優(yōu)化工藝參數(shù) 實現(xiàn)輥磨系統(tǒng)的增產(chǎn)降耗

  摘要：隨著設(shè)備磨損的加劇，生料粉磨系統(tǒng)工況變差，設(shè)備故障率增高，為此，創(chuàng)造性地開展了基于工藝參數(shù)優(yōu)化的輥磨增產(chǎn)降耗實踐活動，并取得了顯著成效，輥磨產(chǎn)量得以穩(wěn)定提高。選擇合適的系統(tǒng)參數(shù)對磨機長期穩(wěn)定運行至關(guān)重要，對磨機系統(tǒng)的節(jié)能增產(chǎn)降耗具有關(guān)鍵的指導(dǎo)意義。

  1 前言

  Atox輥磨集風(fēng)掃、烘干、粉磨、選粉于一體，該粉磨系統(tǒng)被國內(nèi)水泥行業(yè)廣泛采用，其中Atox50磨可作為5000t/d或10000t/d熟料生產(chǎn)線配套生料制備使用。我廠擁有一條5000t/d熟料生產(chǎn)線，生料制備系統(tǒng)配有一臺套Atox50磨設(shè)備。工廠生料粉磨具體流程見圖1，有關(guān)主要設(shè)備選型見表1。

  從圖1可見，工廠采用的是典型的三風(fēng)機生料輥磨系統(tǒng)。自投運以來，工廠對該生料制備系統(tǒng)進行了一系列的摸索與調(diào)整。前些年設(shè)備成新率較高，工廠采用13~14MPa的大額加載壓力贏得高產(chǎn)，喂料量超過530t/h，工序單位電耗20.5kWh/t。后來隨著設(shè)備磨損的加劇，生料粉磨系統(tǒng)工況變差，設(shè)備故障率增高，磨機產(chǎn)量下降至450t/h，電耗高達22.3kWh/t。為此，工廠近些年創(chuàng)造性地開展了基于工藝參數(shù)優(yōu)化的輥磨增產(chǎn)降耗實踐活動，并取得了顯著成效，輥磨產(chǎn)量得以穩(wěn)定提高，單位工序電耗降至15.7kWh/t（不含尾排風(fēng)機，含窯尾大布袋收塵器）。

  2 壓力參數(shù)

  Atox輥磨是一種風(fēng)掃式磨機，系統(tǒng)各節(jié)點幾乎均處于負壓狀態(tài)下，因此各個節(jié)點的壓力參數(shù)具有反饋生產(chǎn)線運行效率的意義。壓力參數(shù)包括磨機入口負壓、出口負壓、差壓（也稱壓差）、循環(huán)風(fēng)機進口負壓或旋風(fēng)收塵器出口負壓等，這些壓力參數(shù)不僅反映了各系統(tǒng)環(huán)節(jié)的阻力情況，更直接反映了風(fēng)量、風(fēng)速等指標，它們之間的合理匹配是整個輥磨系統(tǒng)高效運行的前提條件。

  2.1 差壓

  輥磨差壓，是輥磨操作中的一個關(guān)鍵變量，是輥磨系統(tǒng)自動控制運行的首要參數(shù)。差壓不僅僅指的是磨機風(fēng)環(huán)處的壓力損失。從差壓的兩個測量點位置可以看出，一端測點位于風(fēng)環(huán)入口處，另一端測點位于磨機選粉機的下部。因此，差壓的一半左右是由風(fēng)環(huán)處的壓力損失構(gòu)成，約2000~3000Pa；另一大半則由風(fēng)環(huán)出口至選粉機下端的含塵氣體流動阻力形成，受控于磨腔內(nèi)的氣體流速、含塵濃度。事實上差壓類似于風(fēng)掃磨系統(tǒng)出磨至粗粉分離器錐體這一段循環(huán)參數(shù)概念，表達了磨內(nèi)負荷，或者說是循環(huán)負荷大小的標志性參數(shù)。差壓大，說明磨機內(nèi)物料循環(huán)負荷大；差壓小，說明磨機內(nèi)物料循環(huán)負荷小。

  操作中保持適度的差壓是保證磨機粉磨效率和粉磨產(chǎn)量的重要前提。風(fēng)環(huán)處的壓損一般比較穩(wěn)定，那么在相同工況下，如何降低磨腔內(nèi)含塵氣體的流動阻力是工廠的關(guān)注重點。從物料在輥磨系統(tǒng)中的循環(huán)分析可以知道，物料外循環(huán)通過外部斗提機喂入。物料內(nèi)部循環(huán)中當(dāng)物料被高速氣體風(fēng)掃帶起，進行選粉、粗粉回磨的過程中，有相當(dāng)一部分物料在磨腔內(nèi)進行著無效循環(huán)，也有相當(dāng)一部分粗粉在磨腔與選粉機之間進行著無效循環(huán)，既沒有參與粉磨，也沒有被選粉機有效分選出參加下一道工序進行合格生料的分離，但它們卻構(gòu)成了相當(dāng)一部分的差壓，影響了磨機有效粉磨與選粉，造成了工序能源的無謂消耗。

  因此工廠設(shè)法對Atox磨機的原始設(shè)計中回料直接拋落于中心架上方的方式進行了優(yōu)化（見圖2、圖3）。從圖中可見，加料錐底部進行了密封，新增了改流錐與兩根下料管，下料點處于磨盤50cm上方，位于噴水管的正前方（見圖3）。這樣，在相同的喂料量下大大減少了差壓數(shù)值，為后續(xù)增加產(chǎn)量、降低消耗創(chuàng)造了有利條件，具體數(shù)據(jù)見表2。

  從表2改造前與改造后的生料輥磨運行經(jīng)濟技術(shù)指標看，在喂料量等參數(shù)不變的情況下，輥磨差壓下降300Pa，噴水量下降4.8t/h。在保持相同差壓情況下，單位產(chǎn)量增加了45t/h（濕基，含水率約為3%），噴水量下降了4.8t/h，收效明顯。

  2.2 循環(huán)風(fēng)機進口負壓

  輥磨系統(tǒng)所有的抽力均來源于循環(huán)風(fēng)機，它的進口負壓反映了輥磨系統(tǒng)整體工藝管線運行效率與阻力大小。

  正常情況下，窯尾廢氣經(jīng)SP余熱鍋爐后入生料輥磨系統(tǒng)，參與生料粉磨工藝后入大布袋收塵器，在生料磨解列或故障狀態(tài)下則直接旁通入大布袋收塵器。從表1可見，輥磨主電機3800kW，為大多數(shù)Atox50輥磨的標準功率配置。循環(huán)風(fēng)機3800kW功率配置則較高，同等類型系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機有的用3500kW，有的則為

  3200kW，有的更低，為2800kW，當(dāng)然也用更高的如4200kW。窯尾排風(fēng)機則因前置大布袋收塵器配套了1600kW電機功率，留有相當(dāng)大的余地。

  工廠以往的操作習(xí)慣是將輥磨入口負壓保持在-9400Pa左右，高出其他類似系統(tǒng)的數(shù)值，循環(huán)風(fēng)機功率顯示為3400kW。經(jīng)全面診斷發(fā)現(xiàn)，工廠輥磨系統(tǒng)漏風(fēng)嚴重，僅磨機出口與連接管道法蘭周向裂口就達5cm，并且多處存在工藝管理漏風(fēng)孔，旋風(fēng)筒殼體磨損嚴重且漏洞也較多。為此，工廠采取的第一步措施是，整治系統(tǒng)各漏風(fēng)點。對工藝管道內(nèi)部全部貼裝龜甲網(wǎng)耐磨涂料，旋風(fēng)筒貼裝耐磨陶瓷。磨機出口與連接管道法蘭予以重裝徹底堵漏，其他漏風(fēng)點焊接封堵，以大幅降低系統(tǒng)漏風(fēng)。經(jīng)過數(shù)月的漏風(fēng)整治，循環(huán)風(fēng)機入口負壓為-9000~-9100Pa時，輥磨出口負壓仍可保持在-7000Pa以上，工況也維持了相對穩(wěn)定，而循環(huán)風(fēng)機入口閥門開度從97%降至90%，功率隨之從3400kW下降至3200kW。

  2.3 磨機進出口負壓

  磨機進出口負壓反映了磨機本體的工藝狀況。進口負壓反映了窯尾廢氣起始狀態(tài)，顯示了起始風(fēng)量與風(fēng)速大?。怀瞿ヘ搲悍从沉溯伳コ隹跉怏w攜帶粉塵的能力大小與風(fēng)速、風(fēng)量情況；二者綜合考慮則反映了進口風(fēng)速風(fēng)量要求、磨腔內(nèi)粉磨對風(fēng)速風(fēng)量的要求和選粉系統(tǒng)對風(fēng)速風(fēng)量的要求以及磨機本體的漏風(fēng)情況。工廠以往的進口負壓為-150Pa，出口負壓為-7000Pa，從二者比較來看，磨體進口負壓明顯偏小，表明磨體失壓過大，存在嚴重的工藝設(shè)備缺陷。

  原來工廠由于位處江南，配料所用砂頁巖黏性極重，剛性葉輪給料機無法正常投運，被迫取消，導(dǎo)致入磨物料管道鎖風(fēng)缺失，漏風(fēng)相當(dāng)嚴重。之后，在入磨溜子上部用鐵板封堵了近一半通道面積，大大降低了漏風(fēng)。經(jīng)對上部選粉機檢查發(fā)現(xiàn)，選粉機動葉片上部與靜葉片之間存在極大的縫隙，部分靜葉片缺失，選粉機系統(tǒng)存在嚴重的竄風(fēng)現(xiàn)象。對于上述問題，工廠利用停窯期間分批次進行了維修。上述措施使輥磨進口負壓提升至-800Pa。

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  圖4 輥磨系統(tǒng)漏風(fēng)

  在徹底整治系統(tǒng)漏風(fēng)的基礎(chǔ)上，工廠決定啟用循環(huán)風(fēng)機變頻裝置。該裝置于2010年初啟用，但因上述原因，一直未能成功并網(wǎng)投運。解決了漏風(fēng)，也就解決了系統(tǒng)無謂風(fēng)量的消耗，加上對循環(huán)風(fēng)機入口負壓下降操作的適應(yīng)，工廠于2012年下半年一次性并網(wǎng)循環(huán)風(fēng)機的變頻系統(tǒng)，循環(huán)風(fēng)機電機頻率保持在47Hz，功率下降至3000kW左右，風(fēng)機入口閥門全開，負壓約為－8800Pa，其他負壓參數(shù)為：磨機出口負壓－6800Pa，進口負壓－700Pa，磨機差壓為5000~5100Pa。

  3 研磨壓力

  研磨壓力是一個比較淺顯易懂的參數(shù)，很多管理人員在遇到磨機產(chǎn)量不夠理想的情況下，首先想到的參數(shù)就是加大磨機的研磨壓力。其實，過分追求超產(chǎn)往往會導(dǎo)致磨機系統(tǒng)在過高的研磨壓力下運行，給整個設(shè)備系統(tǒng)長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)帶來負面影響，本工廠也不例外。在前些年的生產(chǎn)中，磨機加載壓力保持了13~14MPa的高壓，系統(tǒng)產(chǎn)量高達530~550t/h，但磨機拉桿折斷、拉桿頭掉出、磨輥軸承過早損壞等重大故障性事故頻發(fā)，甚至引起窯系統(tǒng)止火待料。這些讓工廠管理人員逐漸意識到研磨壓力過大的危害性，從而確立了加載壓力11.5±0.5MPa的基準水平，兼顧了產(chǎn)量和系統(tǒng)設(shè)備長期穩(wěn)定運行。

  對于壓力加載系統(tǒng)，日常維護中比較容易忽視的一個問題是三個液壓缸的三套蓄能器12只氮氣囊預(yù)加壓力。一方面是預(yù)加壓力的大小，一般為磨輥工作壓力的50%~55%左右為宜。如果預(yù)加壓力太大，會導(dǎo)致蓄能器過硬，減振效果偏差；如果預(yù)加壓力選擇偏小，也將導(dǎo)致蓄能器緩沖效果不好。另一方面，預(yù)加壓力的維持。個別蓄能器會因各閥門密閉性不好出現(xiàn)工作一段時間后預(yù)加壓力減小的現(xiàn)象，甚至極個別會因各種原因引起氮氣囊破裂而失效。

  2011年，工廠曾遇到過其中一個氮氣囊破裂的故障，癥狀為磨輥加壓泵頻繁起停，達幾十秒一次，用紅外測溫儀檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個蓄能器上下溫度一致，據(jù)此判定氮氣囊失效。因此工廠養(yǎng)成定期檢查蓄能器預(yù)加壓力大小的操作習(xí)慣十分重要，一般頻次為每半個月檢查一次。另外，各蓄能器預(yù)加壓力必須一致，絕不可此高彼低，否則會造成系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行。

  4 氣體溫度

  主要指各工藝過程中廢氣的溫度。由于輥磨是一種風(fēng)掃磨，兼有烘干的功能，因此保證足夠的溫度是輥磨系統(tǒng)正常運行的前提條件。一般而言，新型干法水泥熟料生產(chǎn)線都會配置余熱發(fā)電系統(tǒng)，SP鍋爐廢氣溫度基本在210℃左右，即入輥磨進口的廢氣溫度可維持在200℃以上，足以滿足物料烘干的需要。

  值得關(guān)注的是，在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，工廠對磨機的出口溫度關(guān)注較少，長時保持在65℃左右，忽視了磨機出口溫度過低對粉磨效率的重大影響。一個原因為磨機噴水量較大，達10t/h以上，循環(huán)風(fēng)管及廢氣熱風(fēng)管旁通閥門開度均過大，達30%以上，加上前述嚴重的漏風(fēng)因素，導(dǎo)致了磨機出口溫度過低。資料顯示，Atox磨機出口溫度保持在80~95℃區(qū)間較為適宜，提高出口溫度有利于提高磨機臺時產(chǎn)量。根據(jù)工廠實際，磨機出口溫度最終確定為85±5℃，比以前提高了近20℃，主要措施為減少循環(huán)風(fēng)管及廢氣熱風(fēng)管旁通閥門開度，要求控制在10%內(nèi)，實際操作中均保持在5%以下，即兩個閥門在正常運行中臨近關(guān)閉狀態(tài)。同時，磨內(nèi)噴水量的減少也有利于提高出磨氣體的溫度。

  5 料層厚度及其他參數(shù)

  由于輥磨粉磨原理為料床粉磨，料層的厚度對粉磨效率會產(chǎn)生重要影響。料層過厚，不利于形成穩(wěn)定的料層，粉磨效果變差，電流及功耗增加；料層過薄，磨機振動無法控制，影響操作的連續(xù)性。眾所周知，Atox理想的料層厚度為磨輥直徑×2%±20mm，Atox50磨機理想的料層厚度為3000mm×2%±20mm，即60mm±20mm。料層厚度大小調(diào)節(jié)主要依賴于擋料圈高低，經(jīng)過摸索，工廠料層厚度從100mm以上調(diào)整為80mm±20mm，擋料圈高度為180mm，主要原因為實際生產(chǎn)中由于進磨物料粒徑較大及擋料圈變形而使料層厚度比理想高度略有增高。

  另外，隨著生產(chǎn)的連續(xù)運行，磨輥與磨盤的磨損需要引起關(guān)注。其磨損量增大，意味著擋料圈高度相對增加，因此必要時應(yīng)相應(yīng)調(diào)低擋料圈的高度。目前工廠的做法為每年進行一次磨輥與磨盤的堆焊，二者堆焊錯時進行，一般分別安排上下半年當(dāng)中完成，目的是為了保持料層厚度的相對穩(wěn)定。

  對于輥磨的操作，振動是磨機高效運行首要考慮的因素。影響振動值大小的有料層厚度和均勻性、物料粒徑、顆粒組成、噴水量大小、喂料量變化、通風(fēng)量多少、機械原因等，振動值一般要求≤2mm/s，工廠以≤1.5mm/s為操作要求，目的是為了盡量減少振動過大對整個系統(tǒng)帶來的耐久性影響。

  6 結(jié)語

  選擇合適的系統(tǒng)參數(shù)對磨機長期穩(wěn)定運行至關(guān)重要，對磨機系統(tǒng)的節(jié)能增產(chǎn)降耗具有關(guān)鍵的指導(dǎo)意義。目前工廠輥磨系統(tǒng)正常運行主要參數(shù)控制范圍見表3，有關(guān)經(jīng)濟技術(shù)指標情況見表4。

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