北京水泥廠生料粉磨系統(tǒng)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(tǒng)的投資和生產(chǎn)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(yè)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(nèi)目前水泥企業(yè)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(jīng)相當成熟，由于輥磨粉磨系統(tǒng)節(jié)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(chǎn)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(chǎn)線，生料粉磨大多采用管磨機。因此，如何把現(xiàn)有管磨機的生料粉磨系統(tǒng)改造為輥磨系統(tǒng)是眾多水泥生產(chǎn)企業(yè)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(fā)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(chǎn)“金隅”牌P·O32.5、P·O42.5普通硅酸鹽水泥為主的現(xiàn)代化大型國有企業(yè)，擁有國內(nèi)首套自主研發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權、依托水泥窯處置工業(yè)廢棄物的環(huán)保示范線，年產(chǎn)“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(yè)競爭力，滿足“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排要求，同時為確保固廢處置、污泥干化等環(huán)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(tǒng)（含廢氣處理）和煤磨系統(tǒng)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(fā)電技術的應用，對生料粉磨系統(tǒng)的溫度和風量都有非常大的影響。當開啟污泥處理系統(tǒng)后，污泥系統(tǒng)從預熱器內(nèi)抽取的部分氣體經(jīng)過污泥系統(tǒng)換熱后直接或間接引入廢氣處理系統(tǒng)，增加了廢氣處理系統(tǒng)氣體總量，同時也使進入生料磨內(nèi)的氣體溫度降低。如果系統(tǒng)增加余熱發(fā)電系統(tǒng)，則進入生料磨內(nèi)的廢氣溫度也會下降。這些都使系統(tǒng)負荷增大，物料難以烘干，管磨機生產(chǎn)更加困難。

圖1 改造前管磨機系統(tǒng)

2 改造前的生料粉磨系統(tǒng)工藝流程

北京水泥廠環(huán)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(tǒng)如圖1所示,系統(tǒng)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(chǎn)量只有210～230t/h。根據(jù)天津水泥工業(yè)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(tǒng)在公司污泥干化系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)正常投入使用后，系統(tǒng)正壓嚴重，有時會影響到生料粉磨系統(tǒng)及污泥、余熱、固廢處理等系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

3 改造后的生料粉磨系統(tǒng)工藝流程

表1 改造前生料粉磨系統(tǒng)主要設備參數(shù)

主要改造方案是采用TRMR40.4輥磨代替原系統(tǒng)的管磨機，將中部烘干球磨系統(tǒng)改造為輥磨終粉磨系統(tǒng)，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(tǒng)正壓問題，并聯(lián)一套廢氣處理系統(tǒng)，處理風量為150000m3/h。原料調(diào)配站及輸送仍利用現(xiàn)有系統(tǒng)，從膠帶機頭部直接將物料沿溜子溜至輥磨外循環(huán)提升機的入口處，利用該提升機將原料及外循環(huán)料喂入磨機。新增原料磨系統(tǒng)熱源引自高溫風機出口處熱風管道，出原料磨系統(tǒng)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(xiàn)有生料輸送系統(tǒng)。改造后系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 改造后生料粉磨系統(tǒng)

表2 改造后生料粉磨系統(tǒng)主要設備參數(shù)

表3 改造前后生料粉磨系統(tǒng)主要指標對比

圖3 改造后生料系統(tǒng)操作畫面

測試結果表明，在未開啟污泥系統(tǒng)時，廢氣處理系統(tǒng)廢氣量已經(jīng)接近系統(tǒng)尾排風機能力的臨界狀態(tài)650000m3/h。當污泥系統(tǒng)開啟后，污泥系統(tǒng)從預熱器內(nèi)抽取的部分氣體經(jīng)過污泥系統(tǒng)換熱后直接或間接引入廢氣處理系統(tǒng)，廢氣處理系統(tǒng)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(jīng)超出尾排設計能力，所以現(xiàn)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(tǒng)，與原有廢氣處理系統(tǒng)并聯(lián)使用。改造后的主要設備見表2。

4 改造后的系統(tǒng)運行情況

系統(tǒng)于2012年8月開始調(diào)試，到8月中旬基本能達到設計產(chǎn)量，到9月初系統(tǒng)喂料量基本能穩(wěn)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(guī)模為3000t/d，按年需要生料150萬噸計算，年可節(jié)約用電1350萬kWh，按0.45元/kWh計算，年可節(jié)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(tǒng)改造前后各項指標對比見表3。

5 結語

通過推廣余熱發(fā)電、節(jié)能粉磨、變頻調(diào)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(chǎn)線配套建設了余熱發(fā)電裝置。水泥行業(yè)“十二五”重點發(fā)展目標是推進綠色發(fā)展和節(jié)能減排，大力實施節(jié)能減排技術改造是其重要措施之一。2010年以前投產(chǎn)的管磨機都有可能進行改造，以達到水泥廠節(jié)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(xiàn)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(tǒng)的成功改造，中材裝備集團有限公司在生料系統(tǒng)改造方面積累了寶貴的經(jīng)驗，為以后的系統(tǒng)改造奠定了堅實的基礎。■