輥壓機生料終粉磨系統替代管磨系統的應用

殷志峰，王虔虔，韓修銘，陳廣新，楊必清，王喜佳，項明強

（1.合肥水泥研究設計院，安徽 合肥 230051；2.肇慶市金崗水泥有限公司，廣東 肇慶 526105）

1 原生料粉磨系統簡介

金崗水泥有限公司現有1條2 500t/d新型干法旋窯水泥熟料生產線，生產線原有生料磨系統采用2套φ4.0×（10+3.5）m中卸烘干磨系統，系統總產能265～270t/h，2套管磨系統總裝機功率約7 050kW。

1.1 原料情況（見表1）

表1 原料及配比

1.2 原粉磨系統主機設備（見表2）

表2 原系統主機設備

1.3 原粉磨系統生產運行參數（見表3）

表3 原生料磨系統改造前的運行指標（單套系統）

2 生料磨系統節能技改工藝及運行指標

2.1 系統技改方案的制定

由于金崗水泥有限公司原有生料磨系統工藝相對落后、粉磨電耗高及生產維護費用高等問題，公司計劃對原料磨系統進行技改，并兼顧考慮避峰生產與系統連續運行保證窯系統穩定的協調統一，以達到節能降耗、降低運行成本的目的。

目前，我國預分解窯水泥生產線生料制備工藝主要有管磨、風掃立磨、輥壓機終粉磨以及輥壓機聯合粉磨（該工藝應用較少）等幾種粉磨系統，其中先進成熟的生料粉磨系統一是采用立式終粉磨系統，二是輥壓機終粉磨系統。據統計，國內2 500t/d預分解窯生產線，采用風掃立磨制備生料的有以下幾種典型配置見表4。

表4 2 500t/d規模生產線立磨系統幾種典型配置

國內2 500t/d規模預分解窯生產線，采用輥壓機生料終粉磨系統制備生粉的幾種典型配置見表5。

表5 500t/d規模生產線輥壓機生料終系統幾種典型配置

由表4、表5中的各廠實際運行數據來看，常用的立磨和輥壓機終粉磨系統的對比，輥壓機終粉磨是更加節能的生料粉磨方案，相同條件下，比立磨系統節電效果更顯著。綜合對比，兩種生料粉磨系統各有優缺點：①立磨對原料水分的適應能力更強，但立磨對磨蝕性大的生料不太適用，會加快磨輥、磨盤的襯板磨損，維護工作量大，維修費用增高，且立磨系統主風機風量大。②輥壓機終粉磨系統是更加節能的生料粉磨方案，同條件下，比立磨系統電耗低約2～3kWh/t；另外，對磨蝕性大的原料，輥壓機可采用不同材質結構的輥面，其適應性更強，一次磨損壽命可達到30 000h以上；但輥壓機系統對水分過高、黏性很大的原料，其適應能力不如立磨。經過現場勘查，本項目所用原料綜合水分通?？煽卦冢?.0%，且原料較散，根據現有管磨系統電耗推算以及實測邦德功指數實測結果（Wi=12.84kWh/t）來看，其原料屬于中等磨蝕性的物料。綜上所述，技改采用更加節能的輥壓機終粉磨系統代替原有的生料球磨機系統最為合理。

2.2 系統工藝流程

采用輥壓機終粉磨工藝的生料系統流程見圖1。

圖1 輥壓機生料終粉磨系統工藝流程圖

2.3 技改后系統主要設備配置（見表6）

表6 改造后的系統主要設備

2.4 技改后系統運行指標

（1）合同要求設計指標見表7。

在這雙鷹眸下，少年看到遠處青山蒼茫、松濤如海，更遠處，卻是枯峰險壑、赤地連綿。在那片赤色的天地間，出現了幾顆細小的白點，如狂風中的沙粒，一點一點地朝著云浮山的方向飄來。

表7 合同要求設計指標

（2）技改后系統實際設計指標。

該工程正式開工2015年12月5日，于2016年5月22日正式投料，實際運行指標見表8。

（3）系統運行中控操作畫面見圖2。

（4）生料磨系統技改前后指標對比見表9。

表8 實際運行指標（正式標定結果）

表9 改造前后生產數據對比

由表9可見，系統技改后，總裝機功率降低了約3 050kW，系統產量及各質量指標能滿足窯系統要求，粉磨系統電耗較原中卸磨系統降低了約10～11kWh/t。

（5）系統技改前后廢氣中SO2排放對比。

①技改前后SO2排放濃度

窯系統運轉、生料磨停開時，窯尾廢氣中SO2排放濃度約320mg/m3。技改前中卸烘干磨系統與窯系統一體化運行時，SO2吸收效率約40%～50%，技改后輥壓機終粉磨系統與窯系統一體化運行時，吸收效率較原管磨系統高了20%～40%，達到約70%～90%，輥壓機終粉磨系統開機后，窯尾廢氣中SO2排放濃度完全達到GB 4915-2013《水泥工業大氣污染物排放標準》排放要求。

由表10看出，窯尾煙氣作為生料烘干源時，窯磨一體運行時，管磨系統脫硫效率最低，袁鳳宇[1]研究發現，立磨生料系統SO2吸收率可達50%～80%；Rose[2]也研究對比了生料磨開和停情況下SO2的排放濃度，數據表明立磨系統可以吸收61%的SO2。而金崗水泥有限公司由原生料管磨系統技改為輥壓機終粉磨系統后，實際運行相對原管磨系統SO2的吸收率提高了20%～40%，吸硫效率達到70%～90%。

表10 不同生料粉磨系統的SO2吸收率對比

②窯磨一體運行對窯廢氣脫硫機理的分析。

由上表SO2排放濃度數據可看出，生料磨的開停對窯尾廢氣中的SO2排放濃度影響非常大。因窯尾廢氣中的SO2在經過生料磨系統時，生料磨中原材料中的水分蒸發到廢氣中，使廢氣中的SO2能夠與水發生反應，形成H2SO3，有利于SO2的吸收，具體主要反應如下：

通常情況下這種反應比較緩慢，但在輥壓機生料終粉磨系統內，由于原料帶入的水分被蒸發而含有大量水蒸汽，窯尾廢氣具有一定的溫度，且在粉磨過程中CaCO3新表面的不斷增加，使脫硫反應得以加速進行，從阿倫尼烏斯（Arrhenius）熱動力學方程也能證明這一點：k=A·exp（-Ea/RT）

圖2 中控操作界面

式中：k—反應速率，常數；A—前因子，常數；T—熱力學溫度，K；R—摩爾氣體常量，kJ/mol·K；Ea—表觀活化能，kJ/mol。

這樣一來，SO2和CaCO3和O2結合成CaSO4或者Ca（HSO3-）2從而被固定下來，Goldmann[3]研究提出，生料磨系統脫除約50%的SO2，產物為Ca（HSO3-）2，入窯后被氧化為CaSO4。金崗水泥公司系統技改后，采用輥壓機終粉磨系統，物料循環料流量大、在V選內充分分散、大量水蒸汽環境及不斷產生新鮮CaCO3表面，諸多條件更有助于物料和熱煙氣中的SO2接觸更充分，反應面積更大，反應時間更長，導致SO2吸收率更高。

（6）系統技改后經濟效益及環境效益。

主要經濟效益。生料磨系統技改后，臺時產量264.9t/h（濕基），單產電耗較原球磨機系統降低了約10.0～11.0kWh/t（取均值10.5kWh/t）；每天避峰生產5h，用電均價取0.55元/kWh）；按照年產145萬t生料粉計算，可節約用電量約1522.5萬kWh/年，節約電費約837.4萬元/年，投資回收期約3～4年。另外，采用輥壓機生料終粉磨系統后，窯尾廢氣的SO2吸收率均高于原球磨機系統20%～40%，因此，也同時降低了脫硫成本。

環境效益。生料粉磨系統節能技改后，窯尾廢氣中 SO2排放濃度較管磨系統明顯降低。另外，生料終粉磨系統年節約用電量約1 522.5萬kWh/年，折合標煤約1 871.2t，同時相應減少了發電企業的相應污染物的排放。

其他方面的效益。①取消了窯尾增濕塔（φ8.5m×34m），重而降低了企業的維護成本；采用C1出口管道噴水降溫；降低了增濕塔的維護費用。②原有中卸烘干磨系統漏風系數高，原窯尾廢氣風機平均開度約80%～88%，系統技改后，由于漏風系數大大降低，窯尾廢氣風機平均開度降低至70%～72%左右。

3 有關工藝系統的選擇及配置建議

輥壓機生料終粉磨系統，充分發揮了輥壓機擠壓粉磨的技術優勢，由于系統裝機功率低，噸生料粉磨電耗低，多在11～14kWh/t范圍內。與其他幾種粉磨系統相比，輥壓機生料終粉磨節電幅度最大，且吸收窯尾廢氣中SO2的效率相對其他幾種粉磨系統較高。因此，對于已投產的新型干法生產線中的生料管磨系統，在進行生料系統節能改造時，以及新建生產線中的生料磨系統，輥壓機生料終粉磨系統應成為首選技改工藝，應大力推廣應用。

目前，原料系統節能技改以及新建的熟料生產線中多數企業傾向于采用更加節電的輥壓機生料終粉磨系統，已技改完成的山東山鋁、廣東新南華、樂昌南方、福建金銀湖、涇陽聲威、鶴壁同力等企業集團生料磨系統均采用此工藝系統。

金崗水泥有限公司生料磨系統節能技改后，在采用窯磨一體運行時，窯尾廢氣中的SO2吸收率高于原球磨機系統約20%～40%，這樣生料磨系統的產能設計配置只需既能滿足生產，又能避開高峰時段，也不至于產能過大，停磨時間過長，影響到窯尾廢氣污染物達標排放。張傳行[4]等人也提出對于生料系統節能改造時可以將生料磨產能配置的小些，較窯的產能富余13%～15%即可，充分發揮設備產能，提高設備運轉率，有利于窯磨同步運行，從而有利于降低窯尾廢氣中的SO2排放濃度，也為企業降低了運行成本。

4 結 語

加快建設資源節約型、環境友好型社會是《“十三五”節能減排綜合工作方案》的主要目標和重點任務，金崗水泥有限公司響應國家節能減排的號召，將生料球磨系統技改為更加節電的輥壓機生料終粉磨系統，技改后各項指標均滿足原窯系統要求，單產電耗較原球磨系統降低約10～11kWh/t，窯磨一體運行時，窯尾廢氣中的SO2吸收率高于原球磨機系統約20%～40%，項目建設投資回收期短，技術經濟效益和環境效益明顯，在當今激烈的市場競爭環境下，輥壓機生料終系統是企業進行生料磨技改和新建應大力推廣應用的粉磨系統。

參考文獻：

[1]袁鳳宇.水泥生產的SO2排放和立磨制備生料的脫硫作用[J].中國水泥，2016（3）：73-75.

[2]Rose D，Brentrup L.Effective emission red uction when using secondary materials at the Siggenthal Cement Works in Switzerland[J].Zement -Kalk-Gips，1995（4）：204-214.

[3]Goldmann W，Kreft W，Schutte R. Cyclic phenomena of sulfur in cement kilns[J].World Cement Technology，1981（12）：424-430.

[4]張傳行，馬慶余.生料磨產能過大配置對生產影響分析[J].水泥，2016（11）：13-15.