水泥外循環(huán)立磨裝備與工藝系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用
??摘要：本文闡述了外循環(huán)水泥立磨裝備與工藝系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用情況，并介紹了以外循環(huán)立磨為核心裝備的不同粉磨工藝系統(tǒng)及相關(guān)應(yīng)用案例。結(jié)果表明：該立磨具有較高的粉磨效率，產(chǎn)品性能好，原料適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，與管磨機(jī)可以配置成水泥聯(lián)合粉磨、半終粉磨系統(tǒng)，也可配置外循環(huán)立磨水泥終粉磨系統(tǒng)，系統(tǒng)電耗與水泥性能指標(biāo)優(yōu)越性較為突出。
??關(guān)鍵詞：水泥，外循環(huán)立磨，聯(lián)合粉磨，半終粉磨，終粉磨
??1、概述
??目前，水泥粉磨主要有管式磨、立式磨和輥壓機(jī)三種粉磨方式，尤其在中國水泥工業(yè)中，采用輥壓機(jī)和管式磨組合成的預(yù)粉磨、聯(lián)合粉磨成為主流水泥粉磨技術(shù)路線。就輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨而言，其粉磨電耗大多數(shù)在30kWh/t以上，這種工藝雖然比管磨機(jī)節(jié)電效果明顯，但是由于其粉磨原理的原因，其電耗進(jìn)一步降低比較難。此外，近年來興起的輥壓機(jī)和管式磨組成的半終粉磨系統(tǒng)，雖有節(jié)電效果，由于受到輥壓機(jī)系統(tǒng)水泥性能的制約[1]，大部分已建成的生產(chǎn)線已經(jīng)棄用半終粉磨生產(chǎn)模式（一般僅僅生產(chǎn)PC32.5水泥采用半終粉磨系統(tǒng)），成功在用的案例較少。
??立式磨由于其能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單、維護(hù)工作量小，在水泥生料粉磨和煤粉磨中取得了很大成功，目前，無論是生料粉磨還是水泥粉磨，國內(nèi)外普遍采用的立式磨屬于磨內(nèi)循環(huán)式，即立式磨上方設(shè)有選粉機(jī)[2]。因此，立式磨內(nèi)部需要通入大量風(fēng)，由于要由噴嘴環(huán)高速的噴射風(fēng)將大部分物料吹起帶入選粉機(jī)內(nèi)，因此這種內(nèi)循環(huán)立式磨風(fēng)機(jī)消耗功率比較大，即使是水泥終粉磨，其產(chǎn)品電耗也要在28~34kWh/t[3,4]，節(jié)能優(yōu)勢并不是非常明顯。
??本文介紹了一種新式的外循環(huán)水泥立磨作為聯(lián)合粉磨、半終粉磨或終粉磨系統(tǒng)的主機(jī)設(shè)備，不僅解決了水泥產(chǎn)品性能問題，而且解決了系統(tǒng)粉磨電耗高的問題。實(shí)際運(yùn)行表明，外循環(huán)水泥立磨粉磨系統(tǒng)電耗為25~29kWh/t，達(dá)到了國內(nèi)外先進(jìn)水平。
??2、KVM水泥立磨介紹
??根據(jù)傳統(tǒng)內(nèi)循環(huán)立磨原理，融入獨(dú)特的節(jié)能理念及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的南京凱盛KVM（Kisen Vertical Mill）型外循環(huán)式立磨。主要工作原理為：
??水泥熟料從磨盤中央上方喂入，借助離心力和摩擦力逐步向磨盤邊緣移動，并被磨盤上的磨輥咬住。水泥混合料間的擠壓研磨在旋轉(zhuǎn)的磨盤和磨輥之間的間隙內(nèi)進(jìn)行。物料經(jīng)高壓力碾壓后隨磨盤轉(zhuǎn)動離心力拋出，經(jīng)刮板收集后由提升機(jī)將物料送入選粉設(shè)備，其中的細(xì)粉送入管磨機(jī)(或選為成品)，粗粉繼續(xù)回立磨粉磨。外循環(huán)立磨系統(tǒng)具有以下顯著特點(diǎn)：
??（1）立磨本體不帶選粉機(jī)
??將如圖1所示的內(nèi)循環(huán)立磨的選粉機(jī)移出形成如圖2所示的內(nèi)循環(huán)立磨。其優(yōu)勢在于：首先，較傳統(tǒng)內(nèi)循環(huán)立磨而言，物料全部經(jīng)過機(jī)械提升，降低了磨內(nèi)物料輸送功耗及系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功耗；其次，選粉工藝的外移，可根據(jù)不同的粉磨工藝進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，有利于高效、節(jié)能選粉工藝的實(shí)施；最后，取消了磨內(nèi)噴嘴環(huán)設(shè)置，大大減緩了高速含塵氣流對磨輥、殼體內(nèi)壁等部件的磨損。
??（2）粉磨效率高
??充分利用輥式磨料床粉磨原理，如圖3所示，處于磨槽外側(cè)粉磨區(qū)的物料不僅受到擠壓力的作用，還受到相對速度造成的剪切力的作用，更容易使物料得到高效率的粉磨。
??特殊磨輥設(shè)計(jì)增大了物料的粉磨區(qū)域，配合特殊設(shè)計(jì)的磨槽（磨盤襯板），實(shí)現(xiàn)磨輥對物料層的均勻施壓（如圖4所示），不論是壓縮還是剪切粉磨，都具有優(yōu)異的粉磨效率。
??此外，中心喂料方式，物料借助離心力和摩擦力逐步向磨盤邊緣移動，能有效克服物料料床斷面流速不均、旁路失效及兩端溢流的問題。
??（3）粉磨后物料分散效果好
??由于粉磨過程是剪切和擠壓共同作用，出立磨物料呈松散狀，大大降低了后續(xù)選粉工序中物料分散、分級的功耗，同時，可采用高濃度分選工藝（料氣比≥4.5），無需另外設(shè)置打散工序，降低了選粉風(fēng)量，節(jié)約設(shè)備投資并有效降低系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電耗。
??（4）控制簡單、操作方便
??由于輥壓機(jī)屬于短粉磨軌跡、純擠壓的工作原理，受力面積窄，造成局部壓強(qiáng)過大。在長期、連續(xù)、大壓強(qiáng)的工況下，輥面耐磨層易疲勞損壞，引起機(jī)械故障，需反復(fù)停機(jī)補(bǔ)焊輥?zhàn)?。而立磨則有效避免這類機(jī)械故障。從操作控制上，輥壓機(jī)控制復(fù)雜，需配合穩(wěn)流倉、輥速及輥壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。而外循環(huán)立磨和一般管磨控制方式相同，通過循環(huán)提升機(jī)電流控制通過量，簡單易行。（應(yīng)用實(shí)例-圖5）
??（5）粉磨后物料顆粒球形度高
??輥壓機(jī)和立磨兩種設(shè)備擠壓后物料顆粒形貌分別如圖6~圖7所示。由于外循環(huán)立磨擠壓和剪切的共同作用，其粉磨后物料顆粒球形度高[5]。而輥壓機(jī)的粉磨軌跡短，純擠壓作用使得其物料顆粒大多呈板片狀、柱狀等。這就使得外循環(huán)立磨應(yīng)用于水泥半終粉磨和水泥終粉磨系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，其獲得的成品水泥需水性可以與管磨機(jī)產(chǎn)品相媲美[6]。
??3、KVM水泥立磨工藝系統(tǒng)
??目前，外循環(huán)立磨用于水泥粉磨主要有聯(lián)合粉磨系統(tǒng)、半終粉磨系統(tǒng)及終粉磨系統(tǒng)等三種工藝系統(tǒng)。
??（1）立磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng)
??該系統(tǒng)采用外循環(huán)立磨作為預(yù)粉磨設(shè)備（見圖8~圖9）。如圖8所示，物料通過外置式高料氣比的V型選粉機(jī)分選后，粗粉返回立磨繼續(xù)粉磨，細(xì)粉則送入到管磨機(jī)，經(jīng)管磨機(jī)粉磨后形成最終成品。
??圖9是另一種外循環(huán)立磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，其中立磨預(yù)粉磨系統(tǒng)所采用的V型選粉機(jī)為帶臥式動態(tài)轉(zhuǎn)籠的V型選粉機(jī)，該選粉機(jī)兼有V 型選粉機(jī)和第三代選粉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，相比較于采用普通V型選粉機(jī)的系統(tǒng)，可有效地降低和控制后序管磨的入磨粒度，進(jìn)而大大改善了磨機(jī)的粉磨狀況。
??圖10是外循環(huán)立磨預(yù)粉磨系統(tǒng)中出立磨物料及出V選細(xì)粉粒度分布（采用圖8所示粉磨工藝系統(tǒng)），經(jīng)外循環(huán)立磨粉磨并分選后，大大降低了入管磨的物料粒度，特征粒徑為0.057mm，該入磨物料其0.08mm篩余在30%以下。粉磨效率較高的立磨承擔(dān)了大部分物料的破碎功能，管磨機(jī)完成對物料最后加工工序。
??（2）水泥立磨半終粉磨系統(tǒng)
??其工藝流程如圖11所示。該系統(tǒng)在聯(lián)合粉磨系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加精細(xì)選粉系統(tǒng)，通過高效的選粉系統(tǒng)，將立磨碾壓的合格成品提前選出，不再進(jìn)入管磨機(jī)，這樣一方面可以有利于外循環(huán)立磨料床的穩(wěn)定，提高其粉磨效率；另一方面，又有合格的細(xì)粉被提前選出，大幅度減少了管磨機(jī)內(nèi)的“過粉磨”現(xiàn)象，避免細(xì)粉在管磨機(jī)內(nèi)形成料墊，提高球管磨機(jī)的破碎與研磨效率，達(dá)到提產(chǎn)降耗的目的。
??最近興起的輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)，如前所述，由于其粉磨后物料顆粒球形度低，將合格細(xì)粉拿出后，會導(dǎo)致水泥標(biāo)注稠度需水量增加，因而該部分成品比例不能太高，一般不超過水泥總量的15%~20%。而采用立磨半終粉磨系統(tǒng)，則該部分成品比例對水泥需水性影響不大，因而可配置高效選粉系統(tǒng)，盡可能將合格細(xì)粉全部提前選出，系統(tǒng)產(chǎn)量更高、電耗更低。
??（3）水泥立磨終粉磨系統(tǒng)
??該系統(tǒng)完全取消了粉磨效率較低的管磨機(jī)，完全由高效料床粉磨實(shí)現(xiàn)水泥制成，實(shí)現(xiàn)水泥粉磨的無球化。一方面有利于降低系統(tǒng)電耗（較無預(yù)粉磨設(shè)備的管磨粉磨系統(tǒng)，產(chǎn)品工序電耗降低35%以上），另一方面也能大幅降低金屬消耗。其工藝流程圖如圖12所示。
??KVM水泥立磨在水泥粉磨中的應(yīng)用
??3.1 外循環(huán)立磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng)應(yīng)用
??3.1.1 A廠水泥磨系統(tǒng)應(yīng)用
??A廠原有水泥粉磨系統(tǒng)為Ф3.2×13m的水泥閉路系統(tǒng)，產(chǎn)量低，電耗高達(dá)38-40kWh/t。南京凱盛國際工程有限公司采用 “KVM22.3-P外循環(huán)立磨＋帶轉(zhuǎn)子籠的V型選粉機(jī)＋收塵器＋Ф3.2×13m管磨機(jī)(開路)”組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)對其進(jìn)行改造，其工藝流程圖如圖9所示。該生產(chǎn)線水泥配比及生產(chǎn)指標(biāo)如表1所示。
??水泥粉磨系統(tǒng)中預(yù)粉磨設(shè)備KVM立磨表現(xiàn)出較高的粉磨效率，出立磨物料中細(xì)粉含量為：小于0.045mm顆粒占17-22％，小于0.08mm顆粒占24-28％。另外使用帶轉(zhuǎn)子籠的V型選粉機(jī)有效地防止0.5mm以上的顆粒進(jìn)入管磨機(jī)，保證了入進(jìn)入管磨機(jī)的物料基本都在0.5mm以下，針對如此細(xì)的物料有針對性地設(shè)計(jì)管磨機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮管磨機(jī)高效研磨功能，使得系統(tǒng)產(chǎn)量與電耗指標(biāo)均為優(yōu)越。
??3.1.2 B廠水泥磨系統(tǒng)應(yīng)用
??B廠有多套Ф3.2×13m的水泥管磨機(jī)，由于水泥原料水份較大，磨制PC32.5R水泥時綜合水份含量一般在3.5％左右，最高達(dá)4.3％，即使磨制PO42.5水泥時原料綜合水份也達(dá)到2.5%，臺時產(chǎn)量在35~40t/h，系統(tǒng)工序電耗在45~50kWh/t。為了提產(chǎn)降耗，該廠采用南京凱盛自主研發(fā)的“KVM22.3-P外循環(huán)立磨＋V型選粉機(jī)＋臥式精細(xì)選粉機(jī)” 預(yù)粉磨系統(tǒng)對管磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，組成管磨機(jī)為開路的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，其工藝流程圖如圖13所示。
??該生產(chǎn)線特點(diǎn)有：
??(1) 因水泥原料水分較大，設(shè)計(jì)上引入該廠窯系統(tǒng)的窯頭廢氣進(jìn)選粉系統(tǒng)
??中對物料進(jìn)行烘干，新加入的高水份物料先進(jìn)入選粉系統(tǒng)初步烘干后再進(jìn)立磨進(jìn)行粉磨，但會增加水泥工序電耗；
??(2)為實(shí)現(xiàn)物料在選粉系統(tǒng)中的有效烘干，該系統(tǒng)采用V選和臥式精選分
??開設(shè)置的方式，強(qiáng)化烘干，但另一方面，該類型選粉系統(tǒng)使得水泥粉磨電耗增加；
??(3)該生產(chǎn)線因管磨機(jī)本身原因（磨機(jī)年代久，傳動效率低），高于同規(guī)格
??同裝機(jī)功率的管磨機(jī)(研磨體裝載量相同時)，運(yùn)行電耗高，低于額定裝載量下，實(shí)際功耗超額定功率。
??該生產(chǎn)線水泥配比及生產(chǎn)指標(biāo)如表2所示。
??該生產(chǎn)線的成功投運(yùn)，是外循環(huán)水泥立磨系統(tǒng)在高水分原料水泥磨生產(chǎn)線上取得重大突破，通過合理的裝備與工藝設(shè)計(jì)，外循環(huán)水泥立磨系統(tǒng)對較高水分原料具有較好的適應(yīng)性。
??3.2 外循環(huán)立磨半終粉磨系統(tǒng)應(yīng)用
??C廠水泥磨為新建水泥粉磨系統(tǒng)，采用“KVM26.3-P外循環(huán)＋3.8×14.5m管磨機(jī)+V選+精細(xì)選粉機(jī)”組成的共用一套精細(xì)選粉機(jī)的雙圈流半終粉磨系統(tǒng)，該系統(tǒng)與核心裝備均為南京凱盛公司研發(fā)，其工藝流程圖如圖14所示。
??該工藝系統(tǒng)特點(diǎn)是，外循環(huán)立磨和管磨機(jī)共用一臺精細(xì)選粉機(jī)，立磨系統(tǒng)經(jīng)V選分選后的細(xì)粉料由精細(xì)選粉機(jī)下進(jìn)風(fēng)進(jìn)口帶入精細(xì)選粉機(jī)分選，管磨機(jī)物料則經(jīng)上部撒料裝置進(jìn)入精細(xì)選粉機(jī)。該系統(tǒng)減少了一套選粉系統(tǒng)，降低了設(shè)備和土建投資，同時，立磨成品和管磨機(jī)成品可在選粉機(jī)內(nèi)充分混合，避免了半終粉磨系統(tǒng)中前后兩部分成品成分差異大而導(dǎo)致水泥質(zhì)量波動的問題。但共用一臺精細(xì)選粉機(jī)，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，精細(xì)選粉機(jī)性能以及操作控制要求更高。表3為該半終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)。
??從表3數(shù)據(jù)與廠里老線輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)數(shù)據(jù)相比，該系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥需水性低于輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥需水性，水泥其它性能相當(dāng)。
??3.3 外循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)應(yīng)用
??如前所述，KVM外循環(huán)立磨磨制的細(xì)粉顆粒形貌球形度優(yōu)于輥壓機(jī)，該立磨可作為終粉磨磨制水泥。南京凱盛自主研發(fā)的“KVM-C46.4+V型選粉機(jī)+精細(xì)選粉機(jī)”外循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)，在D廠獲得成功運(yùn)用。該系統(tǒng)工藝流程圖如圖12所示。其特點(diǎn)是：
??(1)在不噴水情況下，立磨實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，為生產(chǎn)高品質(zhì)水泥提供保證；
??(2) 系統(tǒng)簡單，粉磨電耗低；
??(3)水泥性能與該廠相同配料的閉路管磨生產(chǎn)的水泥相當(dāng)，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量稍低于閉路管磨水泥。
??該生產(chǎn)線水泥配比及生產(chǎn)指標(biāo)如表4所示。
??值得一提的是，該廠另外三臺閉路管磨，生產(chǎn)同品種水泥（相同配比和水泥細(xì)度指標(biāo)）時，其水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量均比該外循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥稍高，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量絕對值約高1-2%，，從兩種水泥在商混站使用情況看，外循環(huán)立磨磨制的水泥適應(yīng)性已可與管磨水泥相媲美。
??4、結(jié)語
??采用外循環(huán)水泥立磨的聯(lián)合粉磨、半終粉磨和終粉磨系統(tǒng)具有電耗低、投資少、見效快、維修工作量少等一系列的特點(diǎn)，該工藝技術(shù)路線正在國內(nèi)大范圍地推廣應(yīng)用，目前外循環(huán)立磨在水泥聯(lián)合粉磨、半終粉磨和終粉磨系統(tǒng)中均獲得成功應(yīng)用，電耗在24~29kWh/t。相比輥壓機(jī)和內(nèi)循環(huán)立磨而言，具有明顯的優(yōu)勢。該技術(shù)可以用在新建生產(chǎn)線，也可以用在對管磨、輥壓機(jī)預(yù)粉磨等生產(chǎn)線的改造。
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??中國水泥網(wǎng)將于2018年6月13-14日在杭州舉辦“2018第十屆國際粉磨峰會”，本屆峰會以“超低電耗 高性能水泥 無人值守”為主題，將邀請行業(yè)專家深度探析降低粉磨能耗途徑及高性能水泥標(biāo)準(zhǔn)，并舉行互動論壇，現(xiàn)場解答疑問、交流經(jīng)驗(yàn)。敬請關(guān)注！
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