对水泥粉磨串联工艺的几点认识

2007-06-05 00:00

　所谓串联工艺是指两台球磨机串联运行。有的厂家采用二级闭路粉磨工艺，有的厂家采用前一级闭路后一级开路工艺。近几年由于烧成技术的不断进展，熟料产质量提高后，水泥粉磨能力相对偏小。许多厂家在技改时大多选择了增加1台磨机，两磨共用1套配料设施的方案，而在选择具体工艺流程上，由于增加磨头分流仓工艺上较复杂，或受现有土建结构和空间位置的限制，许多厂家选择了串联工艺，因此近几年串联工艺在技术改造中采用的较多。本文结合我厂串联工艺近两年来的运行情况，对水泥粉磨串联工艺谈几点认识，与同行交流。

1　串联工艺的运行情况

　　
1.1　工艺流程
　　我厂串联工艺流程和主机设备的规格见图1。
　　

　　图1　串联工艺流程

1.2　运行情况
　　

该系统1998年3月至1999年5月的月平均台时产量、水泥综合电耗及与非串联工艺同等规格磨机吨水泥电耗的对比见表1。所得水泥的物理化学性能对比如表2。

表1 1998年3月～1999年5月串联粉磨系统产量及电耗统计

月份		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1	2	3	4	5	平均
产量/(t/h)		25.0	24.6	25.6	24.6	23.5	23.3	24.0	24.9	25.7	26.4	26.8	27.1	27.4	27.6	26.9	25.60
电耗/(kWh/t)	串联工艺	31.1	27.8	30.5	31.4	28.3	32.6	29.1	32.3	32.3	26.9	28.1	27.7	27.8	29.1	29.6	29.67
	Φ1.83m×6.4m	33.2	32.9	31.8	33.6	31.9	35.7	31.9	33.3	33.7	31.7	32.5	33.1	33.2	31.6	34.1	32.78
	Φ2.2m×7m	31.7	30.9	32.1	31.5	30.8	32.1	31.8	32.5	31.9	30.8	31.1	31.9	32.1	31.6	31.9	31.60

表2 串联磨与闭路磨粉磨水泥性能对比

粉磨形式	细度/%	标准稠度/%	凝结时间/h∶min		抗压强度/MPa		抗折强度/MPa
粉磨形式	细度/%	标准稠度/%	初凝	终凝	3d	28d	3d	28d
闭路磨	3.0	28.3	3∶59	5∶28	28.1	51.7	4.6	8.9
串联磨	3.1	29.4	3∶01	4∶57	29.6	50.6	4.7	8.6

　　该系统连续运转率年均达到89%以上。

2　对串联工艺的几点认识

　　
2.1　简化流程
　　串联工艺能够简化生产工艺流程，减少技改工程量，缩短技改时间，降低技改费用。
　　

2台磨共用1套配料设施，若使2台磨机独立运行，采用非串联工艺，可行性较好的方案就是实施磨头分流工艺，我厂在本次技改方案设置时，也曾考虑过该种方案，但需新增设备，系统较为复杂，工程量较大，工艺布置较为困难。采用串联工艺，工艺流程简化，降低了技改费用，而且赢得了技改时间。

2.2　提高粉磨效率
　　

1)以我厂实际情况看，在无熟料预破碎设施，入磨粒度相同的情况下，Φ2.2m磨机一仓的破碎效率要高于Φ1.83m磨机。串联工艺物料的破碎都在Φ2.2m磨内完成，Φ1.83m磨机只起研磨作用，有利于发挥2台磨机各自的特性。
　　

2)我厂旋风式选粉机系统循环负荷率一般在80%～110%之间，Φ2.2m磨机台时产量按15t/h计算，其回粉量在12～16.5t/h，可见，非串联工艺的回粉量占磨头入磨物料的量比较大。串联工艺通过控制循环负荷率和采取工艺措施增大第二级磨机处理物料的能力，可以大大减少甚至杜绝回到大磨破碎仓的粗粉量，这样一方面有效减轻粗粉在破碎过程中的缓冲作用，提高破碎效率；另一方面因破碎仓的研磨能力较弱，破碎仓很大程度上只是粗粉进入研磨仓的一个通道，大量的粗粉占用了破碎仓的有效空间，降低了破碎仓的利用率。
　　

3)串联工艺第一级磨机的粗粉直接进入研磨能力较好的小型磨机研磨，物料在粉磨设备内的停留过程基本都处于有效粉磨状态。

2.3　采用串联工艺应注意的问题
　　1)第一级磨机破碎仓与研磨仓的长度比例。
　　

串联工艺物料的破碎都在第一级磨机的破碎仓进行，因此第一级磨机破碎仓的长度同非串联工艺相比，应该适当放大。以我厂为例，串联工艺第一级Φ2.2m×7m磨机前后两仓的长度经调整最终确定为3.75m与2.75m，采用其它规格磨机的厂家，可根据本单位的具体情况确定破碎仓与研磨仓的比例，否则，破碎仓破碎能力不足，会制约磨机台时产量的提高。有条件的企业可增加预破碎(细碎)设施。
　　

2)第一级闭路粉磨工艺选粉系统循环负荷率的选择。
　　

从我厂串联工艺运行的情况看，第一级闭路粉磨工艺选粉系统的循环负荷率是一个非常重要的参数。经过长时间的探索，认为保持在100%±10%之间较为适宜。过高，在第二级磨机的处理能力基本保持不变的情况下，回到第一级磨机的物料量将会增大，影响系统的产量；过小，一方面限制了第一级磨机能力的发挥，另一方面表现为第二级粉磨系统的负荷不足，也影响系统的产量。因此该参数的选择应引起采用串联工艺的厂家的重视。
　　

3)应注意调控第二级磨机的成品细度，前后两级磨机所得成品应混合入库，加强入库水泥的均化。
　　

采用串联工艺后，由于第一级磨机破碎仓与研磨仓长度的调整，往往使得研磨仓长度缩短，研磨能力不足，虽然从细度指标(0.08mm方孔筛筛余)上看，与其它磨机所得成品并没有区别，但从比表面积上对比，则表现出一定的差别，反应在颗粒级配上表现出一定的不合理性，细粉量偏少，反应在强度上则表现出早期强度偏低，见表3、4所示。

表3 两台磨机细度指标对比

磨机级数与规格	出磨细度/%	回粉细度/%	循环负荷/%	产量/(t/h)	产品细度/%	比表面积/(m²/kg)	选粉效率/%
第一级磨机 Φ2.2m×7m	30	56.6	102	15	2.9	280	68.7
第二级磨机 Φ1.83m×6.4m	11.4	26.7	63.3	12.7	1.4	397	67.3

表4 两种工艺生产水泥的性能对比

工艺类别	细度/%	比表面积 /(m²/kg)	凝结时间/h∶min		抗折强度/MPa		抗压强度/MPa
工艺类别	细度/%	比表面积 /(m²/kg)	初凝	终凝	3d	28d	3d	28d
非串联工艺单级闭路	2.9	305	3∶49	5∶07	4.7	8.9	28.3	50.2
串联工艺第一级系统成品	2.9	278	4∶56	6∶01	4.1	7.8	26.4	49.8
串联工艺前后两级混合均化料	2.8	313	3∶20	4∶42	4.9	8.7	29.9	50.6

　　但是串联工艺不能仅从第一级成品的质量情况分析串联工艺所得成品的质量，如果合理调整第二级粉磨系统的成品细度指标，并采取各种相应的工艺措施，不但能够克服串联工艺第一级粉磨系统由于研磨能力不足造成细粉量偏少的缺陷，而且还能够调配优化成品颗粒级配，提高水泥质量。为此，我们采取的工艺措施包括以下几个方面:
　　

①将第二级粉磨系统的筛余细度指标控制为0.08mm方孔筛小于1.5%，比表面积控制在370～410m²/kg。
　　

最初我们采取的方法是Φ1.83m×6.4m磨机不设隔仓板，把其作为一个大的研磨仓，采用小钢段作研磨体，在出料端设置挡料环，以适当提高磨内存料量，提高研磨效率。实践证明，该种方案物料在磨内流速难以控制，出磨物料细度难以控制，出磨物料的量也经常出现波动，研磨效率其实并不高，喂入的物料中夹杂的一些3～6mm的颗粒在磨内也不能有效破碎，磨机处理物料的能力仅能维持在7～9t/h。为此我们又重新设置了隔仓板，把该磨分为两个仓，其中一仓长2m，二仓长3.8m，仍保存挡料环，在二仓仍沿用原来规格的钢段，一仓采用Φ60～Φ40mm的钢球作研磨体，这样改造后，磨机的出磨细度基本上趋于稳定，其对物料的处理能力达到9～11t/h，系统产量平均比过去提高了1.1t/h，但还不能很好地实现对该级粉磨系统细度的控制指标。通过查找资料，参照超细磨的一些思路，我们又一次对该磨机进行技改，分为三仓，前两仓用钢球作研磨体，后一仓用钢段作研磨体，实践证明，分为三仓后，该级粉磨系统产品细度的合格率基本上达到100%，该级粉磨系统对物料的处理能力达到11～13t/h，效果较为理想。
　　

②两级磨机的成品混合入库。
　　

从我厂串联工艺的流程图中可以看到，两级磨机各自的成品在出选粉机后就混合在一起了，这样在经过水平输送设备、竖直提升设备输送过程中，两级磨机所得成品的混合料就有一个混合均化的过程，入库出库过程中，混合物料又得到了均化。
　　

③通过机械倒库、多库搭配，加大水泥均化的力度。
　

　采用串联工艺加大水泥均化力度尤为重要，具有双层的含意，一是传统意义上的均化目的，二是两级磨机所得不同性质的成品的充分混合均化。
　

　4)应注意磨机转速的合理选择。
　　

第一级粉磨系统承担着串联系统全部的破碎功能，因此要求其研磨体的冲击能力要强，单位时间内的冲击次数要多一些，研磨体的运动轨迹呈抛落状态，这除了在衬板型式上作些选择，研磨体级配上作些调整外，磨机的转速还宜向提高的趋势调整。相反，串联工艺的第二级粉磨系统，则主要是利用其研磨功能。研磨体在泻落状态下运动，有助于提高磨机的研磨能力，而研磨体在泻落状态运动，则要求磨机的转速制度向降低的趋势调整。我厂串联工艺所用的Φ2.2m×7m磨机，在订货时就选择了高转速23.4r/min，比同规格磨机的转速(21.4r/min)高出2r/min，实际生产应用中效果较好。
　　

5)应注意第一级磨机隔仓板型式的选择。
　　

我厂Φ2.2m×7m磨机的隔仓板选用了双层提升式，这样做的目的有两个:
　　

①研磨仓所占的长度比例相对小一些，致使第一级粉磨系统研磨能力稍显不足，选用双层提升式隔仓板，合乎要求的物料被强制通过隔仓板进入研磨仓，两仓料面的差异不会影响物料的流速，这样，研磨仓填充系数就可以适当加大一些，以增强研磨能力；
　　

②选用提升式双层隔仓板，可以加快物料在磨内的流速，利于提高磨机的产量。
2.4　前后两级磨机的能力匹配
　　

对于旋风式选粉机组成的一级圈流磨，循环负荷率、选粉效率、比生产率之间的关系经验数据见表5所示。

表5 一级圈流磨系统选粉机的工艺参数

循环负荷率/%	50	100	200	300	400
选粉效率/%	84.5	72.5	55	44	37
比生产率	0.770	0.858	0.895	0.902	0.912

从表5看出，循环负荷率从100%提高到300%，选粉效率则从72.5%降低到44%，而比生产率则仅有0.044的增长，因此对于一级圈流磨系统循环负荷率合适的范围为100%～200%。而对于串联粉磨工艺，因为粗粉只有很少一部分或完全不回到一级磨机内，那么从选粉效率和选粉机经济运行的角度考虑，在不影响选粉机正常处理能力的情况下，我们经过生产实践，认为一级磨选粉机的循环负荷率在90%～150%之间较为适宜，在这个区间，选粉效率在60%～75%之间。对于我厂的串联粉磨工艺，如果一级磨的循环负荷率在90%～150%之间，Φ2.2m×7m磨机的产量为15t/h，那么出一级磨选粉机的粗粉量变化区间在13.5～22.5t/h，这个区间就是二级磨若实现与一级磨能力相匹配所必须具有的能力，那么该串联磨系统二级磨可供选择的规格一般就有Φ1.83m×6.4m，Φ1.83m×7m，Φ2.2m×6.5m，Φ2.2m×7m。我们认为在上述四种规格的磨机中，无论选择哪一种规格组成的串联工艺，都可视为能力匹配的，只是二级磨机的规格不同，所选择的一级磨机的循环负荷不同而已。我厂是在原有Φ1.83m×6.4m水泥磨的基础上新增一台Φ2.2m×7m磨机技改而成的串联工艺，一级磨选粉机的循环负荷率选择在100%±10%，此时，从稳流分流小仓溢流回到Φ2.2m×7m磨机的粗粉量只有1～3t/h，这从稳定Φ1.83m×6.4m磨机的入料量，充分发挥二级磨的能力的角度来看，也是需要的。
　　

总之，采用串联工艺，不能仅停留在流程上的串联，还必须根据串联工艺的特点采取一些相应的工艺技术措施，挖掘发挥出串联工艺的潜能，起到事半功倍的效果。

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