大型立磨節(jié)能技術(shù)探析

周建設(shè)

（廣西華宏建材有限公司，廣西 南寧 530200）

1 TRM型立磨的結(jié)構(gòu)

由分離器、磨輥、搖臂、磨盤(pán)、風(fēng)環(huán)、中殼體、進(jìn)風(fēng)道、機(jī)架、傳動(dòng)裝置、干油潤(rùn)滑裝置、氣封管道、限位裝置、噴水系統(tǒng)、液壓加壓裝置及管路、磨輥潤(rùn)裝置及管路、翻輥裝置等部件組成，如圖1所示。

圖1 立磨示意圖

2 存在的問(wèn)題

廣西某水泥公司有一臺(tái)TRM43.2礦渣水泥立磨，2015年12月投產(chǎn)。該立磨是天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量為130t（水泥），噸水泥電單耗值為28kWh/t,但是，在生產(chǎn)實(shí)踐中，噸水泥電單耗值曾高達(dá)38.5kWh/t,嚴(yán)重影響該公司的經(jīng)濟(jì)效益。因此，該公司不得不探索該臺(tái)立磨的節(jié)能降耗技術(shù)，例如，優(yōu)化工藝參數(shù)、改造某些部件，降低該臺(tái)立磨電耗，以便取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 改造設(shè)備

3.1 添加水泥助磨劑效果

助磨劑就是在粉磨過(guò)程中加入少量外加劑，這種外加劑可消除細(xì)粉黏附和凝聚現(xiàn)象，能夠加速物料粉磨過(guò)程，提高粉磨效率，降低單位粉磨電耗，提高產(chǎn)量，起到幫助粉磨的作用，這類外加劑統(tǒng)稱為“助磨劑”。

在給TRM立磨安裝添加助磨劑設(shè)備后，在立磨進(jìn)行物料粉碎作業(yè)時(shí)添加助磨劑，與不添加助磨劑粉碎作業(yè)相比，添加助磨劑后立磨振動(dòng)值有所下降，磨內(nèi)壓差有所下降，主電機(jī)電流有所下降，這說(shuō)明添加助磨劑后，立磨電耗有所下降。

3.2 改造導(dǎo)風(fēng)錐

3.2.1 導(dǎo)風(fēng)錐的角度與立磨電耗之間的關(guān)系

從TRM立磨結(jié)構(gòu)可知，立磨系統(tǒng)的氣流從左右兩側(cè)水平進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入風(fēng)環(huán)，然后上升到噴風(fēng)口。在噴風(fēng)口處，氣流的速度很大，水泥立磨噴風(fēng)口處氣流的速度可達(dá)40～50m/s,如此高的速度將給設(shè)備帶來(lái)磨損，局部阻力損失也大。但是，風(fēng)速過(guò)低，物料將不能有效被反吹回到磨盤(pán)上，也不能被輸送到選粉區(qū)域。因此，必須選擇合適的風(fēng)速，在不影響氣力輸送效率的前提下減少設(shè)備的磨損量。

我們可以用X、Y、Z三維坐標(biāo)來(lái)描述流體在噴風(fēng)口處的運(yùn)動(dòng)狀況，如圖2所示，流體的運(yùn)動(dòng)速度為V，把V分解為Vx、Vy、Vz，其中Vx表示流體從噴風(fēng)口處向磨盤(pán)中心運(yùn)動(dòng)的徑向速度，Vy表示流體從噴風(fēng)口處向上垂直運(yùn)動(dòng)的速度，Vz流體從噴風(fēng)口處繞磨盤(pán)作圓周運(yùn)動(dòng)的速度。

圖2 三維坐標(biāo)

當(dāng)Vy過(guò)小時(shí)，流體將不能進(jìn)入選粉區(qū)域，粉料將回到磨盤(pán)上，引起料層厚度增加，研磨效率下降，立磨的電耗將上升，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降；當(dāng)Vy過(guò)大時(shí)，將對(duì)立磨殼體產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，且將在磨輥上方產(chǎn)生較大的渦流區(qū)。

當(dāng)Vx過(guò)小時(shí)，流體中的顆粒不能有效被反吹回到磨盤(pán)上，也不能進(jìn)入重力分級(jí)區(qū)，此時(shí)，大量的顆粒位于噴風(fēng)口處，噴風(fēng)口處阻力損失增加，磨內(nèi)壓差增大，循環(huán)風(fēng)機(jī)的負(fù)荷上升，循環(huán)風(fēng)機(jī)的電流將上升，導(dǎo)致立磨系統(tǒng)電耗上升。但Vx過(guò)大，在重力分級(jí)區(qū)會(huì)形成較大的渦流區(qū)，阻力損失增加，循環(huán)風(fēng)機(jī)的負(fù)荷上升，循環(huán)風(fēng)機(jī)的電流將上升，導(dǎo)致立磨電耗上升。

綜上所述，必須有合適的Vy、Vx，立磨才能高效低耗運(yùn)行。而進(jìn)風(fēng)量不變情況下，Vy、Vx是由導(dǎo)風(fēng)錐的角度控制，因此，導(dǎo)風(fēng)錐的角度影響立磨的電耗，導(dǎo)風(fēng)錐的角度適合，Vy、Vx的大小就適合，立磨電耗就下降；反之，立磨電耗就上升。

3.2.2 改造導(dǎo)風(fēng)錐

導(dǎo)風(fēng)錐角度除了要具有合適的角度外，導(dǎo)風(fēng)錐的水平投影距離與擋料圈外側(cè)水平投影距離比值也必須有一個(gè)合適值。

設(shè)導(dǎo)風(fēng)錐到殼體的水平投影距離為X1，擋料圈外側(cè)到殼體的水平投影距離為X2，如圖4所示。又設(shè)X1與X2的比值為A,A必須有一個(gè)合適的數(shù)值。當(dāng)A過(guò)小時(shí)，物料不進(jìn)入重力分級(jí)區(qū)，而是直接上升，然后進(jìn)入選粉機(jī)，重力分級(jí)效果不明顯，這樣會(huì)增加選粉機(jī)負(fù)擔(dān)。而且，經(jīng)導(dǎo)風(fēng)錐導(dǎo)流的流體，一旦脫離導(dǎo)風(fēng)錐，其Vx變小而Vy變大，A過(guò)小時(shí)，粒徑較大的顆粒往上沖后掉落在磨輥大端，這樣容易引起磨機(jī)振動(dòng)，導(dǎo)致立磨電耗上升，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降。

圖3

當(dāng)A合適時(shí)，物料進(jìn)入重力分級(jí)區(qū)，進(jìn)行重力分級(jí)，大顆粒物料掉在磨盤(pán)上，小顆粒物料進(jìn)入選粉機(jī)進(jìn)行再次分級(jí)，符合條件的細(xì)粉被選粉機(jī)帶出立磨，不符合條件的顆粒經(jīng)灰斗落到磨盤(pán)再次研磨，重力分級(jí)效果明顯，這樣會(huì)減少選粉機(jī)負(fù)擔(dān)。而且，流體脫離導(dǎo)風(fēng)錐后，其Vx仍足夠大，粒徑較大的顆粒往上沖后掉落在磨輥小端，這樣不容易引起磨機(jī)振動(dòng)，立磨電耗下降，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量上升。

天津水泥設(shè)計(jì)院技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)是A必須≥2/3，這樣風(fēng)能把掉下來(lái)的物料更好地反吹到磨盤(pán)上，且磨輥不容易振動(dòng)；而且重力分離效果明顯，降低選粉機(jī)負(fù)擔(dān)，更加節(jié)能。

根據(jù)天津水泥設(shè)計(jì)院技術(shù)人員的建議，進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)錐改造：在不改變導(dǎo)風(fēng)錐夾角情況下，把導(dǎo)風(fēng)錐加長(zhǎng)。改造后，A值為0.9。投料運(yùn)行，在其他條件相同情況下，磨機(jī)振動(dòng)值有所下降。如果加大后，效果不好，可以把調(diào)風(fēng)環(huán)直接適當(dāng)增大，其Vx增大，效果會(huì)變好。

3.3 改造TRM43.2立磨調(diào)風(fēng)板

TRM43.2立磨調(diào)風(fēng)板結(jié)構(gòu)不符合氣力輸送原理的要求，有必要進(jìn)行改造。經(jīng)過(guò)風(fēng)環(huán)的氣體，在調(diào)風(fēng)板和導(dǎo)風(fēng)錐的作用下，呈旋流風(fēng)入磨，符合粒度要求的固體顆粒被旋流風(fēng)輸送到上部選粉機(jī)。由于氣體呈旋流，進(jìn)一步了加強(qiáng)氣固兩相流體的耦合程度，在未進(jìn)入選粉機(jī)前，氣固初步分級(jí)效果明顯，部分固體顆粒在重力的影響下將落回磨盤(pán)，再次進(jìn)行粉磨。氣固兩相流體的初步分級(jí)有利于減少選粉機(jī)的負(fù)荷，提高粉磨效率。導(dǎo)風(fēng)錐和調(diào)風(fēng)板傾斜角度的互相配合，打散了磨盤(pán)上方存在的渦旋區(qū)，減少滯留在腔內(nèi)的固體顆粒，進(jìn)一步提高了輸送效率。

3.4 調(diào)整擋料圈高度

天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的TRM43.2立磨，出廠時(shí)擋料圈高度一般為200mm。廣西某水泥公司的TRM43.2立磨在2015年12月投產(chǎn)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)該臺(tái)立磨振動(dòng)值很大，多次因振動(dòng)值過(guò)大而引起系統(tǒng)保護(hù)跳停，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，立磨無(wú)法發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。考慮到入磨物料粒徑較大，經(jīng)常有粒徑大于50mm物料進(jìn)入磨內(nèi)，決定把擋料圈高度增加16mm，這樣，擋料圈高度從200mm變?yōu)?16mm。改造后，在其他工況條件不變情況下，立磨的振動(dòng)值有所下降，因振動(dòng)值過(guò)大而引起系統(tǒng)保護(hù)跳停的次數(shù)減少。

2017年9月，因磨輥磨損，堆焊磨輥。堆焊后，擋料圈高度為190mm，運(yùn)行時(shí)磨機(jī)再次出現(xiàn)振動(dòng)值過(guò)大而引起系統(tǒng)保護(hù)跳停現(xiàn)象。把擋料圈高度增加26mm，這樣，擋料圈高度從190mm變?yōu)?16mm。改造后，在其他工況條件不變情況下，因振動(dòng)值過(guò)大而引起系統(tǒng)保護(hù)跳停的現(xiàn)象消失。

兩次調(diào)整擋料圈高度均取得良好效果，這說(shuō)明，在目前的工況條件下，該臺(tái)TRM43.2立磨擋料圈高度為216mm時(shí)運(yùn)行狀況最好，其電耗也較低。

3.5 調(diào)整擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離

廣西某水泥公司的立磨用于粉磨水泥，2017年第一季度，廣西某水泥公司立磨電耗居高不下，1月電耗為35.6kWh/t，2月，電耗為37.3kWh/t，3月電耗為38.3kWh/t，第一季度該立磨的電耗比球磨機(jī)的電耗還高。經(jīng)技術(shù)人員多方查找，發(fā)現(xiàn)擋料圈內(nèi)側(cè)磨損，擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離由設(shè)計(jì)值的40mm變?yōu)槟p的70mm。技術(shù)人員認(rèn)為引起該立磨的電耗比球磨機(jī)的電耗還高的原因是擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離增加，于是更換擋料圈，并把擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離調(diào)整為20mm左右，開(kāi)機(jī)運(yùn)行，在相同條件下，該立磨電耗從38.3KWh/t降到30.3kWh/t。這證明調(diào)整擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離增大會(huì)引起立磨電耗上升。

2018年1月上旬，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量?jī)H達(dá)108～110t/h,磨輥與磨盤(pán)磨損，但其磨損位置異常，判斷是擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離增大后磨輥大端圓弧處料往外跑，磨輥大端圓弧處受力較小，磨損位置受力較大引起。測(cè)量擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離，其值為40mm，而設(shè)計(jì)值為15～20mm。未堆焊磨輥與磨盤(pán)的情況下，在擋料圈內(nèi)側(cè)焊厚度為10mm的鋼板，使擋料圈內(nèi)側(cè)與磨輥大端距離變?yōu)?0mm，重新開(kāi)機(jī)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)130～135t/h.

3.6 提高系統(tǒng)密封性能，拆除礦渣往復(fù)皮帶機(jī)

系統(tǒng)漏風(fēng)在粉磨系統(tǒng)中普遍存在，但是，系統(tǒng)漏風(fēng)漏風(fēng)量大，在相同壓力和喂料量下，必須提高循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（變頻器）或開(kāi)大風(fēng)閥開(kāi)度，會(huì)引起循環(huán)風(fēng)機(jī)電流上升，從而導(dǎo)致立磨系統(tǒng)電耗上升。

TRMS43.2礦渣立磨原設(shè)計(jì)有一條往復(fù)皮帶，用于輸送礦渣。該皮帶入磨口密封較差，漏風(fēng)量較大。考慮到該臺(tái)立磨以后不粉磨礦渣，決定拆除用于輸送礦渣的往復(fù)皮帶，并把皮帶入磨口封死。封死后，該處漏風(fēng)量為零，系統(tǒng)漏風(fēng)量下降。

4 優(yōu)化系統(tǒng)工藝參數(shù)

4.1 降低立磨振動(dòng)值

通過(guò)調(diào)整擋料圈的高度來(lái)降低立磨振動(dòng)值實(shí)例：2016年9月26日8：30，廣西某水泥公司TRM43.2水泥立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量120t/h,壓力8MPa時(shí)，振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)主電機(jī)。（振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘設(shè)置：振動(dòng)速度大于6mm/s且持續(xù)3s）。初步判斷為料層過(guò)薄。2016年9月26日中午，測(cè)量擋料圈高度，其值約180mm,加高擋料圈，其值變?yōu)榧s200mm。2016年9月26日17：25，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量120t/h,壓力9.5MPa時(shí)，振動(dòng)速度1.8mm/s，說(shuō)明加高擋料圈有效，判斷正確。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比，廣西某水泥公司TRM43.2水泥立磨的料層厚度為40mm較好,料層厚度小于20mm時(shí)容易振動(dòng),料層厚度大于50mm時(shí)容易振動(dòng)。

4.2 廣西某水泥公司TRM43.2立磨用風(fēng)量?jī)?yōu)化

根據(jù)前述立磨系統(tǒng)用風(fēng)量與磨內(nèi)渦流阻力的關(guān)系、立磨系統(tǒng)用風(fēng)量與重力分級(jí)效果的關(guān)系可知，必須合理調(diào)整立磨系統(tǒng)用風(fēng)量，立磨才能達(dá)到高效、低耗運(yùn)行。廣西某水泥公司TRM43.2立磨設(shè)計(jì)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量是≥130t/h,配置的風(fēng)機(jī)風(fēng)量為390000m3/h,全壓8500Pa，立磨系統(tǒng)用風(fēng)量可以隨著調(diào)節(jié)進(jìn)口風(fēng)閥開(kāi)度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化。

廣西某水泥公司TRM43.2立磨進(jìn)口風(fēng)閥開(kāi)度為73%～75%和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速40～42Hz時(shí)，其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量較高而主電機(jī)電流較低，系統(tǒng)電耗較低。這表明，廣西某水泥公司TRM43.2立磨進(jìn)口風(fēng)閥開(kāi)度為73%～75%和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速40～42Hz時(shí)，其風(fēng)量風(fēng)速最合適。

在實(shí)際運(yùn)行中，可以通過(guò)觀察回籠量的數(shù)量、回籠量中的粗細(xì)料比例來(lái)判斷系統(tǒng)風(fēng)量是否足夠。回籠量中的細(xì)料多，回籠量多，說(shuō)明系統(tǒng)風(fēng)量過(guò)低。反之，說(shuō)明系統(tǒng)風(fēng)量足夠。

4.3 控制入磨物料粒徑及粒度級(jí)配

水泥立磨運(yùn)行過(guò)程中，必須形成穩(wěn)定的料層，即要求料層必須有足夠的韌性和剛性。料層剛性不足，在研磨壓力作用下容易擊穿而引起振動(dòng)；料層韌性不足，在研磨壓力作用下磨輥下的物料容易流走導(dǎo)致磨輥起伏而引起振動(dòng)。料層要有足夠的韌性和剛性，必須具有適宜的粒度級(jí)配，因此，在物料進(jìn)入立磨前的粒度大小有一定的范圍要求，較理想的物料應(yīng)是以中等粒度（約10～20mm）為主，細(xì)顆粒為輔的搭配，這樣中等粒度物料可以提供足夠的支撐和阻止細(xì)顆粒太大的流動(dòng)性為料層提供剛性，而小顆粒物料則可以很好地填充大塊物料之間的空隙形成緩沖墊層為料層提供韌性。這樣級(jí)配的料層無(wú)論是韌性還是剛性，都符合要求物料顆粒過(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致級(jí)配平衡的破壞，造成物料層韌性或剛性的削弱。

在磨盤(pán)轉(zhuǎn)速維持不變的前提下，物料粒度越大，則離心力越大，物料在磨盤(pán)外圈堆積較多，內(nèi)圈物料則較薄，此時(shí)，立磨粉磨效率降低，且極易產(chǎn)生振動(dòng)。

4.4 實(shí)行動(dòng)態(tài)控制

廣西某水泥公司因條件限制，其入磨物料水分含量很不穩(wěn)定，有時(shí)高，有時(shí)低，造成立磨運(yùn)行時(shí)振動(dòng)、電耗不穩(wěn)定，如何能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電耗偏高并及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施，是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。通過(guò)統(tǒng)計(jì)TRM43.2立磨主電機(jī)運(yùn)行電流、喂料量、電單耗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)K值≤1.2時(shí)，電單耗≤28kWh/t。主電機(jī)運(yùn)行電流為160A,喂料量為142t,則K=160÷142=1.12。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，要求中控人員在滿足質(zhì)量前提下，隨時(shí)比較瞬時(shí)K值與1.2的差距，如果出現(xiàn)K值大于1.2現(xiàn)象，則及時(shí)分析原因，采取相應(yīng)措施，把K值控制在1.2以下。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)觀察、分析、對(duì)比、驗(yàn)證，查明了廣西某水泥公司TRM43.2水泥立磨電耗偏高的原因，其原因很復(fù)雜，有工藝因素的原因，有設(shè)備因素的原因，也有管理因素的原因，通過(guò)采取措施，TRM43.2立磨實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的條件是：較強(qiáng)的粉碎能力、較強(qiáng)的輸送能力、較強(qiáng)的分離能力，三者同時(shí)具備，缺一不可。