水泥粉磨車間助磨劑系統設計

師華東，杜自彬，王應麗，曲佳佳（中信重工機械股份有限公司，河南 洛陽 471039）

0 引言

在水泥生產中，粉磨過程的能源消耗占了生產全過程的大部分，約占水泥生產總能耗的60%～70%[1]。因此如何提高粉磨效率、降低粉磨電耗、提高磨機臺時產量一直是我國水泥技術工作者研究的課題。助磨劑具有消除靜電，分散顆粒的作用，能夠消除水泥粉磨時物料的結塊及黏糊研磨體及襯板的弊端，改善鋼球磨粉磨條件，提高粉磨效率，從而提高水泥產品的比表面積，降低水泥的電耗，降低水泥成品的溫度[2]。

我公司在緬甸某5000t/d水泥總包項目，通過在水泥粉磨車間增加助磨劑系統來優化水泥粉磨的工藝，助磨劑系統由液料罐、計量泵、流量計組成，其中計量泵采用高精度齒輪計量泵，精度為±0.5%。該系統的應用提高了水泥的比表面積，降低了系統的電耗，降低水泥成品的溫度。對水泥企業節能減排，提高企業的自動化水平，具有很好的參考價值。

1 工藝設計

1.1 工藝流程簡介

緬甸某5000t/d水泥總包項目水泥粉磨車間工藝流程見圖1，粉磨系統采用聯合粉磨工藝，其主機設備主要有輥壓機、水泥磨、組合選粉機。其中，輥壓機型號：RP170-140，能力：710～830 t/h，功率：2×10250kW。水泥磨型號：Φ4.2m×14.5m，能力：180 t/h，功率：4000kW。組合選粉機型號FZN-36，風量：330000m3/h，風壓：2000～2500Pa，能力：870t/h，功率：280kW。水泥助磨劑為液體，通過加入到進水泥粉磨車間的進料皮帶上，來實現水泥的高效粉磨，通過加入到粉磨車間進料皮帶上，更有利于助磨劑的分散。

助磨劑系統主要由液料罐、計量泵、流量計組成，工藝流程如圖2。其中，液料罐儲量：4000L。計量泵型號BS475，能力：0～90L/h，功率：1.1 kW，變頻調速。流量計型號UKJL-10。計量泵采用高精度齒輪計量泵，精度為±0.5%。高精度齒輪計量泵是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉泵。具有流量穩定，不易泄露，精度較高，不易老化的特點。水泥粉磨系統助磨劑的添加采用變頻控制的高精度齒輪計量泵是一種比較好的選擇。

圖1 水泥粉磨車間工藝流程圖

圖2 助磨劑系統工藝流程圖

1.2 計量泵的選型設計

工藝要求：考核水泥品種為波特蘭水泥I類（美國測試材料標準ASTM生產普通波特蘭1類水泥，名稱為C-150，1類）組成，92.5%熟料，5%石膏，2.5%石灰石；產量：180 t/h；平均比表面積：3 500±100 cm2/g；電耗：34.5kWh/t；最高水泥溫度：90℃。

助磨劑加入量：水泥臺時的0.1%；助磨劑密度：1.15kg/L；計量泵流量=180×0.1%×1000/1.15=164L/h。計量泵選型流量應大于工藝所需流量，并保留一定的富裕。計量泵應在其額定流量范圍的30%～100%的范圍內工作，此時計量泵的精度會比較高，使用壽命會比較長。同時考慮經濟實用的原則，工藝選取兩臺0～90L/h的計量泵。

2 控制系統

通過將助磨劑系統接入中控，實現該系統的遠程控制，將助磨劑加入量，累計值，流量反饋到中控操作界面。使助磨劑系統和粉磨系統一樣，時時處在監控之下，中控操作員根據助磨劑加入量和磨機產量、磨機工況、系統電耗的關系，實時調控系統相關參數。這樣能使助磨劑加入量更加精確，有利于控制成本，減少電耗，提高產品質量。

該系統既可以中控控制，又可以就地控制。在控制柜上設有“遠程/本地”轉換開關。需要“遠程”控制時，控制柜上“遠程”開關打開，在中控室對助磨劑系統進行操作。當需要就地控制時，控制柜上“本地”開關打開，由現場操作員就地操作。中控控制方式簡介如下：①上電并且打到自動擋，反饋“備妥”信號；②中控給定“運行”信號；③系統給中控“應答”信號；④中控給定“流量”信號，4～20 mA對應0～90 L/h；⑤反饋“流量”信號，4～20 mA 對應0～90 L/h；⑥有故障反饋“故障”；⑦管路堵塞或者無料等會有“報警”；⑧給定和反饋都有信號隔離器需要中控7個點，其中“給定”和“反饋”是4～20 mA 信號，其余是AC220V 3A觸點信號，“故障”和“報警”信號是無故障或者無報警的時候斷開，有故障或者有報警的時候吸合。其中，計量泵啟動是閉合以后，觸點會有220V電源通過，其余都是干觸點。手動控制通過在控制柜中輸入需要流量，并按需要調整好給定流量。

助磨劑系統與磨機臺時聯動時：①設置助磨劑加入系統的量程，4～20mA 對應0～90L/h；②采集磨機臺時數；③助磨劑加入量（L）=磨機臺時×加入量÷密度×1000；④把磨機的加入賦值給助磨劑的加入量，就可實現和磨機的聯動。

整套系統功能完善，操作方便，順序啟動、停止，性能穩定、可靠。

3 調試效果

按照熟料92.5%，石膏5%，石灰石2.5%，助磨劑，水泥臺時0.1%配比加入。每1h統計1次做對比分析，結果見表1。

表1 加水泥助磨劑性能對比表

由表1可知，（1）在產量大致不變的情況下，加入助磨劑后，比表面積提高約100cm2/g。

物料被粉磨后，顆粒越來越細，由于顆粒間靜電的作用，越細的物料越容易團聚在一塊。加入助磨劑之后，助磨劑顆粒吸附在物料顆粒的表面，引起顆粒表面特性的變化，具體表現在物質的表面硬度以及強度發生了改變，同時也消除了顆粒間的靜電吸附。物料表面硬度、強度的降低，物料的分散，更有利于物料粉磨的進行，故加入助磨劑后比表面積提高[3]。

（2）在產量大致不變的情況下，加入助磨劑后，水泥電耗降低約0.8kWh/t。隨著粉磨過程的進行，在靜電及各種力的作用下，物料團聚在一塊，不利于物料進一步磨細。助磨劑加入后，助磨劑顆粒吸附在物料顆粒的表面，引起顆粒表面特性的變化，消除了顆粒間的靜電。相當于物料被進一步分散，從而提高了磨機的產量進而降低粉磨電耗[3]。

（3）在產量大致不變的情況下，加入助磨劑后，水泥溫度降低約9℃。助磨劑加入之后，在其他工況不變的情況下，磨機的產量會增加，產量的增加有利于降低水泥的溫度。再者助磨劑能消除物料的靜電，減少磨內粘附及選粉機內的團聚，提高磨機及選粉機效率，在一定程度上降低水泥溫度。

4 結語

隨著水泥行業的高速發展，節能降耗的需求越來越迫切。水泥助磨劑在節能降耗方面有很大的優勢，越來越多的水泥企業在水泥粉磨車間，增加助磨劑系統，來降低能耗，節約成本。助磨劑系統主要由液料罐、計量泵、流量計組成。其中計量泵的選型是系統設計的核心。水泥粉磨系統助磨劑的添加采用變頻控制的高精度齒輪計量泵是一種比較好的選擇。通過在相同配比，大致相同的產量下，添加助磨劑能提高水泥比表面積約100 cm2/g，降低水泥電耗約0.8 kWh/t，降低水泥溫度約9℃。