三风机系统和两风机生料粉磨系统的运行与设计

1.引言  

　　随着生产工艺的不断成熟和技术装备水平的日渐提高，立式磨用于生料粉磨以其粉磨效率高、烘干能力强、节能环保、投资费用低等1诸多优势而受到了广大业主和设计单位的青睐，在物料易磨性和磨蚀性允许的前提下，新、扩建的2500t/d及以上规模生产线的原料制备系统几乎都采用了立式磨粉磨方案。传统设计中，窑磨一体机的生料立式磨粉磨系统通常采用三风机系统，即利用高温风机出口废气为原料烘干热源，经立式磨研磨至合格细度和水份的生料与废气首先经细粉分离器分离，大部分废气由高压循环风机送入收尘设备进行净化处理，少部分废气通过循环风管返回磨内。整个生料粉磨及废气处理系统包括高温风机、循环风机及窑尾废气风机等三台大型风机，故简称为三风机系统（见图1）。近几年，可能是出于节约投资的考虑，生料粉磨系统在设计上出现了省略了循环风机和细粉分离器的变化。这样整个生料粉磨及废气处理系统只包括高温风机和窑尾废气风机两台大型风机，因此又称为两风机系统。笔者曾做为设计人员和现场调试人员先后参与过几条包括以上两种设计形式生产线的设计与调试工作，其中SZDW与HNLT两家工厂使用的磨机都是国产的MLS3626型立式辊磨机，其它设备的选型也大同小异，并分别属于不同形式的工艺系统，因此这两家工厂的工艺状况和运行效果存在较大的可比性。以此为例，对三风机生料粉磨系统和两风机生料粉磨系统的经济技术指标进行一个简单对比，供同仁们参考。  

2.两种系统的工艺流程及装备  

　　SZDW的三风机生料粉磨系统工艺流程见图1，设备选型见表1。 

  


  
　表1：两家工厂的主要装备

（*：立式磨主电机的装机容量是由设备厂家在对入磨物料进行易磨性试验和磨蚀性试验后根据试验结果做出的选型，与系统形式无关。）


3.两套系统经济技术指标对比及评价

3.1投资构成对比，见表2。
　　表2：三风机系统与两风机系统的投资对比 
 

　　HNLT的两风机系统省略了4103细粉分离器、4112循环风机，但对窑尾电收尘5404、尾排风机5407及其工艺连接管道提出了更高要求，特别是处理高浓度高负压的静电除尘器，目前国内具备实际制造经验的厂家还只有两三家，因此市场竞争很不充分，设备价格居高不下，同比相同收尘面积和处理能力的低粉尘低负荷的设备采购价格高出30%～40%，所以尽管省略了循环风机和细粉分离器及部分工艺管道，但设备的总费用（包括机械设备和电气及自动化设备）比三风机系统还要略高，综合安装及土建费用，投资总额两套系统基本持平。  

　　两风机系统的占地面积比三风机系统小20%，这对于那些场地有限的改扩建项目而言具有相当吸引力。  

3.2系统运行费用比较及评价  

　　系统运行费用主要体现在单位产品能耗、单位产品易损件消耗及其它检修费用等几个方面，其中单位产品易损件的消耗主要是磨机的辊皮及磨盘衬板的消耗，系统的设计形式不会给单位产品易损件消耗带来直接影响，本文对此项不进行对比及评价。同时，根据笔者在DW及LT两家工厂的经验，这两种设计形式对系统产质量指标没有直接影响，在保证操作合理的前提下，影响产质量的关键在于入磨物料的易磨性、水份和颗粒组成等，因此以通常采用的根据系统台时产量为基准来探讨两套系统在单位产品能耗方面的优劣是不合理的。本文假定两套系统台时产量均为210t/h、窑投料量均为175t/h时并且磨机的装机功率相等（理由如笔者在表1的说明中所述），以此探讨两套系统的单位产品功率消耗。  

　　（1）、当窑磨同时运行时：在上述假定前提下，每天运行时间为20h，三风机系统投入运行的装机功率高于两风机系统约220kW。  

　　（2）、当窑运行、磨机停车时：每天运行时间为4h，此时三风机系统相对两风机系统可减少投入运行循环风机和细粉分离器等，同减少投入运行的装机功率为1620kW。  

　　综合（1）、（2）两点，三风机系统投入运行的装机功率比两风机系统低2080kW/d左右。磨机比窑喂料量高得越多，三风机系统的优势越明显，反之磨机产量与窑喂料量越接近，两套系统平均投入的装机功率水平也越接近。当然，电机的实际功率消耗与投入运行的装机功率是有差异的，通过以上比较分析至少还是能够反映出两风机系统相对于三风机系统而言在单位产品能耗方面并不存在明显优势。DW厂和LT厂的生产实践也证明了这一点，见表3。  
  
表3：DW厂和LT厂生料的单位产品电耗对比 
 

    
　　说明：两家工厂的单位产品电耗中均包括石灰石破碎、原料配料站、原料粉磨及废气处理，不包括高温风机及以前的设备。  

　　经分析，笔者认为表3中LT厂的单位产品电耗较高主要是因为其磨主电机较DW厂磨主电机功率大及台产稍低所所致，系统形式所带来的影响其实可以忽略。  

　　LT厂的两风机系统相对省略了两台大型设备（循环风机和细粉分离器）及部分工艺管道，如果系统运行可靠，从理论上来讲减少了故障点，其检修费用同比将低于DW厂的三风机系统。  
3.3系统的操作与系统的安全性能  

　　立式磨的正常操作难度低于传统的风扫磨或中卸磨系统，从操作层面来讲，立式磨用于生料粉磨的难点在于初次调试过程中运行参数的摸索过程，以笔者体会，立式磨的调试关键在于以下几点：  
　　（1）、磨机本身的制造质量、安装质量是决定立式磨调试及管理难度大小的一个关键前提。  
　　（2）、要根据各个工厂的地质结构的实际情况重视和做好磨机基础的设计和施工工作。  
　　（3）、首次布料时料层宜偏厚，入磨物料粒径以40～50mm居多为宜，系统风量宜偏上限控制，选粉机转速宜偏小控制，喂料量控制在60～70%的范围。以MLS3626磨机为例：首次布料厚度为120～140mm，喂料量在130～140t/h之间，磨机进口负压控制在-500Pa左右，出口负压控制在-7.5～-8.0kPa，选粉机转速40%左右，研磨压力约12MPa，有条件的话，磨机出口温度最好控制在80℃以上。  

　　在以上三点能够保证的前提下，两种系统的生料粉磨系统在操作层面不存在很大区别，相对而言，两风机系统操作更简便一点，而在系统稳定性方面，笔者感觉，三风机系统相对更稳定一些。  

　　如前所述，在省略了循环风机后，两风机系统对窑尾除尘设备、尾排风机和工艺管道都提出了更高要求，特别是窑尾除尘设备，需要对含尘浓度高达900g/Nm3的废气进行处理，同时还要承受甚至超过-10000Pa的压力，其负荷之大是显而易见的。在国内已投入运行的两风机系统中，不乏有窑尾收尘、汇风箱、工艺管道等工艺设备发生重大安全事故的例子，因此在系统安全性方面，两风机系统还有进一步改进和提高的空间。如果窑尾除尘设备选择阻力远远高于电收尘的袋式除尘器（两者的压损可相差1500～2000Pa，甚至更多），对废气处理系统将提出更高要求，到目前为止，尚未见到窑尾使用袋式除尘器的两风机系统应于生产实践的报道。操作方面，对于两风机系统，一定要严格控制入磨负压，否则可能对系统的安全运行带来危害。  
   
4.结论与建议  

4.1在现有工艺及装备水平条件下，从投资角度看，两风机系统相对于三风机系统不具有明显优势，但伴随处理高浓度、高负压的静电除尘设备的进一步成熟，市场竞争更加充分，两风机系统的建设费用存在一个较大的下降空间，未来将会相对三风机系统形成优势。  
4.2从长远的角度讲，两风机系统通过减少装备数量来减少故障点，在设计上进一步成熟和关键设备的制造水平进一步提高后，其运行效率是可以优于三风系统的。从节能角度考虑，笔者建议对两风机系统中的窑尾排风机使用节能调速技术，以降低窑尾排风机的电能消耗，进而单位产品的电耗水平。  
4.3两风机系统的安全性是目前设计与建设过程中需要着重考虑的一个问题，两风机系统在设备选型、工艺管道设计等方面还可以进一步优化和规范。对于技术力量不是很强的新建厂而言，笔者目前不推荐采用两风机系统。  
4.4在除尘设备因环保原因必须采用袋式除尘器的地区，因为使用袋式除尘器后会进一步提高系统对窑尾排风机、除尘设备本身及工艺连接管道的要求，笔者不主张采用两风机系统。  
4.5为了在窑产量较低的时候仍然能够满足生料粉磨系统风量的平衡，对于类似于HNLT的两风机系统笔者建议考虑增加一路从尾排风机出口至磨机进口的循环风管。  
   
   
   
参考文献：  
1.刘小海等　东吴2500t/d熟料生产线的设计与调试，新世纪水泥导报，2005，05，P14