北京水泥廠生料粉磨系統的改造

申占民，劉運水，甘喜寶，王宏濤

1 前言

在水泥廠的全部工序中，粉磨系統的投資和生產費用最高，其中粉磨電耗高是主要因素之一。國外先進水泥企業可比水泥綜合電耗過去為110 kWh/t左右，隨著粉磨技術的進步，目前降至80 kWh/t左右，國內目前水泥企業可比水泥綜合電耗在90～100 kWh/t之間。近二十多年來，輥磨粉磨水泥生料的技術已經相當成熟，由于輥磨粉磨系統節能效果顯著，自上世紀90年代，輥磨逐漸取代管磨機成為了生料粉磨的主角。特別是2000年以后，隨著國產輥磨裝備設計技術和制造技術的逐漸成熟，新建水泥廠基本上都采用輥磨作為生料粉磨的主機設備。但是在2000年以前建設的水泥生產線，生料粉磨大多采用管磨機。因此，如何把現有管磨機的生料粉磨系統改造為輥磨系統是眾多水泥生產企業面臨的新問題。

中材裝備集團有限公司下屬中材（天津）粉體技術裝備有限公司多年來一直致力于輥磨技術的研究和開發工作。目前（截至2012年8月）TRM型生料輥磨已有十多種型號投入市場，并有125臺生料輥磨投入使用。

北京水泥廠有限責任公司是國家“八五”重點工程，1992年開工建設，是一家以生產“金隅”牌P·O32.5、P·O42.5普通硅酸鹽水泥為主的現代化大型國有企業，擁有國內首套自主研發、具有自主知識產權、依托水泥窯處置工業廢棄物的環保示范線，年產“金隅”水泥近200萬噸，年可處置城市廢棄物10萬噸。為了進一步提高企業競爭力，滿足“十二五”規劃節能減排要求，同時為確保固廢處置、污泥干化等環保工程的正常運行，北京水泥廠有限責任公司2011年開始對示范線生料粉磨系統（含廢氣處理）和煤磨系統進行了技術改造。

近年來，水泥廠對城市污泥和垃圾的處理，以及余熱發電技術的應用，對生料粉磨系統的溫度和風量都有非常大的影響。當開啟污泥處理系統后，污泥系統從預熱器內抽取的部分氣體經過污泥系統換熱后直接或間接引入廢氣處理系統，增加了廢氣處理系統氣體總量，同時也使進入生料磨內的氣體溫度降低。如果系統增加余熱發電系統，則進入生料磨內的廢氣溫度也會下降。這些都使系統負荷增大，物料難以烘干，管磨機生產更加困難。

圖1 改造前管磨機系統

2 改造前的生料粉磨系統工藝流程

北京水泥廠環保示范線工程（二線）2004年1月開工建廠，2006年4月正式投入使用。其生料粉磨系統如圖1所示,系統配置?5m×10+2.5m中卸烘干管磨機，132kW斗式提升機和組合式選粉機等（見表1）。該生料磨設計能力250t/h，實際產量只有210～230t/h。根據天津水泥工業設計研究院2010年6月對公司進行的熱工標定結果，生料磨在固廢處置及污泥干化正常運行的情況下電耗為26kWh/t生料，回轉窯窯尾廢氣處理系統在公司污泥干化系統和余熱發電系統正常投入使用后，系統正壓嚴重，有時會影響到生料粉磨系統及污泥、余熱、固廢處理等系統的正常生產。

3 改造后的生料粉磨系統工藝流程

表1 改造前生料粉磨系統主要設備參數

主要改造方案是采用TRMR40.4輥磨代替原系統的管磨機，將中部烘干球磨系統改造為輥磨終粉磨系統，利用原有管磨機廠房左側一塊空地放置輥磨和旋風筒。為解決系統正壓問題，并聯一套廢氣處理系統，處理風量為150000m3/h。原料調配站及輸送仍利用現有系統，從膠帶機頭部直接將物料沿溜子溜至輥磨外循環提升機的入口處，利用該提升機將原料及外循環料喂入磨機。新增原料磨系統熱源引自高溫風機出口處熱風管道，出原料磨系統廢氣連接至窯尾廢氣處理收塵器入口。生料成品由空氣輸送斜槽輸送至現有生料輸送系統。改造后系統工藝流程見圖2。

圖2 改造后生料粉磨系統

表2 改造后生料粉磨系統主要設備參數

表3 改造前后生料粉磨系統主要指標對比

圖3 改造后生料系統操作畫面

測試結果表明，在未開啟污泥系統時，廢氣處理系統廢氣量已經接近系統尾排風機能力的臨界狀態650000m3/h。當污泥系統開啟后，污泥系統從預熱器內抽取的部分氣體經過污泥系統換熱后直接或間接引入廢氣處理系統，廢氣處理系統氣體總量增加了70000 m3/h左右（增加的幅度為10%），如煤磨停機增加幅度更大，約15%左右，總量已經超出尾排設計能力，所以現場部分地方呈正壓。為徹底解決這一問題，本次改造需新上一套150000 m3/h廢氣處理系統，與原有廢氣處理系統并聯使用。改造后的主要設備見表2。

4 改造后的系統運行情況

系統于2012年8月開始調試，到8月中旬基本能達到設計產量，到9月初系統喂料量基本能穩定在280t/h左右，如圖3所示。改造后電耗由26kWh/t生料下降到17kWh/t生料，單位電耗降低9kWh/t。北京水泥廠示范線規模為3000t/d，按年需要生料150萬噸計算，年可節約用電1350萬kWh，按0.45元/kWh計算，年可節約電費607.5萬元。生料磨（含廢氣處理）改造估算總投資為3116萬元，預計5.5年后可以收回全部投資。系統改造前后各項指標對比見表3。

5 結語

通過推廣余熱發電、節能粉磨、變頻調速、水泥助磨劑、廢渣綜合利用等技術，2010年新型干法水泥熟料綜合能耗降至115kg/t標準煤，比2005年下降12%，年綜合利用固體廢棄物超過4億噸，55%的新型干法水泥生產線配套建設了余熱發電裝置。水泥行業“十二五”重點發展目標是推進綠色發展和節能減排，大力實施節能減排技術改造是其重要措施之一。2010年以前投產的管磨機都有可能進行改造，以達到水泥廠節能減排的目標。同時，技術改造工程一般要考慮的因素較多，比新建項目復雜得多，其對工藝設計、現場施工、新老線的銜接都提出了較高的要求。通過北京水泥廠示范線生料粉磨系統的成功改造，中材裝備集團有限公司在生料系統改造方面積累了寶貴的經驗，為以后的系統改造奠定了堅實的基礎。■