技术指标,增产节能效果好,经济效益明显。
现状及问题
我国目前中小型水泥厂的生料制备和水泥粉磨设备一般采用球磨机一级圈流工艺,球磨机的规格多是Ф2.2～2.4m×6.5～8.0m的2仓短磨,选粉机多为传统的离心式或旋风式选粉机,普遍存在生产能力低、能耗高、产品质量不尽如人意,特别是实行ISO水泥检验标准后,问题更为突出。
1)使用新型干法熟料后,问题就转移到粉磨的系统工艺、主机设备及其内部结构等方面。主要表现在:1)物料(熟料)入磨粒度大、磨机长径比小、仓数少、研磨体(钢段)规格偏大、表面积小和耐磨性差,导致物料在磨内研磨时间短,水泥成品比表面积小(一般不超过300m2/kg)。
2)磨机内部结构不合理,单层隔仓板对物料没有筛分作用,水泥颗粒分布范围宽,粉磨效率降低。
3)选粉机选粉效率低,不能及时将3～32μm的微粉选出。虽然80μm筛余<4%,但产生的3～32μm颗粒(特别是熟料、矿渣等易磨性差的物料)少,比表面积小。
技术方案
针对一级圈流短磨存在的技术问题,必须要对系统的工艺、主机设备的内部结构等进行改造,降低入磨粒度、增加物料的研磨时间、提高出磨物料3～32μm颗粒的比例、提高选粉机的选粉效率。
2.1系统工艺流程的改造
1)系统工艺为一台或两台相同规格磨机的一级圈流磨。采用增加预粉磨工艺方案,在球磨机前增加一台具有产量高、出磨物料粒度小而均匀优点的棒磨机作为预粉磨设备。该设备的主要技术经济指标与辊压机相当,但投资仅为辊压机的1/4,且工艺简单、可靠,运行成本低。表1为几种中小型厂常用规格棒磨机的技术指标。
使用棒磨机后,系统产量可提高30%～40%左右,单位电耗降低15%～20%左右,水泥的比表面积增加40～60m2/kg(混合材掺量不变)。因此,一般情况下BM1928棒磨配1-Ф2.2m的2仓圈流磨,BM2131棒磨配1-Ф2.4m的2仓圈流短磨,BM2334棒磨配2-Ф2.2m的2仓圈流短磨比较合适。但实际生产中由于物料粉磨特性(如粒度、易磨性等)变化、水泥品种及混合材的差异,预粉磨与终粉磨不可能非常匹配,因此,预粉磨与终粉磨之间最好采用中间仓连接,便于生产控制。
2)系统工艺为2台不同规格的一级圈流磨。规格较小的磨机一般为Φ1.83m的球磨机。按照国家规定,这些磨机不能作为水泥的终粉磨设备,但可以采用串联的方式进行改造。
但水泥的比表面积得不到提高。这种工艺与目前常用的预粉磨工艺相同,如果预粉磨不进行改造,不仅达不到节能增产效果,反而会出现系统不配套现象。采用棒磨机技术对预粉磨机进行改造可以达到明显的节能增产效果,主要改造磨机内部的衬板、隔仓板、研磨体等相关部件。改造后的预粉磨研磨体装载量较原球磨机少,但一仓的破碎能力提高很多,出预粉磨的细度(80μm)可达到50%左右。不管采用上述何种工艺,若混合材是粉煤灰等粉状料时,建议不要入预粉磨,直接入终粉磨系统。
2.2磨机内部改造措施
不管采用哪种工艺进行系统改造,进入终粉磨物料粒度均发生很大变化,熟料粒度90%<2mm,因此球磨机内部结构要进行相应改造。
1)仓长、研磨体等。一仓长度需要缩短0.5～1.0块衬板的长度,钢球的最大直径以Φ80mm为宜,平均球径55～60mm;二仓选用规格为Φ20mm×25mm～Φ14mm×18mm耐磨性好的小钢段,增加研磨体表面积,提高研磨能力,但同时要改小卸料篦板的篦缝,否则小钢段研磨一定时间后会随物料卸出;两仓研磨体填充率相等或二仓高出1%～2%,衬板一仓用阶梯形,二仓用小波纹形。
2)隔仓板。采用筛分隔仓板可有效控制大颗粒物料进入研磨仓,在此基础上研磨仓采用小规格钢段,可有效增加水泥中3～32μm颗粒的比例。目前筛分隔仓板形式较多,但需要解决好筛分与磨机通风的矛盾。
2.3选粉机
可采用笼式或转子式对原选粉机进行改造。
2.4通风除尘系统
除尘系统的改造需要根据磨内结构、选粉机类型等具体情况而确定。笼式选粉机集选粉、除尘于一体,磨内通风较好,系统效率较高;若采用单独的除尘系统,需要解决好磨尾出口风速、通风量、排风机风压等参数的关系,防止系统漏风主要是加强磨机出料口处的锁风。
生产应用效果
甲厂为提高生产能力,先后采用过增加细碎机、磨机串联、预粉磨等技术改造措施,每次都取得了相应的效果。增加细碎机后生产能力达到2×15.5t/h;在此基础上采用如图2所示的半终粉磨工艺流程,生产能力达到2×17.5t/h;最后拆除细碎机,采用如图1所示的棒磨机作预粉磨工艺流程,生产能力达到2×22.0t/h。甲厂仅对工艺进行了改造,未对磨机内部主要结构改造,所以水泥的比表面积基本没有增加。实行新标准后,选粉机选粉部分改用高效转子式,隔仓板改为筛分式,篦缝8mm、筛缝1.5mm,二仓研磨体用Φ14mm～20mm耐磨性好的小钢段,卸料篦板用30mm钢板切割篦缝制作;加强磨尾出料口处的锁风,增加磨内通风量。改造后系统产量2×22.5～23.0t/h,较采用细碎机时提高45%,系统理论电耗由36.0kWh/t降到27.5kWh/t,节电23.6%;水泥成品(80μm)筛余3%左右,比表面积335～345m2/kg,在水泥强度等级不变的条件下增加混合材掺量5%以上。乙厂为提高生产能力,采用增加细碎机降低入磨粒度,由于出窑熟料温度高,细碎机不能满足要求,最后购买一台旧Φ1.83m×6.4m磨机,用棒磨机技术改造为预粉磨设备,并采用如图1的工艺系统。预粉磨产量22～24t/h,吨电耗5kWh/t,但出磨粒度较普通棒磨机细,没有>5mm颗粒,成品<80μm的颗粒达30%以上;在Φ2.2m×6.5m磨机磨内结构未改造前,由于选粉机能力偏小,效率偏低,磨机产量仅达21.0t/h,比表面积290m2/kg;遂对磨内结构进行改造,产量最高达22.0t/h,提高50%,系统理论电耗由34kWh/t降到28kWh/t,节电17%;水泥成品(80μm)筛余<3%,比表面积330～335m2/kg,在水泥强度等级不变的条件下增加混合材掺量4%。
结束语
传统的一级圈流短磨水泥粉磨系统产量低、能耗高,水泥的比表面积、颗粒级配等难以满足要求,影响混合材掺量,生产成本高效益低,不符合国家产业政策要求。但通过相应的技术改造,不仅可以大幅度提高水泥的产质量,而且改善了水泥的比表面积、颗粒级配等技术指标,增产节能效果好,经济效益明显。
