水泥磨內(nèi)溫度升高的原因分析及應(yīng)對(duì)措施

　　沙特SPCC（“南方省水泥公司”的縮寫）5000t/d熟料生產(chǎn)線，是中材國(guó)際在沙特承包建設(shè)的第一條水泥生產(chǎn)線，它開創(chuàng)了中國(guó)水泥在中東市場(chǎng)的先河。

　　2007年11月27日，該廠水泥磨進(jìn)行首次性能測(cè)試，出磨水泥溫度達(dá)到115℃，遠(yuǎn)高出合同規(guī)定的105℃的要求，性能測(cè)試失敗。由于工廠地處熱帶沙漠地區(qū)，高溫炎熱，年平均氣溫32℃，最高氣溫達(dá)47℃，高溫環(huán)境下如何降低水泥的出磨溫度，成為當(dāng)時(shí)最棘手的問題。本文不僅對(duì)磨機(jī)內(nèi)部溫度升高的原因作了分析，還對(duì)調(diào)試過程中所采取的措施作了較詳細(xì)地闡述。

　　一、沙特SPCC水泥磨基本情況介紹

　　為了更好地分析磨機(jī)內(nèi)部溫度升高的原因，先介紹一下該廠水泥粉磨的基本情況。

　?。?）水泥粉磨采用2套Ф5x15m的圈流球磨＋組合式高效選粉機(jī)系統(tǒng)，水泥生產(chǎn)能力150t/h，入料粒度≤25mm，出磨水泥細(xì)度350m²/kg，主傳電機(jī)功率6300kw，磨機(jī)轉(zhuǎn)速14.5r/min。

　　（2）磨機(jī)研磨體采用高鉻鑄鐵鋼球，多級(jí)配球方案。

　?。?）磨內(nèi)通風(fēng)由單獨(dú)的通風(fēng)除塵系統(tǒng)提供，風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量能力74750m³/h，風(fēng)壓4500Pa。

　?。?）磨內(nèi)設(shè)有噴水裝置，提供一用一備兩臺(tái)高壓水泵，確保磨內(nèi)噴水穩(wěn)定可靠。

　　（5）入磨物料經(jīng)配料倉配料，由皮帶輸送機(jī)送到磨頭，經(jīng)下料溜槽喂入磨機(jī)，進(jìn)行粉磨。

　　二、磨內(nèi)溫度升高對(duì)磨機(jī)粉磨效率和水泥質(zhì)量的不良影響

　　磨內(nèi)溫度升高對(duì)磨機(jī)粉磨效率和水泥質(zhì)量的不良影響表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　（1）磨機(jī)地粉磨效率下降，這是由于物料的易磨性隨溫度的升高而下降引起的。同時(shí)，由于溫度的升高，微細(xì)粉塵容易因靜電吸引而聚集，造成粘球現(xiàn)象，也降低了磨機(jī)的粉磨效率。有試驗(yàn)表明，入磨物料溫度超過50℃，磨機(jī)產(chǎn)量將受到影響，超過80℃，水泥磨產(chǎn)量降低達(dá)10-15%。

　　（2）磨內(nèi)溫度升高，還會(huì)引起石膏（CaSO₄·2H₂0）脫水成半水石膏（CaSO₄·1/2H₂0）甚至產(chǎn)生部分無水石膏（CaSO₄），引起水泥假凝。普遍認(rèn)為，石膏脫水成半水石膏的溫度為100℃-110℃。

　?。?）磨內(nèi)溫度升高，還會(huì)對(duì)磨機(jī)的機(jī)械部件造成不良影響，如使滑履軸承溫度升高，潤(rùn)滑作用下降，甚至將滑履軸承燒壞，還會(huì)加快袋式除塵器布袋的老化等。

　　三、磨內(nèi)溫度升高的原因分析

　　1、研磨體級(jí)配不合理，導(dǎo)致磨內(nèi)溫度升高

　　照搬國(guó)內(nèi)水泥磨的配球經(jīng)驗(yàn)，是造成出磨水泥溫度過高的原因之一。合理的研磨體級(jí)配，有利于提高粉磨效率，磨機(jī)一倉主要對(duì)物料進(jìn)行沖擊破碎，和破碎機(jī)相比較，球磨機(jī)的電能利用率只有1-3%，最高不超過15%，而破碎機(jī)可達(dá)到30%左右。這樣研磨體在撞擊物料的過程中，大部分的能量是以熱能的形式轉(zhuǎn)化掉了，這部分熱能就成為磨機(jī)溫度升高的主要因素，而且一倉磨研磨體作用效果的好壞直接影響到后面各倉研磨效率的發(fā)揮。能否達(dá)到預(yù)期的效果取決于研磨體的級(jí)配參數(shù)合理與否。主要包括:配合級(jí)數(shù)、球徑(最大、最小、平均球徑)的大小,以及不同規(guī)格的球所占的比例等。

　　特別是對(duì)于Ф100mm以上大球和Ф30mm以下的小球的使用，掌握不準(zhǔn)，造成一倉的粉碎效率和二倉的粉磨效率很低，這必然會(huì)造成磨機(jī)內(nèi)部溫度的升高。國(guó)內(nèi)某些水泥廠，使用Ф100mm以上大球配球的方案，是基于熟料易磨性好，混合材摻加量高的特點(diǎn)制定的，對(duì)沙特SPCC水泥廠卻不適用，所以必須對(duì)研磨體的級(jí)配做出調(diào)整。

　　2、磨內(nèi)通風(fēng)效果不良，導(dǎo)致磨機(jī)內(nèi)部溫度升高

　　首次性能測(cè)試失敗的另一個(gè)原因是，片面追求水泥的細(xì)度，減少了磨內(nèi)通風(fēng)，那么，磨內(nèi)通風(fēng)對(duì)磨內(nèi)溫度由哪些影響呢？

　　磨內(nèi)通風(fēng)，可以把磨機(jī)內(nèi)的微細(xì)粉料及時(shí)帶走，減少因微細(xì)粉料的緩沖作用而造成的粉磨效率降低，同時(shí)可以有效的防止了過粉磨、粘球現(xiàn)象的發(fā)生，提高了粉磨效率，從而降低了磨機(jī)溫度。

　　片面追求水泥的細(xì)度，采用小風(fēng)量的控制手段，造成過粉磨現(xiàn)象，測(cè)試過程中細(xì)度一度達(dá)到380m²/kg，這也是造成出磨水泥溫度升高的因素之一，出磨水泥出現(xiàn)了假凝，水泥結(jié)塊等現(xiàn)象。

　　另外，磨尾密封卸料裝置的密封效果對(duì)磨內(nèi)通風(fēng)有很大的影響，首次性能測(cè)試，由于磨機(jī)卸料口密封裝置密封效果不好，一部分外部氣體會(huì)進(jìn)入除塵系統(tǒng)，嚴(yán)重影響了磨內(nèi)通風(fēng)，必須對(duì)磨機(jī)卸料口密封裝置進(jìn)行改造，確保能起到良好的密封效果。

　　3、磨內(nèi)噴水不穩(wěn)定，霧化效果不良，造成磨機(jī)內(nèi)部溫度升高

　　磨機(jī)在對(duì)熟料、石膏、混合材粉磨成水泥的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，致使磨機(jī)溫度升高，大型磨機(jī)一般通過向磨機(jī)筒體淋水或向磨內(nèi)噴水的方法，借助水的蒸發(fā)，將大部分的熱量帶走。向磨機(jī)筒體淋水，可降低磨機(jī)出料溫度30℃左右，但這種方法易造成磨機(jī)筒體的腐蝕，對(duì)昂貴的磨機(jī)來講，真是得不償失，特別是對(duì)于熱帶沙漠這樣的高溫、缺水地區(qū)，更不劃算。向磨機(jī)內(nèi)部噴水不失為一種有效的方法，將一定量的水，用壓縮空氣，通過噴嘴噴入磨內(nèi)，水通過噴嘴很快霧化，由于磨機(jī)內(nèi)部溫度高達(dá)110℃左右，水霧很快氣化，并帶走大量的熱量，達(dá)到降低磨機(jī)內(nèi)部溫度的作用。

　　該廠水泥磨首次性能測(cè)試時(shí)，水泥磨DCS控制系統(tǒng)沒有完善，磨機(jī)噴水量只能通過現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，中控室沒有流量顯示，也沒有控制按鈕，致使噴水量很難掌握。同時(shí)，由于一倉噴嘴安裝時(shí)間過長(zhǎng)，表面損壞，霧化效果不好，磨內(nèi)粉磨狀態(tài)嚴(yán)重惡化，因此必須對(duì)噴水系統(tǒng)進(jìn)行改造。

　　良好的霧化效果，是磨內(nèi)噴水的關(guān)鍵，水量過多和霧化效果不好，會(huì)增加磨內(nèi)物料的含水量，導(dǎo)致物料粘球、堵塞篦板，致使粉磨狀態(tài)惡化，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生鑄磨的現(xiàn)象，因此磨內(nèi)噴水一定要控制好。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，噴水量一般控制在磨機(jī)水泥產(chǎn)量的1%以下，可有效降低水泥溫度10-20℃。

　　4、入磨熟料溫度過高，導(dǎo)致磨機(jī)內(nèi)部溫度升高

　　SPCC水泥廠，地處高溫高熱的熱帶沙漠地區(qū)，熟料出篦冷機(jī)的溫度已達(dá)115℃，然后直接入熟料庫儲(chǔ)存，在高溫下，熟料溫度很難自然冷卻，造成熟料入磨溫度偏高。首次性能測(cè)試過程中，熟料入磨溫度有時(shí)達(dá)到90℃。這樣高的物料溫度，使得磨機(jī)粉磨效率降低，磨內(nèi)溫度升高。不解決這個(gè)問題，水泥磨的測(cè)試是很難通過的，出磨水泥溫度很難達(dá)到低于105℃的合同要求。

　　入磨物料溫度，一般要求常溫下入磨粉磨，但在實(shí)際中，由于生產(chǎn)方面的原因，片面追求水泥產(chǎn)量，熟料來不及充分冷卻，就直接入磨機(jī)粉磨，這種情況在水泥銷售緊俏時(shí)，更易發(fā)生。入磨物料溫度高，物料帶入磨內(nèi)大量的熱，加之磨機(jī)研磨時(shí)，大部分的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能，必然造成磨內(nèi)溫度升高。

　　如何降低磨內(nèi)溫度呢？根據(jù)上面的分析，我們從優(yōu)化研磨體級(jí)配，加大磨內(nèi)通風(fēng)，改善磨內(nèi)噴水效果，改變熟料儲(chǔ)存方式幾個(gè)方面入手，采取了如下的措施。[Page]

　　四、降低磨內(nèi)溫度的措施

　　1、“減大加小”，優(yōu)化研磨體級(jí)配

　　球磨機(jī)研磨體級(jí)配，包括確定球徑大小和裝載量多少兩個(gè)方面。理論上，研磨體最大球徑B_max 按照下式計(jì)算：

　　B_max為最大球徑（mm），d為磨機(jī)喂料的最大粒度（mm）。

　　經(jīng)測(cè)定該廠熟料最大粒徑為35mm，代入公式：

　　根據(jù)水泥磨下靠取整的原則，確定研磨體最大球徑為90mm。

　　研磨體裝載量WB按照下式計(jì)算：

     　　..（1）

　　W_B── 磨內(nèi)研磨體裝載量，t

　　φ ── 磨內(nèi)研磨體填充率，

　　Di── 磨機(jī)有效內(nèi)徑，m

　　γ ──研磨體容重，t/m³

　　L ── 磨機(jī)有效長(zhǎng)度，m

　　該磨機(jī)基本技術(shù)參數(shù)如下：

　　一倉：內(nèi)徑D1：Φ4830 mm  長(zhǎng)度L1： 5205 mm

　　二倉： 內(nèi)徑D2：Φ4810 mm  長(zhǎng)度L2： 9545 mm

　　研磨體容重γ=4.50

　　設(shè)計(jì)研磨體裝載量：480噸

　　估算平均填充率：

　　根據(jù)研磨體裝載的一般原則，前倉填充率小于后艙，取第一倉φ1 =0.38

　　第二倉φ2 =0.4

　　確定各倉研磨體級(jí)數(shù)及裝載比例：

　　第一倉4級(jí)，根據(jù)“兩頭小，中間大”的原則確定：

　　Φ90-15%，Φ80-35%，Φ70-35%，Φ60-15%

　　第二倉5級(jí)，根據(jù)水泥的粒度分布確定：

　　Φ60-7%，Φ50-10%，Φ70-10%，Φ30-13%，Φ25-25%，Φ20-35%

　　由公式(1)確定各倉裝載量：

　　第一倉裝載量：

　　第二倉裝載量：

　　由各倉研磨體確定的比例計(jì)算各倉研磨體的重量：

　　第一倉級(jí)配4級(jí)：

　　Φ90-23.385噸，Φ80-54.25噸，Φ70-54.25噸，Φ60-23.385噸

　　第二倉級(jí)配6級(jí)：

　　Φ60-20.349噸，Φ50-29.07噸，Φ70-37.791噸，Φ30-37.791噸，Φ25-72.675噸，Φ20-101.745噸

　　各倉研磨體的級(jí)配及裝載量的理論值計(jì)算出來后，實(shí)際裝載時(shí)，還要根據(jù)情況作出調(diào)整，該廠實(shí)際裝載情況見表1-表4所示。具體的裝載原則是：

　?。?）根據(jù)入磨物料的粒度、硬度、易磨性及產(chǎn)品細(xì)度要求調(diào)整級(jí)配。

　?。?）研磨體的裝載要分批次循序漸進(jìn)，并保留一定的余量共調(diào)整使用。

　　針對(duì)出磨水泥溫度偏高的問題，我們采取對(duì)研磨體“減大加小”的措施，對(duì)國(guó)內(nèi)的配球經(jīng)驗(yàn)作了較大調(diào)整。所謂“減大加小”，就是在一倉減少直徑90mm以上大球加入量，在二倉增加直徑30mm以下小球的加入量。

　　研磨體級(jí)配受入磨物料的粒度，熟料的易磨性的影響，并對(duì)水泥的顆粒級(jí)配產(chǎn)生影響，優(yōu)化研磨體級(jí)配要綜合考慮這兩個(gè)方面。SPCC水泥廠生產(chǎn)的熟料，由于采用高鐵配方，熟料中的鐵相固溶體含量高，熟料易磨性差，對(duì)二倉研磨體級(jí)配要求高，另外，水泥配料加入混合材，熟料90%+石膏4%+石灰石混合材6%?；谝陨咸攸c(diǎn)的分析，磨機(jī)研磨體級(jí)配方案中，磨機(jī)一倉去除了直徑100mm以上的大球，磨機(jī)二倉增加直徑20mm的小球。

　　采用分批分次加球的方法，通過檢測(cè)水泥的顆粒級(jí)配，不斷調(diào)整研磨體級(jí)配，使生產(chǎn)的水泥具有最佳的顆粒級(jí)配。具體加球方案見下表。[Page]

　　表1：第一次加球24%方案

　　表2：第二次加球21%方案

　　表3：第三次加球30%方案

　　表4：第四次加球20%方案

　　從上面表格可以看出，加球方案遵循循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)調(diào)試過程中的參數(shù)，不斷調(diào)整加球方案。前三次加球方案基本一致，去除直徑100mm以上的大球，一倉加球量滿足正態(tài)分布，使物料進(jìn)入二倉（研磨倉）后，獲得較好的粒度分布，二倉增加直徑20mm的小球量，使水泥的細(xì)粉顆粒（小于10µm）增加，提高水泥的水化性能。

　　第四次加球做了明顯的調(diào)整，此次調(diào)整充分考慮了水泥細(xì)度和顆粒級(jí)配的要求。增加二倉的加球量，二倉的加球量是一倉加球量的3.3倍，遠(yuǎn)高于前三次的1.84倍；降低了一倉的平均球徑，由原來的74.6mm降為72.0mm，增加了二倉的平均球徑，由原來的30.1mm增加為30.8mm。

　　2008年1月12日進(jìn)行的第二次性能測(cè)試結(jié)果證明，經(jīng)過這樣的調(diào)整，磨機(jī)的粉磨效率得到提高，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到170t/h,比設(shè)計(jì)能力提高13.3%；水泥細(xì)度380 m²/kg，比設(shè)計(jì)要求提高8.5%；水泥的粒度分析發(fā)現(xiàn)，﹤10µm的顆粒占到10%，3-30µm的顆粒占到55%，這些顆粒對(duì)水泥的水化起到關(guān)鍵的作用。

　　測(cè)試結(jié)果還說明，這樣的顆粒級(jí)配是合理的，能夠提高磨機(jī)的粉磨效率，達(dá)到降低磨內(nèi)溫度的目的。

　　2、加強(qiáng)磨內(nèi)通風(fēng)，降低磨內(nèi)溫度

　　第二次性能測(cè)試，對(duì)出磨氣體的壓力作了調(diào)整，出磨氣體壓力由-1164Pa降為-1213Pa，增大磨內(nèi)負(fù)壓，加強(qiáng)了磨內(nèi)通風(fēng)，出磨水泥溫度由110℃降為107℃。

　　磨內(nèi)通風(fēng)由一臺(tái)法國(guó)Flakt公司生產(chǎn)的除塵風(fēng)機(jī)，和一臺(tái)脈沖袋式收塵器完成，除塵風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)處理風(fēng)量74750m³/h，風(fēng)壓4500Pa，脈沖袋式收塵器設(shè)計(jì)處理能力65000 m³/h， 入口氣體含塵濃度£200g/m³ ，出口氣體含塵濃度<30mg/Nm³ 。

　　完善磨尾密封卸料裝置，確保密封效果良好，盡量減少外部空氣通過密封裝置進(jìn)入磨內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)。

　　3、改善磨內(nèi)噴水的霧化效果，降低磨內(nèi)溫度

　　第二次性能測(cè)試，對(duì)磨內(nèi)噴水系統(tǒng)作了以下調(diào)整：

　?。?）安裝了德國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)噴嘴，改善了噴水的霧化效果。

　　（2）在磨機(jī)一倉安裝噴水裝置。國(guó)內(nèi)水泥的粉磨，一倉噴水的并不多，主要是害怕隔倉板出料小孔被堵，但只要對(duì)噴水量做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，配合磨內(nèi)良好的通風(fēng)，該問題可以解決。

　?。?）對(duì)流量的實(shí)時(shí)控制作了更好的完善。在管道上安裝流量檢測(cè)裝置，

　　安裝控制閥，并在中控室畫面上設(shè)置控制按鈕，顯示實(shí)時(shí)的流量，對(duì)流量做到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

　　經(jīng)過上述改進(jìn)，確保了磨內(nèi)噴水的安全，對(duì)改善粉磨環(huán)境，提高粉磨效率，降低出磨水泥的溫度，起到較好的作用。

　　1#水泥磨在調(diào)試過程中，設(shè)兩臺(tái)磨內(nèi)噴水泵，一臺(tái)處于工作狀態(tài)，另一臺(tái)備用，高壓空氣由設(shè)在粉磨車間旁的高壓儲(chǔ)氣罐提供，冷卻水通過管道，經(jīng)噴嘴，在高壓空氣作用下，向磨機(jī)一倉和二倉噴水。

　　4、延長(zhǎng)熟料儲(chǔ)存時(shí)間，改變熟料儲(chǔ)存方式，降低熟料溫度

　　首次性能測(cè)試，熟料溫度偏高，入磨熟料溫度達(dá)到80-90℃，分析原因后發(fā)現(xiàn)，熟料出篦式冷卻機(jī)的溫度為115℃，這些熟料經(jīng)傾斜式鏈斗提升機(jī)，直接入水泥庫儲(chǔ)存（設(shè)計(jì)儲(chǔ)存能力15000噸），在高溫環(huán)境下，熟料很難在短時(shí)間冷卻，針對(duì)這個(gè)問題，第二次性能測(cè)試采取如下措施：

　?。?）延長(zhǎng)熟料的儲(chǔ)存時(shí)間，該廠共有三個(gè)熟料儲(chǔ)存庫，每個(gè)庫設(shè)計(jì)儲(chǔ)存能力為15000噸，熟料的生產(chǎn)能力為5000噸/日，儲(chǔ)存周期達(dá)到9天，熟料卸料時(shí)，采用先來先走的方式，總是從最早儲(chǔ)存的庫開始，以確保熟料在庫中存儲(chǔ)時(shí)間是最長(zhǎng)的，這樣可以有效的降低熟料的入磨溫度。

　?。?）改變熟料的存儲(chǔ)方式，該廠另設(shè)有20000噸儲(chǔ)量的熟料方形堆場(chǎng)，方形堆場(chǎng)是開放式結(jié)構(gòu)，四周開放，只設(shè)有鋼架結(jié)構(gòu)的頂棚，便于熟料的散熱，熟料盡量先從堆場(chǎng)取料，必要時(shí)，也可以用堆場(chǎng)熟料和儲(chǔ)庫熟料搭配使用。

　　經(jīng)過這樣的方法，熟料入磨溫度基本控制在環(huán)境溫度+20℃以下。即使在水泥生產(chǎn)最緊俏的時(shí)候，熟料入磨溫度也沒有超過90℃。

　　五、結(jié)論

　　通過對(duì)上述措施的實(shí)施，水泥磨磨內(nèi)溫度有了大幅的下降，出磨水泥溫度由改進(jìn)前的115℃下降到104℃，降低9.6%；同時(shí)，水泥磨產(chǎn)量明顯提高，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到172t/h，比設(shè)計(jì)能力的150t/h提高14.7%；水泥比表面積375 m²/kg， 滿足水泥磨性能測(cè)試合同的要求。 2008年1月12號(hào)，1#水泥磨性能測(cè)試在經(jīng)過72小時(shí)不間斷連續(xù)運(yùn)行后終于圓滿完成。

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