海螺设计院.docx
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海螺设计院.docx
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海螺设计院
从φ3×9m到φ4.2×13m磨机设计优化看
水泥球磨机技术升级
作者:
周长华单位:
海螺建材设计研究院
水泥粉磨是水泥生产过程中的重要环节,它不仅直接关系到水泥的质量,同时还对水泥的产量和生产能耗有着重要的影响,水泥粉磨电耗约占水泥生产总电耗的40%。
在努力提高水泥磨机产量及水泥细度的同时,最大限度降低度粉磨系统的能耗对于节省能源及提高企业经济效益具有重要的现实意义。
今天就水泥粉磨系统的技术升级与大家在一起共同学习、共同探讨,不妥之处,敬请各位批评指正!
首先我们回顾一下海螺集团水泥粉磨系统的发展:
目前集团内有φ2.2×6.5m、φ3×9m、φ3×11m、φ3.8×13m和、φ4.2×14.5m、φ4.5×12.96m、φ5.4×15.5m、φ4.2×13m等各种规格共176台水泥磨在生产运行,并有多套φ4.2×13m联合粉磨系统正在建设中。
我们海螺的水泥粉磨系统从工艺流程来看,主要分为单循环闭路粉磨、带辊压机预粉磨和最新的带辊压机联合粉磨这三类水泥粉磨系统。
单循环闭路粉磨系统
这套系统主要有φ3×9m、φ3.8×13m和φ4.2×14.5m这三种规格的磨型:
1、φ3×9m
早在2001年3月,建阳海螺是我院自行设计的第一套φ3×9m单循环闭路粉磨系统投产,该套系统主要工艺流程及设备配置如下:
φ3×9m系统主机配置
编号
设备名称
规格、型号、工艺参数
1
磨机
规格:
¢3×9m;研磨体装载量:
80t;
生产能力:
入磨物料粒度≤25mm,成品细度320-350m2/kg
PC425,40-45t/h;PO425,35-40t/h;
额定功率:
1000kW
2
HES-45选粉机
处理量:
180t/h;生产能力:
35-50t/h
选粉空气量:
45000m3/h;配套电机功率:
45kW
3
主收尘器
型号:
FGM96-2×5
处理风量:
60000m3/h
4
收尘风机
型号:
9-28No.16D;风量:
53000m3/h
全压:
7200Pa;工作转速:
960r/min
配套电机功率:
185kW
经过统计分析,集团共有φ3×9m水泥粉磨系统17套,按照推算可比台产在32~38t/h之间,工序电耗为27~30kWh/t,虽然产能规模较小,总体电耗还是不错的。
值得一提的是,2009年我们对湖南海螺原有四台φ3×11m水泥磨进行了技术改造,该公司四台水泥磨为原雪峰公司遗留装备,于上世纪70年代投产,水泥磨台产较低,设备运转率较差;由于现有收尘设备使用效果不好,现场生产环境较为恶劣;同时现有成品水泥输送系统为气力输送,能耗过高,设备事故频繁,配料系统计量不准,操控手段缺乏。
经过充分研讨和论证,结合现场实际情况,我们从配料计量系统、成品输送系统改为斜槽+斗提、自动化控制系统等入手,对四台Ф3×11水泥磨全面实施技术改造。
湖南海螺4-φ3×11m水泥磨技改前后现场
此项改造的顺利完成,彻底结束了老线水泥输送依靠气力输送的历史,有效减少了设备故障,降低了生产成本。
通过此项改造,保障了生产设备的稳定运行,降低了生产电耗,同时水泥配料精度得到极大提高,现场环境得到明显改观。
同时,去年我们还对白马山4-φ3×9m水泥粉磨系统进行了气力输送改造,目前改造工作已经完成,总体技改效果良好,预计吨水泥节电2kWh/t左右!
2、φ3.8×13m
随着集团的发展、公司产能的扩大,水泥磨系统的规模也在提高,2002年2月,随着海螺院第一套自行设计的蚌埠一期φ3.8×13m水泥粉磨系统的投产,该套系统的产能得到了充分发挥,在集团内得到了广泛推广,目前共有47套投入运行。
因φ3.8×13m水泥粉磨系统实际生产运行稳定、操作简单、维护方便,被子公司亲切地称为“傻瓜磨”。
该
φ3.8×13m系统主机配置
编号
设备名称
规格、型号、工艺参数
1
磨机
规格:
Φ3.8x13m;研磨体装载量:
173t;
生产能力:
85t/hPC32.5;75t/hP.O42.5
额定功率:
2500kW
2
O-SeapN2000
选粉机
生产能力:
72-120t/h
选粉空气量:
120000m3/h;配套电机功率:
132kW
3
主收尘器
型号:
LPF-8/16/2×6
处理风量:
126000m3/h
5
收尘风机
型号:
B6-29-1No.24F
风量:
120000m3/h全压:
7800Pa
工作转速:
1477r/min配套电机功率:
400kW
6
磨机循环提升机
型号:
NSE400
输送能力:
350t/h;功率:
55kW
3.8×13m水泥粉磨系统与φ3×9m工艺流程基本相同,只是工艺配置的升级版。
蚌埠海螺于2006年异地选址扩建成4-3.8×13m水泥粉磨生产线,其中4#磨为蚌埠一期设备,在二期建设中为进一步发挥系统的能力、提高运行指标,我们对新建1#、2#、3#三套3.8×13m水泥粉磨系统的部分工艺配置进行了优化升级,将O-SeapN2000由一期N2000改为N2500,其他配套主收尘器和风机也作了相应调整如下:
1、磨机型号及数量:
φ3.8×13m共4台;主电机2500KW,电压等级为6000V。
2、选粉机:
1-3#磨配置为2500m3/min,4#磨机配置为2000m3/min。
3、主排风机功率:
1-3#磨机配置为500KW,转速1480r/min,4#磨机配置400KW,转速1480r/min,电压等级均为6000V。
4、主袋收尘处理风量:
1-3#磨机配置为15000m3/H,4#磨机配置为12000m3/H。
5、2010年一季度3#、4#磨工艺运行状况对比
1、产质量对比表
磨机序号
台时产量
平均比表
比表合格率
平均细度
32.5
42.5
32.5
42.5
32.5
42.5
32.5
42.5
3#
120.19
89.10
388
361
91.8
80.4
2.2
0.9
4#
109.01
88.29
385
361
89.9
81.5
2.9
1.6
2、电耗对比
磨机序号
综合台产
工序电耗
综合电耗
3#
97.62
30.75
32.91
4#
92.83
31.97
34.19
2、工艺参数对照表
磨机序号
磨机电流
0905电流
主排风门开度
主排电流
选粉机转速
压差
3#
247.6
52.4
86.6
52
876
2.8
4#
249.8
53.9
66.2
39.9
935
2.6
3、循环负荷率、选粉效率对照表
磨别
水泥品种
出磨细度%
回料细度%
成品细度%
循环负荷率%
选粉效率%
3#
P.O42.5
34.0
57.3
0.9
146.5
61.7
P.C32.5
40.2
69.8
2.2
131.0
71.4
4#
P.O42.5
29.7
52.3
1.6
130.8
61.6
P.C32.5
32.5
59.0
2.9
117.8
67.1
物料配比对照表(%)
品种
熟料
粉煤灰
石子
脱硫石膏
32.5
60.34
22.13
8.87
4.03
42.5
80.87
7.97
7.35
3.98
通过上述运行参数对比,在蚌埠海螺二期粉磨站设计上通过对新建φ3.8×13m水泥磨系统的优化升级,无论在磨机台产、电耗还是在成品质量上都有了一定的提高!
3、φ4.2×14.5m
随着集团的进一步发展、公司产能的进一步扩大,水泥粉磨系统的单线产能也在进一步的提高。
2004年,从白马新线、海门、江门等企业开始建设φ4.2×14.5m水泥粉磨系统,目前投入运行的已达65套,是集团水泥粉磨系统中最多的。
这套系统从流程上看,与前期φ3×9m和φ3.8×13m系统一样均属于单闭路循环粉磨。
随着磨机规格的加大,为了更好地发挥系统产能和提高操控性,采用单独的磨内通风收尘系统,与选粉收尘分开,选粉机也提高至O-SeapN3000,同时在磨尾增设粗粉分离器。
φ4.2×14.5m系统主机配置
编号
设备名称
规格、型号、工艺参数
1
磨机
规格:
Φ4.2×14.5m;研磨体装载量:
250t;
生产能力:
>110t/hP.O42.5
额定功率:
4000kW
2
O-SeapN3000
选粉机
生产能力:
135-190t/h
选粉空气量:
180000m3/h
配套电机功率:
200kW
3
主收尘器
型号:
PPCA128-2×8
处理风量:
179400m3/h
4
主风机
型号:
1600SIBB60
处理风量:
185000m3/h全压:
6000Pa
工作转速:
1450r/min配套电机功率:
450kW
5
磨尾通风收尘器
型号:
PPCS128—9
处理风量:
95400m3/h
6
磨尾通风风机
型号:
MR5-No.16F
风量:
104736m3/h全压:
6835Pa
工作转速:
1475r/min配套电机功率:
315kW
7
磨机循环提升机
型号:
NSE450
输送能力:
450t/h
功率:
90kW
从现场运行来看,该系统充分发挥了产能大的特点,运行也较稳定,综合台产平均达到120t/h,部分子公司超过了130t/h,甚至接近150t/h,但部分生产线的电耗有些偏高。
通过对已投产φ4.2×14.5m水泥粉磨系统的运行分析,磨尾粗粉分离器使用效果并不理想,通过筛选出来的水泥品质不太稳定,原设计考虑通过磨尾选粉的物料进成品通道部分公司已改成全部回到循环斗提,同时通过对磨尾315KW通风风机的开度、风机电流分析,风机配置偏大、实耗功率偏高,在海门、八菱等公司已采取变频技改降低了电耗(通过计算,每吨水泥约降低0.4kWh左右)。
在湛江海螺设计中,我们针对前期的实际运行情况进行了总结,并对该系统作了如下优化:
1、根据前期相关生产线的生产实际,取消了粗粉分离器,简化了工艺流程,降低了系统阻力;
2、通过对已投产4.2×14.5m水泥磨系统的调研和运行分析,优化了系统设备配置,磨尾通风收尘由原先的94500m3/h调整至65400m3/h,配套风机也由风量104736m3/h调整至66000m3/h,风机的电机由315kW降至160kW,大大的降低了电耗(通过计算,每吨水泥约降低0.6~0.8kWh),同时也满足了生产需要。
φ4.2×11m带辊压机预粉磨
集团第一套φ4.2×11m带辊压机预粉磨在宁波海螺于1995年下半年投产,当时隶属于宁波星港水泥有限公司。
早期的辊压机是德国洪堡进口设备,后期辊压机主要由中信重机生产,目前在宁波、张家港、南昌等公司共有15套该系统。
φ4.2×11m带辊压机预粉磨系统主机配置
编号
设备名称
规格、型号、工艺参数
设备供货厂家
1
辊压机
型号:
RP120—80
最大通过量量:
200~275t/h
配套电机2×500kW
喂料粒度<30mm占80%
30~60mm占10%
中信重机
5
磨机
规格:
¢4.2×11m;
研磨体装载量:
182~190t;
生产能力:
120t/h(PO42.5)
额定功率:
2800kW
中信重机
6
O-seapN2500选粉机
产量:
110~190t/h
比表面积:
3400~3600cm2/g
最大循环量:
450t/h
选粉空气量:
150000m3/h
配套电机功率:
132kW
上海新建
8
主收尘器
型号:
PPCA128-2×7
处理风量:
157000m3/h
河南中材平顶山收尘器厂
7
选粉机主排风机
型号:
2360SIBB50
风量:
16000m3/h
全压:
7300Pa
配套电机功率:
500kW
河北四平风机厂
11
磨机循环提升机
型号:
CNSE450×29500mm
处理量:
最大450t/h
功率:
2×75kW
长城重机
通过宁波海螺、张家港及南昌海螺实际生产和运行参数的分析可以看出,φ4.2×11m预粉磨系统目前综合台产在120~140t/h,最高达到近150t/h,与φ4.2×14.5m系统相当,工序电耗相对较低(29~33kWh/t),在实际生产中(特别是前期)也存在着一定的问题:
1、宁波1#磨选粉机为旋风式、2#选粉机为O-seapN2000,3#、4#选粉机为O-seapN2500,1#、2#磨选粉机规格偏小,生产PO425水泥能力稍显不足,目前1#、2#磨仅生产PC水泥,在国内其他相关企业同类系统配置Osepa-N2000选粉机也有类似问题,因选粉机偏小,相对选粉机内物料浓度高,选粉效率不足,进而影响磨机产能的发挥!
在后期生产线的配置上,均采用O-seapN2500选粉机。
2、部分生产线投产初期,现场都存在辊压机计量仓偏小的问题(原设计为10t),小仓容量偏小,导致入辊压机难以形成稳定的料柱,不能实现辊压机过饱和喂料,小仓下料时易产生冲料现象,辊压机挤压效果差,系统能力难以发挥。
后期通过现场技改,拆除原有三通,改为溢流分料,适当加大了小仓的容量(15t左右),取得了较好的效果;
3、各生产线在设计中,辊压机如料斗提均设置了中间皮带,并配置了除铁器和金属探测仪,在实际生产中,反映出金属探测仪过于灵敏、生产难以控制,同时部分生产线中间皮带下料点扬尘较大。
现在金属探测仪均不在使用,南昌海螺实施了加高斗提、取消中间皮带直接入辊压机的技改也取得了较好的效果;
4、随着各子公司对脱硫石膏的应用,这套系统也带来了新的问题,因脱硫石膏含水率较高、易于粘结,在辊压机系统中斗提、中间仓的粘结现象较为严重,需要我们进一步采取有效措施来解决!
φ4.2×13m带辊压机联合粉磨
随着我国新型干法水泥工业的迅速发展,由于辊压机具有的电耗低、产量大、噪音小的优势,同时辊压机在设备制造、液压系统及操控系统的日益成熟,辊压机联合粉磨系统在国外和国内已得到了广泛的认可并开始应用。
海螺集团从08年开始,通过对国内相关企业和设计院、所等单位的广泛调研和充分的研讨、论证,辊压机联合粉磨系统已在规划设计、设备成套、工程建设和生产运行等方面得到了很好的实际验证,目前集团内强蛟、六安、泰州、杨湾、赣江等联合粉磨系统相继投产。
下面阐述的是辊压机联合粉磨系统的基本工艺原理和澄清易于混淆的概念,并针对生产过程中应注意的问题进行探讨:
1、基本原理
辊压机对物料进行有效粉碎采用的是大能量一次性输入的单颗粒粉碎群体化,亦即粒间粉碎的原理,其实现粉碎原理的方式是采用一对相向转动的磨辊,一只为动辊,一只为定辊。
其中动辊轴承座与提供压力的液压系统相连,定辊固装在主机架内腔。
动辊在液压系统压力的作用下向物料施以高压,将持续通过两磨辊之间压力区的物料以挤压粉碎的方式有效粉碎。
通过显微镜观察,可以发现被辊压机粉碎后的物料布满微裂纹,这说明不仅物料的粒度被大幅度减小,其易磨性也得到显著改善,这对粉磨系统的大幅度增产节能起到至关重要的作用。
采用辊压机联合粉磨与其它粉磨设备相比较,具有如下特点:
①粉碎比大,一般熟料破碎机的粉碎比在5~30,而辊压机的破碎比能达到30~400。
②能改善物料易磨性,对水泥熟料进行邦德功指数测试发现,熟料通过辊压机挤压后,邦德功指数下降约4~5kWh/t,说明熟料的易磨性得到很大改善,粉磨电耗得到明显降低。
③辊压机主要是与V形分级机组成闭路系统进行工作的。
④辊压机设备和系统是连续稳定工作且输出量是可调的。
由于具有以上特点,采用辊压机作为预粉碎的粉磨系统有产量高、能耗低、生产稳定的优点。
2、工艺系统设计优化及特点
辊压机联合粉磨系统采用双闭路双循环、三风机联合粉磨。
原料由电子皮带秤计量后经磨头胶带输送机、除铁器、进料提升机输送至称重仓。
称重仓内混和物料经辊压机挤压后由辊压机提升机喂入V型选粉机,经风选后的粗粉直接回称重仓,细粉由旋风筒收集后进入磨机粉磨。
物料经磨机粉磨后由
出磨循环提升机送入选粉机,合格细粉由主收尘器收集后作为水泥成品经成品斜槽直接入水泥库,粗粉经粗粉斜槽后重新回到磨机粉磨。
粉煤灰由粉煤灰库输送至磨内粉煤灰小仓后经双管螺旋喂料机和转子喂料秤后直接入磨,后期改为粉煤灰库经计量后直接入磨。
为确保φ4.2x13m带辊压机联合粉磨系统的设计和项目建设达到设计要求,同时保证该套系统的生产稳定运行和实际运行效果的发挥,我们做了如下设计优化:
(1)辊压机和V型选粉机喂料流程采用双斗提分级喂料的优化设计,避免了国内部分项目采用共用斗提方案中存在粗颗粒在V型、旋风筒等处磨损的问题、同时相应提高了V型选粉机的选粉效率;
(2)为提高系统不同物料的适应性,适当增大选粉机的选粉能力,O-sepa选粉机的选型由同类项目的N3500提高至N4000,系统的适应能力大大加强;
(3)成品水泥收尘器滤袋高度由2450mm提高至3050mm,相应增大滤袋过滤面积、降低过滤风速,效果较好;
(4)同时辊压机循环斗提最大能力提高至1100t/h,针对辊压机出现异常情况斗提的适应性大大提高;
φ4.2x13m联合粉磨系统生产现场
该系统的基本配置为RP170—120(或HFCG160-140)辊压机+φ4.2×13m水泥磨,设计产能为P.O425水泥180t/h。
本工艺中物料的循环量约70%,所有细粉由循环风抽出,向球磨机系统提供的物料粒度较细,d90≈0.2~0.3mm。
由于V形分级机对料饼没有打散功能,料饼仅靠在输送过程中几次“摔打”进行分散,辊压机对物料的挤压力不能太大,否则料饼太密实难分散,对物料的易磨性改善效果差,这点对磨机进一步增产不利。
该工艺系统向球磨机系统供给量受辊压机处理能力限制,而辊压机能力受多种因素影响,如果辊压机能力偏低,就会造成供应不足,被迫拉风以保证磨机的供应,较粗的颗粒被抽出,会造成风路系统的风管、旋风筒和循环风机磨损严重。
该系统中,应该是辊压机处理量的30%提供给磨机,所以辊压机配置要大。
采用V形分级机的挤压粉磨工艺,工艺流程相对复杂,对操作人员的技术素质要求较高。
3、φ4.2×13m带辊压机联合粉磨系统主机配置
编号
设备名称
规格、型号、工艺参数
设备供货厂家
1
辊压机
HFCG160-140/RP170—120
处理量610~750t/h
配套电机2×1120kW/2×1000kW
喂料粒度≤80mm
合肥院/中信重机
2
V型选粉机,
型号HFV-4000/VRP1000
处理量;750t/h(最大1200t/h)
风选料量:
160t/h~200t/h
空气量:
240000m3/h
合肥院/中信重机
3
旋风分离器
规格:
2–φ4100/2–φ3700
处理风量:
240000~260000m3/h
收尘效率:
>90%
合肥院/中信重机
4
V选循环风机
型号SL4-73№21F
流量:
270000m3/h
全压:
4200Pa
工作转速:
980r/min
配套电机功率:
500kW
重庆通用工业(集团)有限责任公司
5
磨机
规格:
¢4.2×13.0m;
研磨体装载量:
240t;
生产能力:
180t/h(配辊压机,PO42.5)
额定功率:
3550kW
中信重机
6
O-sepaN4000选粉机
产量:
110~190t/h
比表面积:
3400~3600cm2/g
最大循环量:
600t/h
选粉空气量:
240000m3/h
配套电机功率:
200kW
中天仕名(淄博)机械有限公司
7
选粉机主排风机
型号:
2150DIBB50
风量:
270000m3/h
全压:
5500~5700Pa
工作转速:
980r/min
配套电机功率:
630kW
河北四平风机厂
8
主收尘器
型号:
PPCA128-2×13
处理风量:
240000m3/h
河南中材平顶山收尘器厂
9
磨尾通风收尘器
型号:
PPW96—8
处理风量:
530000m3/h
河南中材平顶山收尘器厂
10
磨尾通风风机
型号:
Y5-48No.12D
风量:
55000m3/h
全压:
3400Pa
工作转速:
1450r/min
配套电机功率:
90kW
河北四平风机厂
11
辊压机出料提升机
型号:
NSE1000×42300
处理量:
最大1100t/h
功率:
2×110kW
长城重机
12
磨机循环提升机
型号:
NSE700×33650
处理量:
750t/h
功率:
132kW
长城重机
4、集团内部分企业生产运行参数及分析
通过近期集团内部分企业生产运行结果来看,该系统的产能得到了充分发挥,PO42.5水泥正常产能为180~185t/h(设计能力为180t/h),最高达到200t/h;本套系统总装机功率约7700kW,生产PO42.5水泥时工序电耗为31~34kWh/t,成品比表面积为370m2/Kg左右,出磨水泥温度约90℃;相比现有ф4.2×14.5m闭路磨PO42.5产量约为120~130t/h,电耗约38~39kWh/t(PO42.5),新系统的产能提高和节电效果明显。
系统实际运行参数达到或超过设计指标。
生产单位
可比台产(t/h)
综合台产(t/h)
比表合格率(%)
熟料掺比(%)
循环负荷率(%)
熟料易磨性(m2/Kg)
工序电耗(kwh/t)
六安1#磨
202.59
228.93
95
60.39
157
355
31.21
根据六安海螺2010年4月份最新统计结果,三台磨综合台产221.86t/h,工序电耗为30.61kwh/t,综合电耗为33.19kwh/t,磨机运转稳定,辊压机联合粉磨系统产能提高和节电效果得到了充分发挥!
5、几个关键概念和参数分析
5.1物料性质对系统的影响
5.1.1物料粒度的影响:
辊压机对物料粒度的要求较为严格,一般95%以上的颗粒应小于辊径的3%,个别大块物料也不宜大于辊径的5%,近期集团内投产的辊压机入料粒度要求:
≤40mm占90%,40mm<70mm占10%。
有资料显示,当物料粒度和辊径之比在3.5%以内时,辊压机运转平稳;如果喂料粒度增大一倍,由于料床的不均匀性以及不利于将物料啮入两辊之间,将会导致辊压机的振动值上升5倍左右。
同时喂入辊压机的物料也较为均匀,辊面沿长度方向上的粒度分布不能相差太大,否则易造成辊压机的偏辊现象,影响系统稳定操作造成辊压机频繁调停。
5.1.2易磨性的影响:
辊压机对脆性、空隙较多的物料挤压效果好,但是为了降低生产成本以及利用工业废弃物,混合材的加入量越来越大,有的比例达到30%。
加入的混合材主要有煤矸石、钢渣、水渣等,这些混合材都非常硬,易磨性差,加快了辊压机辊面的磨损速度,对台时产量都有影响。
通过前期强蛟海螺调研,熟料易磨性结果分析,比较强蛟海螺所用的荻港海螺熟料的易磨性,将其他的几个比较有代表性的工厂的易磨性放在一起比较,结果见下表:
从熟料的易磨性比较及分析来看,强蛟海螺现所用
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