中材天山（云浮）水泥有限公司5000t/d熟料生产线配套的两条年产80万t水泥粉磨系统没有配备打散机、V型选粉机等磨前分级装置，投产后虽然能达到设计台产，但能耗偏高，而且在运行过程中，辊压机系统故障率频发，造成运转率低，维修成本高。通过对系统进行了一系列的改造优化措施，水泥磨台产相比之前提高20~30t/h，电耗下降3~4kWh/t，磨机运转率提高约20%。
0 前言
我公司5000t/d熟料生产线，配备两条年产80万t水泥粉磨系统，于2006年建设投产。本水泥粉磨系统是由辊压机（120-80）+球磨机（Φ4.2 m×11m）+选粉机（O-Sepa 2500）+袋收尘器组成的闭路预粉磨系统，生产P·C32.5R和P·O42.5R水泥。由于是早期设计的系统，没有配备打散机、V型选粉机等磨前分级装置，投产后虽然能达到设计台产，但能耗偏高，而且在运行过程中，辊压机系统故障率频发，造成运转率低，维修成本高。近年来，通过对系统进行了一系列的改造优化措施，水泥磨台产相比之前提高20~30t/h，电耗下降3~4kWh/t，磨机运转率提高约20%。现将几点改进措施介绍如下。
1 粉磨系统生产流程及主机设备
原材料通过输送皮带和提升机进入磨头三个储仓，分别是混合材（炉渣、矿渣、黑页岩混合料）、石灰石（高硅石）、熟料，各种原材料经储仓下的皮带秤按比例进入提升机，石膏的掺加是在磨房外部设置一个加料斗，在由计量称和输送皮带将石膏运入提升机，和其他原材料混合进入至辊压机稳流仓，混合后的物料进入辊压机进行辊压破碎细粉料和料饼，再由辊压机出料溜子分料阀控制出辊物料，一部分直接通过辊压机下面的分叉溜子直接进入球磨机内进行粉磨，另一部分进入原材料提升机内，再次进入辊压机循环辊压，经球磨机粉磨的半成品，通过磨尾提升机，在至选粉机进行进行分选，达到粒度要求成品进入大布袋收尘器，沉降后至入库提升，进入水泥大库储存，选粉机分离出粗粉经斜槽再次进入磨内循环粉磨。工艺流程见图1，设备及参数见表1。
（1）物料水分大。由于本地区常年平均降水量较多，而且混合材资源比较匮乏，所以进厂混合材水分较大，炉渣水分8%~16%，黑页岩渣16%~20%，脱硫石膏10%~14%，生产P·C入磨综合水分最大达到3.2%，生产P·O水泥综合水分在1.0%~1.6%，由于混合材水分大，一方面造成辊压机稳流仓下料不畅，辊压机运行工况差。另一方面入磨物料水分大造成球磨机钢球糊球，磨机篦板堵塞等问题，严重影响了粉磨效率的发挥和水泥磨得运转率。（2）出窑熟料温度高。我厂由于篦冷机限制，出窑熟料温度一直偏高，基本都在160~200℃，夏季或窑况不稳定时，出库熟料温度达到200℃以上，而入辊压机物料温度高于设备低于100℃的要求。而实际生产中，高温对辊压机的工况影响巨大，当温度高于140℃时，辊压机稳流仓粗细粉物料产生离析现象，辊压机两辊间形不成稳定的料层，细粉流速加快，细粉料挤压不到，直接通过挤压区，粗颗粒物料之间孔隙率增大，产生气泡在辊面滑动，造成辊压机辊缝、压力、电流波动大，辊压机振动骤增。正常时辊压机，减速机振动维持在3~6mm/s，当辊压机出现“冲料”时，振动值上升至10~20mm/s，造成辊缝偏差大、电流过载，辊压机跳停事故。（3）辊压机运行故障多。由于混合材水分大和熟料温度高问题，辊压机稳流仓经常出现“冲料”塌仓现象，造成辊压机运行辊缝、压力、电流波动大，辊压机振动剧烈，减速机最大时振动达到10~20mm/s，辊压机轴承损伤严重，每年需要更换2~3个轴承，而且辊轴受用寿命只有3年左右；另外于辊压机喂料不顺畅，挤压料层不密实，出现单颗粒破碎，对辊面损伤也很大，经常出现辊面耐磨层离层脱落，辊套开裂现象。辊压机减速机、液力耦合器等设备也是受此影响，故障率频发。由此辊压机运行状况恶劣至极，没有效率可言，难以保持水泥连续高强度运行。（4）收尘滤袋糊袋现象严重。本粉磨系统设置为单风机系统，即只有大布袋收尘器后一台风机。水泥磨磨尾通风管道是直接接入选粉机一次风口，磨内含尘水汽通过选粉机进入大布袋收尘器内，由此造成收尘滤袋糊袋现象严重，滤袋通风效率差，收尘器前后压差长期在2000~3000Pa，选粉机风量不足，造成选粉效率低，磨机循环负荷高，对产量提升影响较大。（5）系统排风运行负荷高。此排风机由于设计问题，工作效率低，而且大收尘器运行阻力大，为了满足系统用风，风机入口风门全部打开（没有设置变频），排风机电机一直处于超负荷运行状态下。生产P·O42.5R水泥时，由于熟料掺量多，气体温度较高，排风机运行负荷在 105%~110%，生产 P·C32.5R 水泥时，系统气体温度只有60~70℃，排风机运行负荷110%~120%，不但造成系统电耗高，电机、风机轴承温度高，设备维护成本高。由于本系统初期设计工艺布置和基础设施框架局限，不能进行较大规模的改造，前期对增加打散机和V型选粉机方案论证，均不符合改造条件，如要进行大规模改造，费用基本和重建一条生产线的投资无异，不符合公司利益。鉴于此，车间技术人员通过现场实践，不断摸索，对此生产系统进行了一系列的小改造，并取得了显著效益。以下是改造实施方案。（1）针对原材料水分大对辊压机运行工况的影响，因地区材料和环保所限制，公司物流部无法保障水分达标混合材供生产使用，当前使用的几种炉渣虽然水分较大，但粒度较小，0.9mm筛余为30%，0.2mm 筛余为 20% 左右，大多基本为粉状，硬度也不高。由此我们提出了将炉渣直接入磨的方案，具体实施方案是在混合材堆棚边缘安装一个10m3的加料斗，加料斗下安装计量皮带秤，再设置一条长30m的输送皮带，将物料送至水泥磨。黑页岩渣由于块状物居多，粒度最大由300mm，不能直接入磨，故而将黑页岩渣经破碎机破碎后单独入磨头仓，而后进辊压机。黑页岩渣虽然水分偏大，但掺加使用量少，只占1/5，因此对辊压机影响不是很大。通过此次对混合材入磨改造，大幅度降低了入辊压机物料的的水分，对稳定辊压机工况起到了较好的效果。（2）细粉湿炉渣如磨后，入辊压机的物料只有黑页岩渣、石灰石、石膏和熟料，辊压机运行工况大幅改善，但偶尔还会发生稳流仓塌仓现象，分析是由于石膏水分过大造成，当石膏水分超过12%就会发生这种现象。为了解决这一问题，生产车间通过和物流采购协调，尽可能控制进厂石膏水分小于10%，但由于供货、储存等因素影响，有时很难达到水分要求。为此车间根据炉渣改直入磨经验，在新加的直入磨炉渣加料斗旁边再加装一个加料斗并安装皮带秤，将一部分石膏从此加料斗下至入磨炉渣皮带，和炉渣一同入磨，石膏堆棚也在炉渣堆棚同一区域，铲车运输上料也比较方便。此项改造完全解决了辊压机稳流仓“塌仓”问题。现石膏通过辊压机和磨机两路掺入粉磨系统，入辊压机石膏比例可根据辊压机工况来调整，但不能全部入磨，因为此时已将带有水分的细炉渣直接入磨，辊压机辊压物料水分已大幅降低，如果再减去石膏的话，基本就都是干物料了。如此虽然辊压机工况能得以稳定，但没有石膏作为辊压机挤压料层的填充，形成的料层不密实，存在一定空隙，由此就形成不了高质量的料饼（出辊物料散料居多，料饼少），造成后续磨机粉磨循环负荷提高，影响水泥磨台产。所以石膏水直接入磨只是调整辊压机工况的一种措施，需视情况调整，不可全入磨。（3）我公司的出窑熟料配料以高硅石灰石为主，熟料烧成结粒比较差，细粉料比较多，此方面也是影响辊压机工况的一个原因。本系统没有磨前分级系统，此问题很难解决，但通过多年摸索，在现有的条件下，在辊压机稳流仓进行了改进优化，在物料进入稳流仓之前尽可能多的将细粉料进行分离。初期计划方案是将入磨提升机至稳流仓溜子改为振动筛，辊压机挤压后的物料和新物料全部通过振动筛进行分选，小于2 mm的物料入磨进行粉磨，筛选出的粗颗粒再进入辊压机循环辊压。此方案已在其他生产线改在实施成功，但此方案改在需要更换入磨提升机（当前提升机是 NE200板链提升机，输送量过小，无法满足辊压机大循环需求），由于现场基础限制更换提升机难度大，另一方面我公司使用原材料水分偏大，振动筛筛板容易堵塞。所以放弃此方案，实施了另一种方案，借助V型选粉机的工作原理进行改造，此方案包含两部分，具体实施方案如下：①对入稳流仓溜子的改造，具体方案是，将现有提升机加高1 m，重新制作溜子，原有溜子规格和角度过小，重新制作的溜子改为上宽600 mm，下宽1100mm，高600mm，角度改为60°，并在溜子内部中下部中间位置安装分级导流板，由此物料在下落的过程有了较大的缓冲空间，在溜子顶部接入收尘管（仓顶原先设有收尘器），由收尘器收集细粉和水气，②通过以上溜子改造虽然收集分离了一部分细粉料，但由于溜子物料下落速度较快，收集效率有限，入仓细粉料还是较多。通过研究，我们又进行了另一项改造，在小仓顶用耐磨钢板自制一个1.5m×1.2m×2.7m的锥形斗，并在锥斗的上部做一个1200mm×600mm×100mm的进风口，风口使用重锤翻板控制开度，防止物料抛出。入仓物料提升机从溜子入仓溜子锥中上部接入，锥斗与小仓连接溜子缩短至800mm，加大至500mm，锥斗顶部接入原有小收尘器，当物料在下降过程中细粉料在重力冲击的作用下扬起，充斥在锥斗内部，形成“气箱”，由顶部的收尘管道将细粉料和水汽抽走，下部小仓顶溜子缩短加粗，小仓内的扬尘及水气也容易被抽离，因此小仓内物流就形成稳定均匀的料流。③通过以上两方面的改造，虽然取得了一定效果，但还是没有达到我们预期的效果。分析原因，主要是稳流仓顶收尘器处理风量偏小，因此需要加强收尘风量，更直接的办法就是更换现的收尘器，但我们恪守公司降低成本原则，即不更换收尘器，在稳流仓加装的气流缓冲箱侧面安装一条Φ600mm的管道，管道另一端接入至选粉机二次风口，如此借用了系统排风机风量，小仓内风压由之前的300Pa提高至700Pa，由此稳流仓细粉料分离效率大幅的提高，辊压辊机工况有了此前未有的稳定。稳流仓顶缓冲汽箱接至选粉机二次风口相距约20m，此项改造的要求是要保证选粉机二次风量，为此我们又对选粉机的二次风口进行改动，确保了二次风量。另外由于此管道从稳流仓抽离的粉尘较大，所以在设计安装时，将此分管做成V型，并扩大V型管中间位置，作为粉尘沉降室，沉降粉尘正好可接入到选粉机回粉斜槽，然后入磨，由此可减少选粉机的含尘浓度，减免了对选粉效率的影响。做成V型管道的另一方面作用则是降低管道风速，因为进入选粉机的气体含有粉尘，如果风速过快，选粉机导风叶片磨损过快。（4）辊压机进料装置的改进，当前我公司所使用的辊压机虽然有进料斜插板，属第一代进料装置，工作方式为单面斜插入，插入深浅可调节进料截面，但调节时依靠现场人员手动操作，不能实现中控自动控制，如此形成一定的弊端，如调整精准度、时效性，而且相关岗位劳动强度增加。通过调研论证，我们购置了一套第四代杠杆式双进料装置，第四代杠杆式双进料装置通过双流量调节板对物料通过量进行控制，且进料方式是直接进入辊压机的两辊之间，这种喂料方式也叫冲击式喂料，这种形式就降低了辊压机对入料粒度的敏感性，且相对于前几代进料装置减少了靠辊子圆周力把物料带入拉入角的环节，即减少了辊压机的无功损耗。由此稳定了辊压机工况，工作压力波动变小，辊压机辊面磨损降低，轴承使用寿命增加，液压缸密封磨损、漏油降低。降低了辊压机的维护保养费用。为了配合杠杆式双进料装置的使用，又对稳流仓到辊压机进料的溜子位置适当进行整改，因为之前的下料中心位置靠近定辊，更改新进料装置后，下料中心应在两辊之间。处理方法是将称重仓下方出料口的圆变方非标角度进行适当整改即可，即将下料做成一个歪嘴下料，达到溜子与辊压机下料口对正的目的。另外再生产运行中发现，辊压机辊面堆积物料较少，落料后立即被拉入两辊之间，由此造成积压料层不密实。经分析此问题是由于仓压不足造成，所以又将辊压机的进料溜子由之前的800 mm×350mm，改为 800mm×450mm，改造后（见图 2），辊压机的压力和电流有了明显的改善。（5）辊压机稳流仓的物料离析的处理措施。物料储仓无论是圆形或方形，当物料从高处落入仓内，物料堆积后总会出现粗细颗粒离析现象，进入辊压机的物料混合不均匀，由此造成辊机运行辊缝偏差大等问题。为了解决此问题，我们在仓顶进料溜子上进行多次安装均料装置试验，效果都不太理想。于是将改进目标转向仓内，经过几次摸索试验，在小仓锥部安装了一个布料锥台，效果明显，之前出现的辊缝偏差大、细粉料集聚过多塌仓问题得以解决。布料装置见图3。（1）通过对辊压机系统的一系列改造后，辊压机工作效率提高，入磨物料粒度大幅降，0.2mm的筛余由之前的40%，降至25%，0.08 mm筛余由之前的75%，降至50%，因此对磨机研磨体进行了级配调整，保持两仓填充率不变，一仓28.4%，二仓29.7%，降低两仓的平均球径，一仓从之前的 57.8mm 降到48.6mm，二仓从之前的27.4mm降到22.3mm，两仓装载量共提高了8t。但由于研磨体平均球径降低，钢球单位水泥损耗相比之前下降10~15 g/t。钢球级配调整后，水泥颗粒级配更加集中，水泥强度得以改善，钢球级配调整前后颗粒分布见图4。（2）出磨篦板改造。由于我公司水泥粉磨系统未设置磨前分级系统，所以入磨粒度较粗，再加之部分混合材内含铁渣较多，磨内产生的料渣和铁渣，碎球等异物，容易造成出磨篦板堵塞，造成磨机通风不良，严重时被迫停磨对篦板进行清理，检维修次数较多，每次停机时都须人工对篦板粉杂物进行清理，不但影响了磨机的粉磨效率、磨机的运转率，而且造成车间员工工作强度增加。鉴于上述情况，车间技术人员积极了解现行防堵篦板应用使用情况，其结构比较简单，购买价格也比较贵，所以车间决定自己进行制作。将原有篦板篦条割除，只留外框，在背后焊接4mm×6mm高锰钢冲孔网板，在将焊好的篦板装回篦架用螺栓固定好，经计算改造后的篦板通风面积相比原来篦条增加20%，通风面积增大，可根据磨机流速需要，从内到外改造2至3圈即可。改造后运行三年，篦板的冲孔网眼基本没有堵塞现象，而且磨损量较少。由此磨机的运转率有了较大的提升，再也没有进行过人工清理篦缝作业，降低了员工的劳动强度。改造使用情况见图5。O-Sepa 选粉机存在问题主要是选粉效率偏低，经分析影响因素，一方面是平板带凸棱撒料盘撒料效果不佳，物料分散性不好，进入选粉机物料一般存在料流量大、波动大等特点。目前撒料盘多为平板带凸棱式，虽然平板上凸棱有拨料提升物料旋转速度作用，但由于撒料盘径向方向距离短，特别是物料流量大时，极易造成集中塌落现象，不能在整个圆周断面上均匀分布，形成滑料、料幕有漏洞等缺陷，相对集中的物料难以与气体充分接触，分散性不好。良好的分散度是实现高效率分离的前提条件，也是使整个分离区的空间得到充分利用的关键；另一方面是一、二及三次风风量分配不合理。O-Sepa选粉机存在三个进风口，这就存在着风量分配问题，而由于选粉机制作结束后，其各进风口的进风阻力也就确定了，难以进行调节，特别是三次风口，尺寸偏小，难以进入较多风量，而粗粉中的细粉却较多，又需要较多的气体对这部分物料进行清洗分级，这部分气体同样参与选粉区域内的选粉分级活动。根据分析原因，我们对选粉机散料盘和选粉机三次风进行了改造，实施方案如下。（1）在现有的散料盘边缘增设一道挡料环，由此可改善转子圆周分散布料均匀，抛洒悬浮物料与气流接触更加充分，克服了多点下料易滑料、料幕有漏洞等缺陷，分级性能提高。此方法实施较为容易，制作简单，初期试验阶段，我们使用6 mm钢板制作，但磨损较快，3~4个月便要更换，改为复合耐磨板材料，提高了使用周期。安装也比较方便，在选粉机转子顶部开一门孔，挡料圈分段制作，盘动转子进行焊接。挡料环示意图见图6。（2）对三次风及粗粉灰斗进行改进，将原来四个进风方式改为环形切向进风，并由原先200mm管径改为400 mm管径，使三次风对沿锥体内壁下滑物料的二次分选作用得到明显强化，克服了边壁效应，再度提高选粉效率，可大幅度降低回磨物料中合格成品，同时有助于成品的粒度组成改善。改造前后示意如图7。选粉机改造后的选粉效率对比见表2。水泥磨排风机设计配置为单吸双支撑，电机额定功率500 kW，其设计制造性能较低，自本系统投产以来，一直在超负荷状态下运行，通过对风机运行性能进行检测，此风机效率只要56%，其效率远低于其他大型离心风机，为了降低生产系统能耗，经公司研讨决定，对此风机进行改造，更换为高效节能风机。改造后节能效果明显（改造前后性能参数对比见表4），改造后风机特性和参数如下。
（1）选用高效风机空气动力模型，该系列风机效率高、高效范围宽；（2）采用量体定制式的设计方法，保证风机和系统的最佳匹配性；（3）入口集流器的特殊设计使得风机内部漏风损失大幅降低；（4）转子动平衡等级为 G2.5 级，将不平衡量降低到最低水平。目前本系统存在的最大问题就是系统大布袋收尘器压差过大，使用全新滤袋时，收尘器进出口压差为 1400 Pa左右，使用半年后压差增至 2000~2500Pa，使用至一年压差上升至3000Pa。初期怀疑是收尘滤袋质量问题，但更换不同厂家的产品后，情况改观不大，主要原因还是此收尘器处理粉尘浓度过高，过滤面积偏小；其次就是生产水泥原材水分偏大造成。因此后期计划对此收尘器进行改造，具体方案是在当前收尘器基础上箱体加高，收尘滤袋增加1m，将过滤面积增加800m2，由此可降低收尘器运行阻力，收尘效率提升，产量也将进一步提升。
通过近年来对水泥粉磨系统工艺设备设施不断优化改进，粉磨主机设备运行更加安全可靠，年度运转率达到94%以上，除去计划性停机（库满停机、停电等），运转率达到97%以上，相比投产初期几年运转率提升了约20%。粉磨工况的改善，粉磨效率有了较大的提升，目前产量可达到140~150t/h，产量提高了20%~25%，电耗降低了3~4kW/h。而且在改进投入过程中，除了高效节能风机改造，其他项目都是10万元以内的投入，所以我们以小投入取得了可观的经济效益。
