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堅韌機械DG單傳動輥壓機-----一種新型高效低能耗預粉磨設備在水泥、礦渣聯合粉磨系統中的應用
長沙堅韌機械  添加時間:2014-05-12

鄒偉斌  中國建材工業經濟研究會水泥專業委員會   
 
摘要:據調查了解,國內水泥制成有20多種粉磨工藝系統,均各有其特點,但以采用輥壓機+分級機+管磨機(或帶選粉機)聯合粉磨工藝系統為多,本文介紹了一種新型高效、低能耗的預粉磨設備----DG單傳動輥壓機及其與動態或靜態分級機+管磨機組成的聯合粉磨系統,在水泥粉磨與礦渣微粉制備中的應用及其取得的顯著增產和節電效果;

 關鍵詞:DG單傳動輥壓機  聯合粉磨  粒度效應  裂紋效應 

 前言

實施磨前物料預處理工藝,縮小入磨粒度、改善易磨性,是提高水泥粉磨系統產、質量,降低粉磨電耗最直接、最有效的技術途徑。在世界能源日趨危機、追求低碳及循環經濟發展的今天,如何使水泥粉磨系統進一步節能降耗,是擺在我們粉磨工程技術人員面前的迫切任務。

國內水泥制成工序普遍使用管磨機終粉磨,其粉磨機理系利用研磨體的集群沖擊、破碎與研磨效應完成水泥粉磨過程。由于磨機一倉球形研磨體與物料之間為點接觸,空隙較大,加之磨內四周空間不限,難以形成料床粉磨,即研磨體對物料做功具有隨機性,電能大部分轉換為熱量與噪聲、電能利用率低、粉磨效率低、電耗較高。在材料水份受控的前提下,其生產能力與入磨物料粒度尺寸密切相關,磨機產量對物料粒度的變化非常敏感:入磨粒度越大,系統產量越低、粉磨電耗越高,反之亦然。但當入磨物料粒度較小或大部分呈粉狀時,則可顯著彌補一倉粗碎能力不足的缺陷,充分發揮管磨機細磨能力有余、對水泥顆粒整形的粉磨技術優勢。

自二十世紀八十年代中期,高效率料床粉磨設備—輥壓機在德國問世以來,我國通過技術引進與自主研發制造的輥壓機已廣泛應用于水泥、化工、金屬礦山及其他行業,國內新型干法水泥生產線生料制備采用輥壓機終粉磨工藝系統,與中卸風掃烘干磨及立磨工藝相比,據保守測算噸生料可節電5-8kwh/t甚至以上,節能空間大;但在水泥制成工序中,由于輥壓機終粉磨工藝制備的水泥顆粒級配分布較窄、顆粒形貌球形度差、標準稠度需水量大、凝結時間不正常、使用性能不良等因素影響,輥壓機及分級設備只承擔預粉磨功能。

輥壓機料床粉磨效率高出管磨機3-4倍,經擠壓分級后的入磨物料粒度縮小,物料內部致密結構被高壓破壞,出現較多微觀裂紋,從而顯著改善了易磨性,邦德功指數可降低10-25%,入磨物料同時具備“粒度效應”及“裂紋效應”,這兩種效應的存在與疊加,為系統增產、節電創造了先決條件;以目前運行的水泥聯合粉磨系統為例,根據被磨物料品種、理化性能及所采用的分級設備不同,入磨物料的切割粒徑不同,以及水泥質量控制指標不同,后續管磨機系統的增產幅度也不同,一般可達50-100%甚至更高,節電幅度20-30%

關于磨機產量與入磨物料粒度之間的關系,可由下式表述:

Kd=G2/G1=(d1/d2)X                 (1)

式中:Kd-磨機的相對生產率或稱粒度系數

     G1、G2-分別代表入磨粒度為d1、d2時的磨機產量(t/h)

     X-指數,與物料特性、成品細度、粉磨條件等有關,一般在0.15-0.35之間.

現以X=0.20為例,以此推出不同入磨粒度時磨機的相對生產率Kd.

 

表1         不同入磨粒度時磨機的相對生產率Kd  

 

25

20

15

10

5

3

2

25

1.00

1.05

1.11

1.20

1.38

1.53

1.66

20

 

1.00

1.06

1.15

1.32

1.46

1.58

15

 

 

1.00

1.08

1.25

1.38

1.50

10

 

 

 

1.00

1.15

1.27

1.38

5

 

 

 

 

1.00

1.11

1.20

3

 

 

 

 

 

1.00

1.08

2

 

 

 

 

 

 

1.00

 

由表1計算數據可以看出:若將入磨物料粒度由25mm縮小至2mm,甚至1mm以下時,至少可使后續磨機增產幅度達到60%以上,這與實際生產應用中的情況是比較吻合的。

磨前處理是關鍵:原管磨機一倉的粗碎功能被磨前高效料床粉磨設備取代,輥壓機與分級設備承擔了粉磨系統中50-70%的工作量,磨機一倉長度可縮短,最大球徑和平均球徑可進一步縮小,當配置動態分級機,入磨物料切割粒徑2.0mm時,磨機一倉可用直徑Φ60mm-Φ30mm四級配球;當分級篩板孔徑偏大或磨損漏料(應及時補漏),入磨物料切割粒徑>2mm及物料易磨性較差、磨尾排渣顆粒較多時,一倉應引入直徑Φ70mm球,采用四級或五級配球,平均球徑一般在DCP 42mm-48mm之間選取,以保證對少數顆粒物料的粗碎;當物料粒度小、粉料較多、易磨性較好時(若采用干粉煤灰混合材),一倉還可引入適量直徑Φ20mm小球降低球間空隙率,平均球徑可取DCP≤40mm,以強化粗研磨能力,為第二倉有效過渡及第三倉細磨創造條件。

當配置靜態分級機,入磨物料切割粒徑0.9mm時,一倉可采用直徑Φ40mm、Φ30mm、Φ25mm、Φ20mm、Φ17mm鋼球五級級配;若物料易磨性較差,不采用用Φ17mm球時,應適當引入少量Φ50mm球形成五級級配,平均球徑可在DCP 21mm-29mm之間選取。增加粗研磨能力的同時,能夠明顯降低襯板及研磨體消耗。一倉長度比例減小,則有效地延長了磨機細磨倉長,物料磨細能力顯著增加。由于擠壓分級后的物料晶格缺陷增多、微觀結構的破壞和入磨粒度的縮小,更能夠充分發揮管磨機對水泥顆粒的細磨及整形功能,提高磨細程度及球形顆粒比例。當磨制礦渣微粉,經擠壓及靜態分級后的入磨礦渣顆粒0.5mm時,后續管磨機一倉長度縮短的同時,可減小平均球徑,但要考慮礦渣的易磨性,一般采用Φ50mm-Φ20mm五級級配,平均球徑可在DCP 20mm-30mm之間選取,以增強一倉研磨能力。

磨內磨細是根本:相對于微米級粉體的水泥成品顆粒而言,因擠壓分級后的入磨物料多數已呈粉狀,管磨機內部細磨倉可使用小規格、高硬度研磨體,同時根據倉長比例安裝配置3-5圈活化環以激活小研磨體,為其創造三維運動空間。宜采用直徑Φ14mmx14mm、Φ12mmx12mm、Φ10mmx10mm微鍛三級級配或視出磨篦板縫尺寸引入直徑Φ8mmx8mm微鍛,平均鍛徑可取DCP 10mm-12mm。以充分發揮磨細能力,實現整個粉磨系統優質、高產、低消耗。

 

2. 現階段水泥聯合粉磨系統中的輥壓機與分級設備

相對于單粒物料、低效率空中打擊的破碎機而言,輥壓機料床擠壓粉磨與其配置的動、靜態分級設備在聯合粉磨系統中承擔了極其重要的預粉磨任務,基于高效的磨前預處理工藝,良好的實現了系統中的“分段粉磨”,從而使得整個粉磨系統大幅度增產、節電;德國KHD公司對不同水泥粉磨系統電耗調查結果列于表1

       表2             不同水泥粉磨系統電耗對比

粉磨系統

球磨系統

預、混合粉磨系統

聯合粉磨系統

終粉磨系統

單位電耗(kwh/t

39

33

28

24

電耗對比 (%

100

84.6

71.8

61.5

節電幅度 (%

0

15.6

28.2

38.5

 

   從表2數據得知:除輥壓機終粉磨系統(去掉管磨機)節電幅度最大,聯合粉磨系統單位粉磨電耗可實現28kwh/t,明顯低于普通球(管)磨粉磨系統11kwh/t,節電潛力大,須充分挖掘之。

聯合粉磨系統與單純的預粉磨系統(無分級設備)不同,要求管磨機前置的輥壓機處理能力大,經分級提高入磨細粉量,以實現較大幅度增產節電。現階段有的聯合粉磨系統中前置輥壓機與管磨機的裝機功率比達到2:1甚至以上,輥壓機處理能力上去了,同時裝機功率也隨之增大了,即使系統產量有較大提高,但因系統裝機功率過大等因素影響,噸水泥粉磨電耗仍難以保持在27kwh/t以下。據筆者調查了解,除極少數企業水泥聯合粉磨系統噸水泥粉磨電耗能夠達到27kwh/t左右外,絕大多數都高于這個數值。

 

3. 新型單傳動輥壓機的技術特點及運行案例分析

3.1DG單傳動輥壓機技術特點

 一種采用高壓彈簧裝置的高效率、低能耗“DG單傳動輥壓機”已在長沙堅韌機械有限公司問世,并申報獲得了國家實用新型發明專利(專利號ZL200720063684.5,通過該單傳動輥壓機擠壓后的物料粒度<5mm占100%、<2mm占80%、<0.080mm占30%,經分級機分級后的入磨物料0.080mm篩余45.5%(<0.080mm顆粒占54.5%)、0.9mm篩余27%(<0.9mm顆粒占73%),與雙電機傳動、液壓系統加壓的輥壓機+動態分級設備分級后的入磨物料粒度分布基本相同,且擠壓后的料餅手觸即碎,說明入機物料所受擠壓力均勻、擠壓效果較好;

 該輥壓機為單電機與行星齒輪減速機傳動,輥子線速度及對物料施加壓力恒定,主電機裝機功率比液壓雙傳動輥壓機節省45%左右。

  除上述外,該單傳動輥壓機尚具有以下技術特點:

3.1.1采用潤滑脂潤滑,無稀油站,潤滑無動力,,便于維護;

3.1.2既可配置動態分級機,分級后入磨物料切割粒徑<3mm;亦可配置靜態分級機,分級后入磨物料切割粒徑<0.9mm;

3.1.3兩個擠壓輥之間采用硬面齒輪傳動,輥子線速度1.76m/s,與液壓雙傳動輥壓機輥子線速度相當;

3.1.4配置壓力調節及輥縫調節裝置、物料防漏裝置,調節方便,不偏輥;

3.1.5故障極少,運轉率高達95%以上,維護、操作簡單、維護費用低;

3.1.6輥面采用優質耐磨焊條處理,工作層表面硬度達HRC60-63,使用壽命≥8000h;

3.1.7輥面兩端有耐磨鋼板精加工的基準邊高線,當輥面磨損到基準邊高線以下時,需進行堆焊處理;

3.1.8與管磨機組成聯合粉磨工藝可獲得系統增產50%以上,節電幅度20-30%的技術經濟效果;

3.1.9 與相同規格液壓雙傳動輥壓機相比,單臺投資節省1/3。投入使用后,節省電耗部分的效益累積,不足一年即可收回投資,投資回收期短;

現以Φ3.2×13m開流水泥磨配置的120-50輥壓機(物料通過量120-180t/h及動態分級機來對比兩種系統的主機功率,見表2:

表3    120-50輥壓機及磨機主機功率對比(臺時產量85t/h

輥壓機類型

規格

主電機功率

分級機功率

水泥磨規格

主電機功率

合計

雙傳動液壓

120-50

500kw

75kw

Φ3.2×13m

1600kw

2175kw

DG單傳動

120-50

250kw

15kw

Φ3.2×13m

1600kw

1865kw


表3數據說明,從主電機裝機功率來看,DG單傳動輥壓機比雙傳動液壓輥壓機要低310kw,系統主機功率節省45%左右。

 3.2水泥及礦渣聯合粉磨實際應用案例

3.2.1NY水泥公司Φ3.2×13m三倉開流水泥磨,原生產P.C42.5級水泥(比表面積≥360m2/kg)臺時產量49t/h,噸水泥粉磨電耗36.19kwh/t;采用120-50單傳動輥壓機及動態分級設備后,臺時產量達80t/h(最高時達92t/h),增產31t/h、增幅63.27%,粉磨電耗降至25.71kwh/t,降幅28.96%,節電10.48kwh/t;采用輥壓機與動態分級機及管磨機組成聯合粉磨系統,年按60萬噸水泥計,年節電628.8萬kwh,按電價0.65元/kwh計,節電效益達408.72萬元。

3.2.2GD水泥公司Φ3.2×13m三倉開流水泥磨生產P.O42.5水泥,原臺時產量50t/h,粉磨電耗35.47kwh/t,采用120-50單傳動輥壓機及動態分級機后,入磨物料粒度均<2mm,臺時產量上升至76t/h,增產26t/h、增幅52%,粉磨電耗降至27.07kwh/t,降幅23.68%,節電8.4kwh/t;采用輥壓機與動態分級機及管磨機組成聯合粉磨系統,年按60萬噸水泥計,年節電504萬kwh,按電價0.65元/kwh計,節電效益達327.6萬元。

3.2.3CZ建材公司Φ2.6×13m三倉開流礦渣磨,生產S95級礦渣粉(比表面積≥400m2/kg,原臺時產量16t/h,噸礦粉電耗73.01kwh/t;加裝120-50單傳動輥壓機及靜態分級設備后,擠壓分級后入磨礦渣粒度均<0.5mm,其中<0.1mm礦渣粉料占80%,<0.080mm粉料占40%,臺時產量提高至26t/h,增產10t/h、增幅62.5%;粉磨電耗降至57.39kwh/t,節電15.62kwh/t,節電幅度21.14%;采用輥壓機與靜態分級機及管磨機組成聯合粉磨系統,年按20萬噸礦粉計,年節電272.8萬kwh,按電價0.65元/kwh計,節電效益達177.72萬元。

 3.2.4JP水泥公司Φ3.2×13m三倉開流礦渣磨,生產S95級礦渣粉(比表面積≥400m2/kg,原產量26t/h,噸礦粉電耗68.71kwh/t,采用120-50單傳動輥壓機與靜態分級設備后,擠壓分級后入磨礦渣粒度均在0.5mm以下,臺時產量提高至40t/h,增產14t/h、增幅53.85%,噸礦粉電耗降至54.05kwh/t,節電14.66kwh/t,節電幅度21.34%;采用輥壓機與靜態分級機及管磨機組成聯合粉磨系統,年按30萬噸礦粉計,年節電439.8萬kwh,按電價0.65元/kwh計,節電效益達285.87萬元。

根據筆者調查分析:部分企業應用單傳動輥壓機與分級設備后,管磨機內部配置尚應及時改進,如對倉長比例、研磨體級配、隔倉板篦縫、磨內通風、控制操作等技術參數進行優化調整,系統仍有一定的增產、節電空間,亟待挖掘之。

4.結束語

4.1水泥聯合粉磨(或半終粉磨工藝)系統的技術核心屬于“分段粉磨”:“磨前處理是關鍵、磨內磨細是根本(磨后選粉是保證-閉路系統);只要將每一段(子系統)的能力充分發揮到極致,均能實現系統增產及節電效益最大化。

4.2必須重視聯合粉磨系統中的除鐵措施,避免鐵塊傷及輥面而影響擠壓效果及輥面工作壽命。

4.3水泥粉磨電耗指標是評價系統節能的標尺。與相同規格雙傳動液壓輥壓機相比,在達到相同擠壓效果時,DG單傳動輥壓機裝機功率低45%,單臺投資節省1/3,性價比高,節電效果顯著。安裝使用后,僅節電效益累積,不到一年即可收回設備投資,投資回收期短。

4.4DG單傳動輥壓機運轉率高,操作簡單,維護方便且成本低。

4.5DG單傳動輥壓機輥面采用國內知名品牌優質焊絲堆焊,輥面硬度高(HRC60-63),使用壽命≥8000h。

4.6從調查了解來看,DG單傳動輥壓機與動、靜態分級機成功應用于水泥及礦渣微粉聯合粉磨系統,與雙傳動液壓輥壓機相同,擠壓分級后的入磨物料“粒度效應”與“裂紋效應”疊加,易磨性顯著改善,系統臺時產量至少可提高50%以上,節電幅度20-30%。建議在國內水泥、礦渣微粉聯合粉磨生產線推廣使用,促進節能減排與低碳經濟良性循環,功在當代,利在千秋。

4.7建議DG單傳動輥壓機制造單位,應繼續研制大型號、物料處理能力大的輥壓機及分級設備,以適配于直徑Φ3.8m、Φ4.2m及以上規格管磨機組成的聯合粉磨系統。

                          參考文獻
[1].鄒俊甫、鄒偉斌,《水泥熟料磨前預處理方法討論》,《中國建材裝備》,1995.2
[2].鄒偉斌《水泥聯合粉磨系統故障原因與解決措施》,《新世紀水泥導報》2012.3期 
[3].鄒偉斌,《水泥粉磨系統優化分析與探討》,《四川水泥》,2011.5期-6期 
[4].鄒偉斌等,《聯合粉磨開路磨系統增產與調整》,《第二屆水泥工業中控操作論壇論文集》,《新世紀水泥導報》雜志社,2012年5月武漢

 

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