中小水泥企业粉磨系统“节能减排”途径.doc

中小水泥企业粉磨系统“节能减排”途径摘要：水泥生产粉磨系统电耗占水泥生产总电耗的70%以上，而粉磨过程中的能量大部分转化为热耗而浪费掉。因此，粉磨系统的节能增效十分重要。尤其是在目前水泥工业产业结构调整的过程中，作为中小水泥企业节能环保技术改造的重点，一定要转移到粉磨系统的节能减排工作上来。关键词：中小水泥企业；粉磨系统；途径怎样做好粉磨系统的“节能减排”工作呢？从工艺技术角度讲，除常规提高磨机产、质量的办法之外，还应该把注意力集中到以下三个方面：一是粉磨设备节能；二是粉磨系统节能；三是多利用废弃物。 1 粉磨设备节能目前，我国中小水泥企业使用的粉磨设备仍旧是以球磨机为主，球磨机的粉碎机理属于单颗粒粉碎，物料之间的有效相互作用很少。受本身工作原理的限制，球磨机能量利用率很低，大部分能量没有用在物料的粉碎上，而是变成无用的热量散发和噪音危害被损失掉。在粉磨过程中，除粉碎做功之外，还要在物料压缩、流动等方面消耗一些能量。因此，低强度的粗颗粒粉碎后，磨内物料床层中细颗粒的数量增加，比表面积增大、受力面增加、应力变小、粉碎困难；而且，大颗粒周围被越来越多的细颗粒包围，起到缓冲垫层的作用，粉磨效率降低；这是球磨机工作时必须加强通风、及时排除细粉、减少过粉磨现象，或改开路流程为闭路粉磨等措施、能提高粉磨效率的道理所在。1.1 新型节能磨机取代传统球磨机在物料的粉磨中，物料床层的稳定非常重要。因此，近年来以料床粉碎理论而研制的立式磨、辊压机、筒辊磨等新型节能粉磨设备，在逐步或部分取代球磨机。（1）在球磨机中，物料的流动性好，难以形成稳定的料床.2）在立式磨中，物料上下受限、侧面自由，料床比较稳定，物料被压辊反复碾压。（3）在辊压机中，物料处在全部受限的状态，料床稳定，挤压力很大，但挤压机会仅有一次。（4）现代筒辊磨将物料集中在环形料槽之中，物料也处在几乎全部受限的状态，料床稳定，虽挤压力不如辊压机大，但对物料床层可以进行多次辊压，并实施料床粉碎。因此，这三种粉磨设备的能量利用率都比球磨机高，无论是水泥粉磨系统，还是矿渣微粉生产线，单产电耗低，节能效果十分明显。（详见表11）表11 不同粉磨设备能耗比较项目名称粉磨原理粉磨物料产品的比表面积 M2/Kg粉磨系统电耗Kwh/t球磨机闭路单颗粒粉磨及研磨P.O42.5Mpa水泥3503436辊压机+球磨机料层粉碎，一次挤压P.O42.5Mpa水泥3502830立式磨合成水泥部分料层粉碎及研磨P.O42.5Mpa水泥3502628筒辊磨闭路料层粉碎，多次挤压P.O42.5Mpa水泥3502426综上所述，有条件的水泥企业可以优先选用新型节能磨机取代传统球磨机，组成新型节能粉磨系统。1.2 节能改造措施除选用新型节能磨机取代传统球磨机此之外，因经济条件所限，目前无力淘汰球磨机的企业，也可以采用节能改造措施。（1）用大、中型球磨机取代小型球磨机工艺装备的大型化是世界水泥工业发展的总趋势。大型球磨机优势也十分明显：生产能力大、劳动生产率高；均化效果好、有利于提高比表面积和产品质量稳定；单产电耗低、生产成本低、综合效益好；有利于实现自动控制及与新型干法接轨。研究结果表明：球磨机产量与筒体有效内径D2.5成正比；球磨机单产电耗与筒体有效内径D0.1成反比。一般情况下，如果球磨机有效内径每增加0.2米，其他条件不变时，台时产量增加23%24%；单产电耗降低0.7%0.8%。在中小型水泥厂，淘汰2.2m以下的球磨机，尽量改用3m以上的球磨机，节能高产的效果会更加明显。（2）大型球磨机（3.5m）尽量选用滑履支撑球磨机与普通球磨机相比，滑履磨去掉了中空轴和主轴承，以在筒体两端安装的滑环代替了中空轴，滑环与滑履底座内的滑动轴承之间采用油膜润滑，取代了主轴承的功能。筒体支撑点的距离缩短，筒体的弯矩得到了减轻；而采用主轴承支承时，尤其是管磨机，筒体跨度长、弯矩大，联结中空轴与筒体的螺栓受剪切力的作用，容易产生断裂现象，这是球磨机安全运转的最大隐患。在实际使用中，与同规格球磨机相比，由于滑履磨没有主轴承，启动容易；物料从入磨到出磨的距离和时间相应缩短，在粉磨过程及其工艺参数没有明显变化，磨机产量提高10%以上，物料流动耗能减少。一般情况下，当研磨体装载量达到原装载量的90%时，就能够达到原来同规格球磨机的设计产量。实践证明，滑履磨是一种具有节能高产作用的新型球磨机。（3）小型球磨机（3.0m）的主轴承尽量采用滚动轴承以替代滑动轴承近年来随着国内滚珠轴承制造水平的提高，出现了专业生产轴承磨机的设备制造厂家，目前，3m以下的球磨机都可以改滑动轴承为滚动轴承。滚动轴承磨擦系数小，磨机启动容易，研磨体装载量普遍增加了1015%，磨机产量明显提高，单产电耗降低10%；同时，轴承润滑简单，节省润滑油，不易产生中空轴温升过高的现象，能够减少因筒体变形和同心度造成的电流波动和部件损坏等事故发生，维修工作量小、磨机运转率和使用寿命都得到提高。（4）采用配套节能部件和辅助设备利用现代节能技术，对球磨机配套部件和辅助设备进行节能改造，可提高磨机粉磨效率、减少辅助设备的能耗，如：安装新型节能衬板、筛分隔仓板、高效选粉机等；采用节能型设备替换现有辅助设备，或利用变频调速器或电机补偿装置等。 2 粉磨系统节能水泥生产是一个系统工程，增产节能工作受到多个环节的制约和影响，粉磨系统也不例外，尤其是在中小水泥企业的节能、环保技术改造中，必须对传统的水泥工艺生产技术和设计理念，有一个清晰、正确的认识。（1）工艺流程优化中小水泥企业建厂时，大多数采用的是传统的工艺设计，简称为 “两磨一窑二十库”，即：两个磨房、一个窑房，以及二十个左右的圆库（67个原料库、45个生料库、45个熟料及混合材料库、48个水泥库）。传统的工艺不仅生产线拉长，建、构筑物多，而且辅助设备装机容量大。按水泥年生产能力计算，万吨水泥装机容量在180200kw范围，即一条年产30万吨的水泥生产线，装机容量在54006000kw范围。近年来，中国建材工业经济研究会水泥专业委员会专家张朝发教授提出了现代LEE设计理念，其主要的创新点：将单一的储存库改为大型的预均化库或均化库，以及花瓣形联体的配料库；多功能均化、储存圆库的内径由68m增加到1020m，数量由20个左右减少到12个左右等等。万吨水泥装机容量降低到90100kw范围，即：一条年产30万吨的水泥生产线，装机容量减少到27003000kw范围。由于生产线上电机少了、装机容量降低了，因此，水泥综合电耗随之下降。在LEE设计理念中，粉磨系统的显著特点是，通风与除尘系统一体化，又被称为：集中收尘技术。该技术的要点是将库底输送设备改为箱式外壳的输送机，如：FU拉链机等；机壳下部输送物料，上部作为通风管道。库底通风系统与磨机通风系统连为一体，当球磨机工作时，库底输送系统形成负压运行，扬尘点自然消失。与此同时，在水泥粉磨系统采用“三高一优化”工艺技术，即：主机高效粉磨、辅机高利用率、分级设备高效选粉和优化粉磨工艺流程；再配合以“预粉碎技术”、“变频调速技术”及节能辅助设备等，使系统各项经济技术指标达到最佳。以球磨机粉磨系统为例，生料制备系统电耗可达到1216kwh/t；水泥粉磨系统运行电耗可达到2428kwh/t。（2）应用助磨剂技术水泥物料在粉磨过程中，加入少量的外加物质（气体、液体或固体），能够显著提高粉磨效率或降低能耗，这种外加剂通称为水泥助磨剂。自从1930年Goddard以树脂作为助磨剂在英国首先取得专利以来，先后被用作助磨剂的物质已有几十种。日本、美国、欧盟、东南亚和原苏联各国已经在水泥磨上几乎普遍采用了助磨剂。目前，国外水泥外加剂的使用比较普及，北美地区水泥助磨剂的使用比例高达85%，全球平均比例约为60%，而我国仅为20%左右。2007年我国水泥总产量将超过13亿吨，如果设想：有50的水泥生产过程应用水泥助磨剂技术，则可以实现：节电65亿kwh；节约标准煤855万吨；减少石灰石消耗8028万吨；减少粘土消耗1112万吨；多消耗工业废渣6175万吨；减排CO2气体6175万吨，减排SO2气体8.03万吨；节约耕地33330亩；节省废弃物占地30860亩；这将是一项惊人的节能减排成果。物料在磨机衬板和研磨表面上的吸附与物料本身之间的积聚存在着很大的区别。粉磨过程中，物料聚集的形成和发展有两个阶段，开始是小颗粒由于表面张力而具有较强的积聚力，粘附在大颗粒上或相互间粘附，形成的松散的积聚体，即 “结团”。在这种松散集聚体的基础上，进一步受机械应力作用，可发生类似于金属焊接那样的过程，使结构发生变化，晶格歪扭和变形。物料粉磨进入到这一阶段后，机械能将使物料发生积聚与粉碎，它本身交替地转换成表面能与结合能，出现“粉磨平衡”现象，物料的磨细过程将十分艰难，而粉磨电耗急剧增加。如果粉磨过程掺入助磨剂，在第一阶段就会发生作用，使结团解开，而第二阶段现象就不会出现或少出现。应用助磨剂技术，是以化学作用作为切入点，改善磨内物料的表面性能，获得分散度高、易磨性好的物料，从而，强化粉磨速度、提高粉磨效率。在常规试验条件下，保持相同粉磨物料、粉体助磨剂掺加量0.4%，改变水泥助磨剂不同助磨组分，对出磨水泥产品颗粒组成影响的试验结果见表21。表21 掺加不同助磨剂对水泥产品颗粒组成影响的试验结果粒径范围um8050803050203010205105表21 掺加不同助磨剂对水泥产品颗粒从上表试验结果可以看出，加入0.4%不同助磨组分的四种水泥助磨剂，都能使水泥产品的比表面积比不加助磨剂时提高20m2/kg以上，最高可以提高105m2/kg。从水泥产品颗粒组成来看，不掺助磨剂的水泥产品中30m颗粒含量仅有47.46%，明显偏低；掺入助磨剂的水泥产品中30m含量分别为：57.51%、59.10%、63.69%和70.08%，都接近或超过理论最佳颗粒组成，并且可以达到粉磨工艺的助磨作用。由于技术力量的限制，许多助磨剂生产和经销单位，仅仅推广其产品，而忽视粉磨工艺和粉磨物料的差异，对粉磨系统、磨机结构、研磨体、工艺操作参数等不进行针对性的调整，加之助磨物料的差异，以及助磨剂产品单一，对水泥生产工艺条件适应性不强，是造成使用效果不佳的主要原因。因此，我们水泥企业的粉磨工艺技术人员，必须主动参与助磨剂技术的应用研究中来，深入了解助磨剂的使用性能、应用条件，积极配合，并及时调整粉磨工艺参数，以用好助磨剂，发挥其应有的增产节能作用。3 利用废弃物我国每年排放各工业废弃物（包括黑色金属和有色金属尾矿）多达12亿吨以上。有些尾矿中含有较多的Al2O3、Fe2O3或微量元素，这就为发展低钙、低烧成温度的节能水泥和高效矿化剂提供了廉价原料。如果以工业废渣或尾矿为原料，开发的节能改性硅酸盐水泥在价格和性能上能与传统硅酸盐水泥竞争，则在今后20年内可以取代50%以上的传统硅酸盐水泥。这样，每年至少可多利用废渣或尾矿约2亿吨以上，真正实现循环经济的崭新局面。对于生料粉磨来说，配料方案的确定，是至关重要的事情。南京JT窑节能煅烧技术证明，以“高饱和比、高硅率、低液相、多晶种、多尾矿”的配料方案制备的生料，不仅有利于球磨机的节能高产，而且可以降低烧成温度、促进熟料矿物的形成。一方面节省了大量不可再生资源，另一方面使粉磨工艺和烧成工艺，双双降低能源消耗。对于水泥粉磨来说，在确保水泥质量、不影响水泥使用性能的前提下，多掺以工业废渣为主的混合材料，本身就是一项节约资源、降低能耗、保护环境的大好事。根据市场调查结果表明，在我国消费的水泥中，32.5级和42.5级水泥占90%以上。从2006年的水泥组分结构来看，接近8亿吨的熟料仅生产了12.36亿吨的水泥；平均一吨熟料生产一吨半水泥。如果我们采用一吨水泥生产23吨水泥的技术措施，实现相同的水泥产量，就可以节省23%50%的熟料，资源和能源消耗将大幅度的降低。只要中小水泥企业认真对待、积极配合，完全能够学会和掌握这