新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)與裝備實(shí)施方案(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 在于：輥壓機(jī)系統(tǒng)中的“選粉－烘干－風(fēng)掃”用風(fēng)量和阻力比輥磨中的低，反映到通風(fēng)電耗降低，但是輥壓機(jī)系統(tǒng)中提升物料的斗提電耗比較高。系統(tǒng)電耗應(yīng)該存在 2～3kWh/t的差值。假設(shè)原料易磨性中等，統(tǒng)一生料細(xì)度，可以估算出輥壓機(jī)系統(tǒng)和輥磨系統(tǒng)的電耗情況。生料輥壓機(jī)與輥磨系統(tǒng)電耗比較見表 14。表 14 生料輥壓機(jī)與輥磨系統(tǒng)電耗比較項(xiàng)目 輥壓機(jī)系統(tǒng) 輥磨系統(tǒng)磨機(jī) ,kWh/t 風(fēng)機(jī) ,kWh/t 選粉機(jī) ,kWh/t 提升機(jī) ,kWh/t 其他輔機(jī) ,kWh/t 合計(jì) ,kWh/t 多年以前宇部公司提供的生料系統(tǒng)采用外置選粉的輥磨系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)電耗比其他公司采用正常部分外循環(huán)輥磨系統(tǒng)的電耗低 3kWh/t 左右，其原因也在于出磨物料靠提升機(jī)喂入選粉機(jī)進(jìn)行分選，以降低通風(fēng)電耗，但系統(tǒng)要求選粉機(jī)可烘干的原料水分為 3％。調(diào)研的輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表 15。表 15 生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)工廠 規(guī)模 t/d 輥壓機(jī) 產(chǎn)量 t/h 細(xì)度 % 輥壓機(jī) kWh/t 系統(tǒng) kWh/t龍巖三德 2022 RP15140/1602900設(shè)計(jì) 180實(shí)際 140~150R9012 江西亞東 2 4000 RP20170/18021500設(shè)計(jì) 350實(shí)際 360R7516實(shí)際 江西亞東 3 4000 RP20170/18021800設(shè)計(jì) 400實(shí)際 370R7515實(shí)際 R1515 15四川亞東 4000 RP20170/18021800 設(shè)計(jì) 400R7515 山西智海 2500 CLF1801002900設(shè)計(jì) 220實(shí)際 200~220R8015 中材常德 2500 CLF18012021250設(shè)計(jì) 220實(shí)際 242R8010 中材亨達(dá) 5000 CLF180120212502200實(shí)際 2240R8020 山西滿意 5000 CLF20016021800400實(shí)際 4007 / 103印度 2500 RP15140/1402900215 R9015 Geseke 2022 RP15140/1602900165 R9014 平均 R80μm ?14% 生料輥壓機(jī)與輥磨兩種系統(tǒng)的綜合比較見表 16。表 16 生料輥壓機(jī)與輥磨系統(tǒng)綜合比較系統(tǒng) 輥壓機(jī)系統(tǒng) 輥磨系統(tǒng) 備注kWh/t 12~14 15~17系統(tǒng)電耗％ 80～100 100 中等易磨性總投資 ％ 100 95~100磨耗,g/t ~3(堆焊表面) 2~6(磨輥＋磨盤)使用壽命,h 7000 7000 中等磨蝕可烘干的水分,% 5~7 7 利用五級預(yù)熱器廢氣入磨粒度,% D90=50mm D90=80mm生料質(zhì)量 好 好工藝流程 相對復(fù)雜 相對簡單規(guī)模大型化 較困難 易實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)率 一般 略高穩(wěn)定性 較差 好磨損后的運(yùn)行狀況 產(chǎn)量 影響大 影響小觀點(diǎn) 2：水分太高或磨蝕性特差的原料以輥磨為主，輥磨系統(tǒng)也可設(shè)計(jì)成選粉機(jī)外置式系統(tǒng)。選用輥壓機(jī)系統(tǒng)時(shí)重點(diǎn)解決輥面的耐磨問題，最好提供備用輥。運(yùn)轉(zhuǎn)率是影響水泥企業(yè)效益的一個(gè)重要因素。原料粉磨系統(tǒng)必須提供足夠的生料給燒成系統(tǒng)，確保燒成系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。在電力、鋼鐵、化工行業(yè)對于關(guān)鍵系統(tǒng)往往設(shè)置備用系統(tǒng)，以確保生產(chǎn)主線的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。在水泥行業(yè)，為了節(jié)省投資，除空壓機(jī)等少數(shù)附屬設(shè)備外都不考慮備用系統(tǒng)，只是設(shè)計(jì)時(shí)留有一定的產(chǎn)量富裕。萊歇公司的大型輥磨（見圖 11）則采用了冗余設(shè)計(jì)理念，如 輥磨配置 6 個(gè)磨輥，正常生產(chǎn)時(shí) 4 輥運(yùn)行，2 輥備用，當(dāng)運(yùn)行磨輥發(fā)生故障時(shí)備用輥可隨時(shí)投入運(yùn)行。8 / 103圖 11 Loesche 公司大型 6 輥生料磨洪堡公司推出的 COMFLEX 輥壓機(jī)系統(tǒng)（見圖 12）也具有這一功能。我們的 TRM 輥磨運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，4 輥磨機(jī) 2 輥運(yùn)行時(shí)可以達(dá)到正常產(chǎn)量的 75%左右。圖 12 洪堡公司 COMFLEX 輥壓機(jī)系統(tǒng)觀點(diǎn) 3：生料輥磨可以按需要產(chǎn)量的 倍進(jìn)行配置，正常運(yùn)行時(shí)采用部分磨輥工作。 燃料制備問題系統(tǒng)選擇 我們已經(jīng)積累了輥磨粉磨煙煤、無煙煤、褐煤和石油焦等各種燃料的使用經(jīng)驗(yàn)，輥磨無疑成為燃料制備的首選方案。輥磨制備燃料的最大好9 / 103處是可以通入大量的熱風(fēng)，烘干能力強(qiáng)，適應(yīng)高水分燃煤的烘干要求，保持較低的煤粉水分，降低燒成系統(tǒng)熱耗。另外，與風(fēng)掃球磨系統(tǒng)相比，可以節(jié)電10kWh/t 左右，允許的入磨粒度可以放寬到 50mm。煤粉用于分解爐和窯頭的比例約為 6:4，窯頭可以適應(yīng)較粗的煤粉細(xì)度，分解爐希望煤粉磨得更細(xì)一些，特別是在采用劣質(zhì)煤或無煙煤的情況下，這說明燒成系統(tǒng)窯頭和窯尾對煤粉的要求存在區(qū)別。觀點(diǎn) 4：對于日產(chǎn) 5000 噸級以上的大型水泥生產(chǎn)線配置雙套煤磨系統(tǒng)，分別提供窯頭和窯尾用煤。 水泥粉磨問題眾所周知，水泥粉磨的目的是得到具有一定比表面積和顆粒級配的水泥產(chǎn)品。比表面積越高，水泥的強(qiáng)度越高，并希望 3～32μm 之間的顆粒越多越好，＜3μm 的顆粒只對 1 天強(qiáng)度起作用，3～32μm 的顆粒對 28 天強(qiáng)度起作用。有人通過試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)提出 3000～4500cm 2/g 的水泥 28 天強(qiáng)度和比表面積、3～32μm 含量、分布斜率之間的關(guān)系式如下：S=+(3～32μm,%)+S=++其中 S 為水泥 28 天強(qiáng)度，單位為 MPa；S b 為水泥的比表面積，單位為cm2/g。很顯然，提高比表面積，提高 3～32μm 的顆粒含量，提高粒度分布的斜率n 值都有利于提高水泥的強(qiáng)度。但是水泥強(qiáng)度并不是評判水泥性能的唯一標(biāo)準(zhǔn)，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、流動度、外加劑適應(yīng)性等也是水泥性能的重要指標(biāo)，而水泥的顆粒級配、顆粒形貌和混合材的品種及摻量等對這些性能均有顯著影響。因此，選用合適的粉磨工藝制備高品質(zhì)的水泥產(chǎn)品是水泥粉磨系統(tǒng)考慮的首要問題。各種混合材活性、易磨性不盡相同，在水泥中所起的作用也不同，有的活性較好，對強(qiáng)度有貢獻(xiàn)，有的易磨性較好，起到填充作用，優(yōu)化顆粒級配。不同粉磨工藝水泥產(chǎn)品中各組分含量見表 17。表 17 不同粉磨工藝水泥產(chǎn)品中各組分含量粒級 ＜?μm 6～12μm 12～32μm ＞ 32μm10 / 103礦渣 23% 0% 2% 9% 12%混磨熟料 77% 22% 14% 31% 10%礦渣 24% 5% 4% 9% 6%分別粉磨熟料 76% 19% 12% 32% 13%石灰石 18% 8% 5% 3% 2%混磨熟料 82% 22% 18% 25% 17%觀點(diǎn) 5：對大宗混合材如礦渣、鋼渣、粉煤灰、石灰石、火山灰等進(jìn)行分別粉磨，與純硅水泥進(jìn)行配制，生產(chǎn)普通水泥、復(fù)合水泥和特型水泥，充分發(fā)揮各種混合材的潛在活性，提高混合材的有效利用率，改善水泥品質(zhì)。水泥粉磨過程消耗水泥綜合電耗的40%左右，提高粉磨效率，降低粉磨電耗在很大程度上體現(xiàn)在水泥粉磨工段。水泥粉磨電耗的影響因素很多，主要包括產(chǎn)品的比表面積、熟料的易磨性和混合材的品種及摻量。根據(jù)水泥標(biāo)準(zhǔn)，水泥粉磨時(shí)可以摻入一定量的混合材，包括高爐礦渣、石灰石和粉煤灰等，混合材的摻入對粉磨電耗影響較大，我們通過試驗(yàn)研究得出了混合粉磨時(shí)這些混合材對粉磨電耗的影響函數(shù)，對粉磨系統(tǒng)的計(jì)算很有幫助。日本川崎公司提出的水泥粉磨電耗的計(jì)算公式如下，供參考。 W=0(320Blain)15Wi5730T(103?x4)(1 10y)z 其中 W 為水泥粉磨電耗；W 0 是球磨機(jī)的輸入功率； Wi 是熟料的邦德易磨性指數(shù)，表示熟料粗磨的難易程度；T 3000 是指在規(guī)定的試驗(yàn)球磨機(jī)上按照規(guī)定的方法將熟料粉磨到 3000cm2/g 時(shí)所需要的時(shí)間，表示熟料細(xì)磨的難易程度； x和 y 分別表示石膏和石灰石的摻量；z 表示研磨體的規(guī)格系數(shù)。最近幾年，水泥輥磨終粉磨技術(shù)在國外日臻成熟，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是在印度、越南等新興水泥市場，有多條新建水泥生產(chǎn)線采用了水泥輥磨終粉磨技術(shù)。在國內(nèi)，由于擔(dān)心輥磨系統(tǒng)磨制的水泥與帶球磨機(jī)系統(tǒng)磨制的水泥性能存在差異，故一直以來使用水泥輥磨的積極性不高，僅有湖北亞東、云南東駿、四川星船城等部分水泥公司采用了進(jìn)口水泥輥磨。不同水泥輥磨的成品顆粒分布見圖 13，不同系統(tǒng)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量見圖 14。 22324252627282930圈 流 聯(lián) 合 圈 流 球 磨 圈 流 聯(lián) 合 圈 流 聯(lián) 合 圈 流 聯(lián) 合 開 流 聯(lián) 合 開 流 球 磨 +++TRMK451需水量，％ 010203040506070809010101 10 10粒 徑 /μ m累積通過量/% LMTRMOK11 / 103 圖 13 不同水泥輥磨的成品顆粒分布 圖 14 不同系統(tǒng)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量 ,%實(shí)踐證明輥磨磨制的水泥完全可以達(dá)到球磨磨制的水泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而且水泥輥磨在節(jié)能減排上的優(yōu)勢是有目共睹的，水泥粉磨采用終粉磨系統(tǒng)已成趨勢。開發(fā)國產(chǎn)化大型水泥輥磨是水泥粉磨裝備技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)緊迫任務(wù)，也是實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)無球化的最后一個(gè)堡壘。多年來天津院有限公司致力于這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在 TRM 型原料輥磨和礦渣輥磨得到廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，從 2022 年開始水泥輥磨的研發(fā)工作，并于 2022 年實(shí)現(xiàn)了兩臺 TRMS3131 礦渣輥磨粉磨水泥的工業(yè)化應(yīng)用，磨機(jī)產(chǎn)量和主機(jī)電耗達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)，2022 年 5 月首臺國產(chǎn)大型水泥輥磨 TRMK4541 在越南福山水泥公司成功投產(chǎn)，通過采用新的措施保證形成穩(wěn)定的料床，配用新型高效籠形轉(zhuǎn)子選粉機(jī)，使成品比表面積可以在3000~4000cm2/g 范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，水泥成品的顆粒分布在合理的范圍內(nèi)。水泥輥磨中粉磨系統(tǒng)流程見圖 15。中國水泥發(fā)展中心物化檢測所對 TRMK4541 水泥輥磨的成品進(jìn)行了性能檢測，結(jié)果表明該系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥成品性能優(yōu)良，成品顆粒分布很寬，n 值小于1，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量較低，只有 %，與圈流球磨系統(tǒng)產(chǎn)品相當(dāng)。總的來講，首臺國產(chǎn)大型水泥輥磨 TRMK4541 正式投入工業(yè)生產(chǎn)，磨機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過合同要求，水泥成品的顆粒分布、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量與圈流球磨系統(tǒng)的產(chǎn)品相當(dāng)，用其配制的混凝土具有良好的工作性能。 冷 風(fēng) 熱 風(fēng) 爐 袋 收 塵 器 風(fēng) 機(jī) 濕粉煤灰 濕礦渣 石灰石 石膏 熟料 TRM輥 磨 提 升 機(jī) 12 / 103圖 15 水泥輥磨終粉磨系統(tǒng)觀點(diǎn) 6：大力推廣應(yīng)用立式輥磨終粉磨系統(tǒng)粉磨水泥，主要優(yōu)點(diǎn)包括降低粉磨電耗、對入磨物料水分沒有嚴(yán)格要求、允許入料粒度大、切換產(chǎn)品品種方便等。輥壓機(jī)與球磨機(jī)組成的各種聯(lián)合粉磨系統(tǒng)在近 10 年來得到普遍采用，這些系統(tǒng)即體現(xiàn)了理想的節(jié)能效果，又能保證穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，已經(jīng)成為水泥粉磨系統(tǒng)的首選方案。從最大程度地節(jié)約粉磨電耗和確保產(chǎn)品性能的角度出發(fā)，輥壓機(jī)系統(tǒng)可以向“大型輥壓機(jī)圈流+小型球磨機(jī)開流”的方向發(fā)展，其流程見圖16。圖 16 大型輥壓機(jī)圈流+小型球磨機(jī)開流系統(tǒng)原料配料由提升機(jī)直接喂入穩(wěn)流倉（主要目的是減輕選粉機(jī)的負(fù)荷） ，經(jīng)輥13 / 103壓機(jī)擠壓后提升至動靜態(tài)組合選粉機(jī)分選，先經(jīng)靜態(tài)選粉機(jī)分選，粗料直接落入穩(wěn)流倉，細(xì)料再經(jīng)動態(tài)選粉機(jī)分選，粗粉也返回至穩(wěn)流倉，細(xì)粉由旋風(fēng)收塵器收集喂入球磨機(jī)粉磨。為了便于調(diào)節(jié)輥壓機(jī)和球磨機(jī)的粉磨能力的平衡，動態(tài)選粉機(jī)的粗料出口設(shè)置電動分料閥，可根據(jù)需要將少部分粗粉分入球磨機(jī)。輥壓機(jī)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)放風(fēng)為選粉機(jī)風(fēng)量的 30%，該放風(fēng)與球磨機(jī)合用一臺收塵器，收集的粉塵可返回球磨機(jī)，也可以直接進(jìn)入成品。球磨機(jī)開流操作，有利于降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，確保水泥的工作性能。如采用粉煤灰作為混合材，則直接喂入球磨機(jī)。系統(tǒng)配置要求輥壓機(jī)單位產(chǎn)品功率消耗達(dá)到 10kWh/t 以上，入球磨機(jī)的半成品比表面積 2500cm2/g 以上。主機(jī)配置舉例：年產(chǎn)規(guī)模 150 萬噸配套生產(chǎn)線 3500t/d 水泥熟料生產(chǎn)線水泥品種 （+）水泥配比 熟料 78%，石膏 5%，石灰石 5%，其他混合材 12%系統(tǒng)產(chǎn)量 ≥200t/h（ 水泥 230t/h）水泥比表面積 3500177。150cm2/g輥壓機(jī) 規(guī)格 TRP180/160(φ18001600)擠壓力 5500kN/m2(電機(jī)配用 7000 kN/m2)線速度 通過量 ①Q(mào)=200=1037t/h②Q= 3600=946t/h取兩種計(jì)算結(jié)果的平均值 1000t/h需用功率 P0=25500=2395kW配用電機(jī) 21600kW球磨機(jī)（基于 水泥的計(jì)算）：圈流球磨系統(tǒng)電耗（(3500250)/3200）34=開流球磨機(jī)功率（200）/=2529kW球磨規(guī)格 13 米、2800kW(雙倉)14 / 103輥壓機(jī)單位吸收功率 2395/200=12kWh/t半成品比表面積 ≥2500cm 2/g球磨機(jī)電耗 最終產(chǎn)品比表面積 3500cm2/g系統(tǒng)電耗(與輥磨相當(dāng)) 30kWh/t() 27kWh/t()觀點(diǎn) 7：對希望降低水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的用戶可以考慮采用“大型輥壓機(jī)圈流+ 小型球磨機(jī)開流 ”的系統(tǒng)方案。在一定條件下，水泥的顆粒級配與粉磨效率、選粉效率存在相關(guān)性，一般的，粉磨效率和選粉效率越高，往往水泥的顆粒級配越窄，從而導(dǎo)致水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量越高，開流磨系統(tǒng)粉磨效率最低，沒有選粉機(jī)，顆粒級配最寬，需水量最低，這樣，