三風機系統(tǒng)和兩風機生料粉磨系統(tǒng)的運行與設(shè)計
2007-08-22 00:00
1.引言
隨著生產(chǎn)工藝的不斷成熟和技術(shù)裝備水平的日漸提高，立式磨用于生料粉磨以其粉磨效率高、烘干能力強、節(jié)能環(huán)保、投資費用低等1諸多優(yōu)勢而受到了廣大業(yè)主和設(shè)計單位的青睞，在物料易磨性和磨蝕性允許的前提下，新、擴建的2500t/d及以上規(guī)模生產(chǎn)線的原料制備系統(tǒng)幾乎都采用了立式磨粉磨方案。傳統(tǒng)設(shè)計中，窯磨一體機的生料立式磨粉磨系統(tǒng)通常采用三風機系統(tǒng)，即利用高溫風機出口廢氣為原料烘干熱源，經(jīng)立式磨研磨至合格細度和水份的生料與廢氣首先經(jīng)細粉分離器分離，大部分廢氣由高壓循環(huán)風機送入收塵設(shè)備進行凈化處理，少部分廢氣通過循環(huán)風管返回磨內(nèi)。整個生料粉磨及廢氣處理系統(tǒng)包括高溫風機、循環(huán)風機及窯尾廢氣風機等三臺大型風機，故簡稱為三風機系統(tǒng)（見圖1）。近幾年，可能是出于節(jié)約投資的考慮，生料粉磨系統(tǒng)在設(shè)計上出現(xiàn)了省略了循環(huán)風機和細粉分離器的變化。這樣整個生料粉磨及廢氣處理系統(tǒng)只包括高溫風機和窯尾廢氣風機兩臺大型風機，因此又稱為兩風機系統(tǒng)。筆者曾做為設(shè)計人員和現(xiàn)場調(diào)試人員先后參與過幾條包括以上兩種設(shè)計形式生產(chǎn)線的設(shè)計與調(diào)試工作，其中SZDW與HNLT兩家工廠使用的磨機都是國產(chǎn)的MLS3626型立式輥磨機，其它設(shè)備的選型也大同小異，并分別屬于不同形式的工藝系統(tǒng)，因此這兩家工廠的工藝狀況和運行效果存在較大的可比性。以此為例，對三風機生料粉磨系統(tǒng)和兩風機生料粉磨系統(tǒng)的經(jīng)濟技術(shù)指標進行一個簡單對比，供同仁們參考。
2.兩種系統(tǒng)的工藝流程及裝備
SZDW的三風機生料粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖1，設(shè)備選型見表1。
HNLT的兩風機系統(tǒng)工藝流程見圖2，設(shè)備選型見表1。
表1：兩家工廠的主要裝備
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序號 |
名稱 |
SZDW三風機系統(tǒng) |
HNLT雙風機系統(tǒng) | ||
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規(guī)格型號 |
處理能力 |
規(guī)格型號 |
處理能力 | ||
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5402 |
高溫風機 |
W6-2×29-6№30.5F |
45萬m3/h，全壓：-7.5kPa |
W6-2×30№30.5F |
45萬m3/h，全壓：-7.5kPa |
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5402M |
高溫風機電機 |
YRKK710-6，10kv,1400kW |
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YRKK710-6，10kv,1400kW |
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4102 |
立式磨 |
MLS3626 |
190t/h（磨損后期） |
MLS3626 |
185t/h（磨損后期） |
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4102M |
立式磨主電機 |
YRKK710-6,10kv,1800kW |
|
YRKK710-6,10kv,2000kW |
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4103 |
細粉分離器 |
Ф4500 |
39萬m3/h |
無 |
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4112 |
循環(huán)風機 |
R6-2×29-1№29F |
39萬m3/h，全壓-10kPa |
無 |
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4112M |
循環(huán)風機電機 |
YRKK710-6,10kv,1600kW |
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無 |
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5404 |
靜電除塵器 |
EE171/3/1 |
48萬m3/h，
進口濃度≤100g/m3,
出口濃度≤80mg/m3，
操作壓力：-2.0kPa |
CDPK-E/160/4 |
46萬m3/h，
進口濃度≤960g/m3,
出口濃度≤50mg/m3，
操作壓力：≤-10.5kPa |
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5407 |
尾排風機 |
Y4-2×73№21F |
48萬m3/h，全壓：-1800Pa |
R6-2×30№30.5F |
原料磨開時：45萬m3/h，全壓：-11KPa
原料磨停時：43萬m3/h，全壓：-1.8KPa |
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5407M |
尾排風機電機 |
YRKK500-8，10KV，400Kw |
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YRKK1800-6，10KV，1800Kw |
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（*：立式磨主電機的裝機容量是由設(shè)備廠家在對入磨物料進行易磨性試驗和磨蝕性試驗后根據(jù)試驗結(jié)果做出的選型，與系統(tǒng)形式無關(guān)。）
3.兩套系統(tǒng)經(jīng)濟技術(shù)指標對比及評價
3.1投資構(gòu)成對比，見表2。
表2：三風機系統(tǒng)與兩風機系統(tǒng)的投資對比
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項目 |
SZDW廠的三風機系統(tǒng) |
HNLT廠的兩風機系統(tǒng) |
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設(shè)備費用（%） |
100 |
102 |
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安裝費用（%） |
100 |
92 |
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土建費用（%） |
100 |
90 |
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投資總額（%） |
100 |
99 |
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占地面積（%） |
100 |
80 |
HNLT的兩風機系統(tǒng)省略了4103細粉分離器、4112循環(huán)風機，但對窯尾電收塵5404、尾排風機5407及其工藝連接管道提出了更高要求，特別是處理高濃度高負壓的靜電除塵器，目前國內(nèi)具備實際制造經(jīng)驗的廠家還只有兩三家，因此市場競爭很不充分，設(shè)備價格居高不下，同比相同收塵面積和處理能力的低粉塵低負荷的設(shè)備采購價格高出30%～40%，所以盡管省略了循環(huán)風機和細粉分離器及部分工藝管道，但設(shè)備的總費用（包括機械設(shè)備和電氣及自動化設(shè)備）比三風機系統(tǒng)還要略高，綜合安裝及土建費用，投資總額兩套系統(tǒng)基本持平。
兩風機系統(tǒng)的占地面積比三風機系統(tǒng)小20%，這對于那些場地有限的改擴建項目而言具有相當吸引力。
3.2系統(tǒng)運行費用比較及評價
系統(tǒng)運行費用主要體現(xiàn)在單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)品易損件消耗及其它檢修費用等幾個方面，其中單位產(chǎn)品易損件的消耗主要是磨機的輥皮及磨盤襯板的消耗，系統(tǒng)的設(shè)計形式不會給單位產(chǎn)品易損件消耗帶來直接影響，本文對此項不進行對比及評價。同時，根據(jù)筆者在DW及LT兩家工廠的經(jīng)驗，這兩種設(shè)計形式對系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量指標沒有直接影響，在保證操作合理的前提下，影響產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵在于入磨物料的易磨性、水份和顆粒組成等，因此以通常采用的根據(jù)系統(tǒng)臺時產(chǎn)量為基準來探討兩套系統(tǒng)在單位產(chǎn)品能耗方面的優(yōu)劣是不合理的。本文假定兩套系統(tǒng)臺時產(chǎn)量均為210t/h、窯投料量均為175t/h時并且磨機的裝機功率相等（理由如筆者在表1的說明中所述），以此探討兩套系統(tǒng)的單位產(chǎn)品功率消耗。
?。?）、當窯磨同時運行時：在上述假定前提下，每天運行時間為20h，三風機系統(tǒng)投入運行的裝機功率高于兩風機系統(tǒng)約220kW。
（2）、當窯運行、磨機停車時：每天運行時間為4h，此時三風機系統(tǒng)相對兩風機系統(tǒng)可減少投入運行循環(huán)風機和細粉分離器等，同減少投入運行的裝機功率為1620kW。
綜合（1）、（2）兩點，三風機系統(tǒng)投入運行的裝機功率比兩風機系統(tǒng)低2080kW/d左右。磨機比窯喂料量高得越多，三風機系統(tǒng)的優(yōu)勢越明顯，反之磨機產(chǎn)量與窯喂料量越接近，兩套系統(tǒng)平均投入的裝機功率水平也越接近。當然，電機的實際功率消耗與投入運行的裝機功率是有差異的，通過以上比較分析至少還是能夠反映出兩風機系統(tǒng)相對于三風機系統(tǒng)而言在單位產(chǎn)品能耗方面并不存在明顯優(yōu)勢。DW廠和LT廠的生產(chǎn)實踐也證明了這一點，見表3。
表3：DW廠和LT廠生料的單位產(chǎn)品電耗對比
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DW2005年07月生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù) |
LT2006年09月上旬生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù) |
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臺時產(chǎn)量 |
215t/h |
209t/h |
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單位產(chǎn)品電耗 |
17.9kWh/t-生料 |
19.0kWh/t-生料 |
說明：兩家工廠的單位產(chǎn)品電耗中均包括石灰石破碎、原料配料站、原料粉磨及廢氣處理，不包括高溫風機及以前的設(shè)備。
經(jīng)分析，筆者認為表3中LT廠的單位產(chǎn)品電耗較高主要是因為其磨主電機較DW廠磨主電機功率大及臺產(chǎn)稍低所所致，系統(tǒng)形式所帶來的影響其實可以忽略。
LT廠的兩風機系統(tǒng)相對省略了兩臺大型設(shè)備（循環(huán)風機和細粉分離器）及部分工藝管道，如果系統(tǒng)運行可靠，從理論上來講減少了故障點，其檢修費用同比將低于DW廠的三風機系統(tǒng)。
3.3系統(tǒng)的操作與系統(tǒng)的安全性能
立式磨的正常操作難度低于傳統(tǒng)的風掃磨或中卸磨系統(tǒng)，從操作層面來講，立式磨用于生料粉磨的難點在于初次調(diào)試過程中運行參數(shù)的摸索過程，以筆者體會，立式磨的調(diào)試關(guān)鍵在于以下幾點：
?。?）、磨機本身的制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量是決定立式磨調(diào)試及管理難度大小的一個關(guān)鍵前提。
?。?）、要根據(jù)各個工廠的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的實際情況重視和做好磨機基礎(chǔ)的設(shè)計和施工工作。
（3）、首次布料時料層宜偏厚，入磨物料粒徑以40～50mm居多為宜，系統(tǒng)風量宜偏上限控制，選粉機轉(zhuǎn)速宜偏小控制，喂料量控制在60～70%的范圍。以MLS3626磨機為例：首次布料厚度為120～140mm，喂料量在130～140t/h之間，磨機進口負壓控制在-500Pa左右，出口負壓控制在-7.5～-8.0kPa，選粉機轉(zhuǎn)速40%左右，研磨壓力約12MPa，有條件的話，磨機出口溫度最好控制在80℃以上。
在以上三點能夠保證的前提下，兩種系統(tǒng)的生料粉磨系統(tǒng)在操作層面不存在很大區(qū)別，相對而言，兩風機系統(tǒng)操作更簡便一點，而在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，筆者感覺，三風機系統(tǒng)相對更穩(wěn)定一些。
如前所述，在省略了循環(huán)風機后，兩風機系統(tǒng)對窯尾除塵設(shè)備、尾排風機和工藝管道都提出了更高要求，特別是窯尾除塵設(shè)備，需要對含塵濃度高達900g/Nm3的廢氣進行處理，同時還要承受甚至超過-10000Pa的壓力，其負荷之大是顯而易見的。在國內(nèi)已投入運行的兩風機系統(tǒng)中，不乏有窯尾收塵、匯風箱、工藝管道等工藝設(shè)備發(fā)生重大安全事故的例子，因此在系統(tǒng)安全性方面，兩風機系統(tǒng)還有進一步改進和提高的空間。如果窯尾除塵設(shè)備選擇阻力遠遠高于電收塵的袋式除塵器（兩者的壓損可相差1500～2000Pa，甚至更多），對廢氣處理系統(tǒng)將提出更高要求，到目前為止，尚未見到窯尾使用袋式除塵器的兩風機系統(tǒng)應(yīng)于生產(chǎn)實踐的報道。操作方面，對于兩風機系統(tǒng)，一定要嚴格控制入磨負壓，否則可能對系統(tǒng)的安全運行帶來危害。
4.結(jié)論與建議
4.1在現(xiàn)有工藝及裝備水平條件下，從投資角度看，兩風機系統(tǒng)相對于三風機系統(tǒng)不具有明顯優(yōu)勢，但伴隨處理高濃度、高負壓的靜電除塵設(shè)備的進一步成熟，市場競爭更加充分，兩風機系統(tǒng)的建設(shè)費用存在一個較大的下降空間，未來將會相對三風機系統(tǒng)形成優(yōu)勢。
4.2從長遠的角度講，兩風機系統(tǒng)通過減少裝備數(shù)量來減少故障點，在設(shè)計上進一步成熟和關(guān)鍵設(shè)備的制造水平進一步提高后，其運行效率是可以優(yōu)于三風系統(tǒng)的。從節(jié)能角度考慮，筆者建議對兩風機系統(tǒng)中的窯尾排風機使用節(jié)能調(diào)速技術(shù)，以降低窯尾排風機的電能消耗，進而單位產(chǎn)品的電耗水平。
4.3兩風機系統(tǒng)的安全性是目前設(shè)計與建設(shè)過程中需要著重考慮的一個問題，兩風機系統(tǒng)在設(shè)備選型、工藝管道設(shè)計等方面還可以進一步優(yōu)化和規(guī)范。對于技術(shù)力量不是很強的新建廠而言，筆者目前不推薦采用兩風機系統(tǒng)。
4.4在除塵設(shè)備因環(huán)保原因必須采用袋式除塵器的地區(qū)，因為使用袋式除塵器后會進一步提高系統(tǒng)對窯尾排風機、除塵設(shè)備本身及工藝連接管道的要求，筆者不主張采用兩風機系統(tǒng)。
4.5為了在窯產(chǎn)量較低的時候仍然能夠滿足生料粉磨系統(tǒng)風量的平衡，對于類似于HNLT的兩風機系統(tǒng)筆者建議考慮增加一路從尾排風機出口至磨機進口的循環(huán)風管。
參考文獻：
1.劉小海等 東吳2500t/d熟料生產(chǎn)線的設(shè)計與調(diào)試，新世紀水泥導(dǎo)報，2005，05，P14
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