經(jīng)濟(jì)型礦渣微粉生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備配套
合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 楊 剛 劉恩睿 陶玲霞
礦渣一直作為水泥混合材使用，由于其原料含水量大，易磨性差，烘干后的粉磨粒度細(xì)化程度難以發(fā)揮活性要求，相當(dāng)部分顆粒僅起微集料作用。因此，現(xiàn)在多采用單獨(dú)粉磨的方式將礦渣磨至≥ 420m 2 /kg 比表面積的 微粉進(jìn)行配料，從而大幅度改善和提高水泥或混凝土的性能。但這種粉磨目前采用的工藝和設(shè)備較多，指標(biāo)參差不齊，一些企業(yè)套用常規(guī)水泥生產(chǎn)線的工藝及設(shè)備致使其產(chǎn)量低，能耗大，烘干煤耗高達(dá) 40kg/t ， 粉磨電耗 90kWh/t 以上， 技術(shù) 經(jīng)濟(jì)性有待提高。本文通過高效節(jié)能 烘干機(jī)、高細(xì)高產(chǎn)磨組成的礦渣開流粉磨系統(tǒng)的應(yīng)用，取得了較好的效果。
1. 粉磨工藝及系統(tǒng)配置
本系統(tǒng)以開路粉磨工藝為主，主機(jī)采用高效節(jié)能烘干機(jī)和高細(xì)高產(chǎn)磨，配以輸送、計(jì)量、收塵、儲(chǔ)存等組成獨(dú)立的礦渣粉磨系統(tǒng),成品比表面積 420m 2 /kg 。 若需加入石膏、粉煤灰之類物料，則另配相應(yīng)的破碎、配料和儲(chǔ)存等。全系統(tǒng)通過簡化工藝流程和主機(jī)設(shè)備性能的優(yōu)化，從而達(dá)到節(jié)省建設(shè)投資、降低生產(chǎn)成本的目的。其基本工藝流程見圖 1 ，年產(chǎn)礦渣微粉 18 萬 t 的工藝系統(tǒng)主要配置見表 1 。
用于礦渣烘干的高效節(jié)能烘干機(jī)及其配套在水泥廠已廣泛應(yīng)用。其揚(yáng)料特點(diǎn)、烘干機(jī)理和提供熱源的節(jié)煤型高溫沸騰爐結(jié)構(gòu)改進(jìn) [ 1] ，為高效節(jié)能烘干奠定了基礎(chǔ)。 Φ 2.4 × 18m 烘干機(jī)的運(yùn)行指標(biāo)為：礦渣入機(jī)水分 15~20% 、終水分< 1% ，產(chǎn)量 45t/h ，煤耗 < 18kg 。較常規(guī)同類型烘干機(jī)增產(chǎn) 120% ，節(jié)煤 60% 。同時(shí)，還 具有延長沸騰爐使用壽命 1.5~2 倍，可燃燒熱值在 3000 大卡 /kg的劣質(zhì)煤或爐渣、煤矸石等綜合效果。
礦渣成品直接由開流高細(xì)高產(chǎn)磨粉磨 產(chǎn)生。磨機(jī)結(jié)構(gòu)根據(jù)礦渣易磨性確定倉位長度、襯板和隔倉板形式以及研磨體直徑配比。表 1 配置在粉磨礦渣 96% + 石膏 4% 的單機(jī)產(chǎn)量可達(dá) 12.5t/h ，電耗≤ 65kWh/t ，相對(duì)于目前較多采用的閉路粉磨，減少了選粉及其配套設(shè)備的投資，工藝和操作控制簡單，高產(chǎn)節(jié)能優(yōu)勢明顯。包裝和儲(chǔ)存采用庫底或庫側(cè)散裝機(jī)散裝出廠，只需配置相應(yīng)的計(jì)量裝置，比袋裝成本少 20% 。
上述環(huán)節(jié)從整體上體現(xiàn)了系統(tǒng)工藝的簡捷、流暢和可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。大大縮短了建設(shè)周期，例 如江陰華西混凝土有限責(zé)任公司新建年產(chǎn) 20 萬噸礦渣微粉生產(chǎn)線，僅用 4 個(gè)月即完成設(shè)計(jì)和試車投產(chǎn)，達(dá)到了較好的 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與物料平衡
2.1 工藝設(shè)計(jì)
生產(chǎn)線建設(shè)應(yīng)選擇在距礦渣來源較近，運(yùn)輸方便，產(chǎn)品銷售半徑內(nèi)的應(yīng)用量與生產(chǎn)能力相適應(yīng)，同時(shí)，在確保現(xiàn)有生產(chǎn)布局緊湊、工藝流暢的前提下，還要滿足長遠(yuǎn)發(fā)展的需要。一些廠的前期規(guī)模大多為擴(kuò)大生產(chǎn)留有余地，設(shè)計(jì)中一般都從平面總圖、儲(chǔ)存與配料以及粉磨(如預(yù)粉磨)設(shè)備的添置與更新幾方面預(yù)設(shè)場地空間。因此，物料的平衡、輸送、儲(chǔ)存等計(jì)算選型也應(yīng)綜合考慮。寧波新港礦渣微粉有限公司年產(chǎn) 30 萬 t 礦渣微粉生產(chǎn)線，為適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模和高細(xì)粉磨的需要而預(yù)留擠壓機(jī)進(jìn)行礦渣預(yù)粉磨的 總圖設(shè)計(jì)見 圖 2 。
輥壓機(jī)作為預(yù)粉磨的有效設(shè)備，在礦渣微粉生產(chǎn)中逐漸應(yīng)用。江陰綺星水泥有限公司采用輥壓機(jī)和打散分級(jí)機(jī)先將礦渣預(yù)粉磨至 200m 2 /kg 左右比面積，即相當(dāng)于磨機(jī)第一倉的細(xì)度， 再由高細(xì)磨、選粉機(jī)組成的閉路系統(tǒng)粉磨至成品，從而提高粉磨產(chǎn)量，降低產(chǎn)品電耗，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。寧波新港礦渣微粉有限公司年產(chǎn) 30 萬噸生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，也預(yù)留了輥壓機(jī)預(yù)粉磨工藝。
隨著水泥生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，一些立窯水泥企業(yè)關(guān)停后利用其設(shè)備設(shè)施改建為礦渣微粉生產(chǎn)線，原有的廠房、儲(chǔ)庫、設(shè)備等資源是降低生產(chǎn)線投資的有利條件，合肥恒利建材有限公司礦渣微粉生產(chǎn)線除新置烘干、粉磨及其配套設(shè)備外，磨房、烘干機(jī)房、生料庫及輸送設(shè)備等均利用原水泥廠生產(chǎn)設(shè)施，節(jié)省建廠投資近 50% ，經(jīng)濟(jì)性更好。
2.2 物料平衡計(jì)算
年產(chǎn) 20 萬 t 礦渣微粉生產(chǎn)線按系統(tǒng)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率 82 % ，年運(yùn)行 300d 計(jì)算，物料平衡見表 2 。
表2 年產(chǎn) 18 萬噸礦渣微粉物料平衡計(jì)算
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物料 |
初 / 終水分 /% |
配比 /% |
干料 /t |
濕料 /t |
儲(chǔ)存 |
|||||
|
h |
d |
a |
h |
d |
a |
規(guī)格 /m |
儲(chǔ)期/d |
|||
|
礦渣 |
20/1 |
96 |
24 |
576 |
172800 |
29.7 |
712.8 |
213840 |
40 × 60 堆棚（濕） |
63.4 |
|
石膏 |
5/1 |
4 |
1 |
24 |
7200 |
1.04 |
25.01 |
7503 |
Ф 5 × 15 |
7.8 |
|
成品 |
＜ 1 |
100 |
25 |
600 |
180000 |
|
|
|
2-Ф 10 × 26 |
4.3 |
|
煤 |
8/2 |
|
0.45 |
10.8 |
3240 |
0.48 |
11.50 |
3451 |
|
|
注：成品計(jì)算不包括摻入 7.5% 粉煤灰;煤的平衡按 t 產(chǎn)品消耗 18Nkg 計(jì)算。
3 生產(chǎn)運(yùn)行控制
3.1 烘干
礦渣入磨水分對(duì)輸送、儲(chǔ)存尤其是粉磨都有影響，比表面積 > 420m 2 /kg 的粉磨過程中，磨溫較高，靜電吸附增強(qiáng)，更加劇了水分的影響作用，因此，入磨水分要求控制為 0.5 ～ 1.0% 。許多烘干設(shè)備達(dá)到這個(gè)水分并不難，但最大幅度地提高烘干能力，降低煤耗，是節(jié)省運(yùn)行成本的關(guān)鍵。此外，烘干方式不當(dāng)也會(huì)影響礦渣的活性，如逆流式烘干，其出料端的料溫與熱煙氣溫度較高，使礦渣的活性容易降低。與順流式烘干相比，其活性指標(biāo)下降 12~15% ，從而抑制了超細(xì)粉磨對(duì)礦渣活性的再提高。 本系統(tǒng)采用的 順流式高效節(jié)能 烘干機(jī)， 根據(jù)物料性質(zhì)改進(jìn)了揚(yáng)料結(jié)構(gòu)，通過料幕的形成加快烘干速率，進(jìn)料端起預(yù)熱作用，溫度為 700 ～ 900 ℃，出料端為降溫階段，料溫不超過 60 ℃，原料水分只在烘干段被有效排除，因而礦渣活性不受影響。高溫翻騰爐采用小爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱力強(qiáng)度高，從而降低煤耗，提高熱能利用率及燃燒劣質(zhì)煤等效果實(shí)現(xiàn)烘干的低成本運(yùn)行。
3.2 原料除鐵
礦渣中的鐵質(zhì)和難磨特性使磨機(jī)襯板、研磨體的磨損比粉磨水泥要嚴(yán)重得多，隨著物料含水量的減少，料溫也逐漸下降，磨前需配備除鐵裝置。一般在烘干機(jī)出料輸送皮帶下面加設(shè)電磁滾筒，皮帶上部懸吊電磁除鐵器，物料在輸送的同時(shí)即可基本清除料層中的鐵質(zhì)，使磨損的程度降至最低，也有利于提高產(chǎn)品的純度。
3.3 磨機(jī)結(jié)構(gòu)和粉磨參數(shù)
磨機(jī)的襯板、研磨體配比、倉位設(shè)置等結(jié)構(gòu)，根據(jù)礦渣易磨性確定。通常而言，礦渣磨設(shè)為三倉，易磨性好的物料對(duì)襯板帶料能力要求不高，研磨體平均段徑也偏小。一倉可采用大波紋襯板，隨著各倉的細(xì)度變化，其余各倉相應(yīng)改為小波紋襯板、平襯板或分級(jí)襯板，以滿足研磨體變小而增大與物料的接觸面積，同時(shí)在第三倉加設(shè)活化襯板，起調(diào)節(jié)物料流速和料層厚度的作用。
粉磨及其收塵采用強(qiáng)力通風(fēng)，既抑制磨機(jī)過粉磨現(xiàn)象，也有利于降低磨內(nèi)溫度。但過高的磨內(nèi)風(fēng)速易加快物料流速，使細(xì)磨能力降低，收塵壓力增大。高細(xì)高產(chǎn)磨粉磨礦渣的通風(fēng)量因?yàn)?6000-12000m 3 /h ，故可比同規(guī)格水泥磨相對(duì)偏小。烘干和粉磨的主要工藝參數(shù)見表 3 。
表 3 年產(chǎn) 15~18 萬 t 礦渣微粉生產(chǎn)線的烘干和粉磨操作控制參數(shù)
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烘 干（Φ 2.4 × 18 m ） |
粉 磨 |
||||
|
入機(jī)水分 % |
15 ~ 20 |
磨機(jī)規(guī)格m |
Φ 2.4 × 13 - 2 |
襯板形式 |
5 種 |
|
出機(jī)水分 % |
0.5 ~ 1.0 |
成品比面積 |
≥ 420 |
活化襯板 |
4 ～ 5 圈 |
|
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量 |
45~48 |
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量 t/h |
(12 ~ 14)×2 |
研磨體規(guī)格 mm |
Φ 16 × 18 ~ Φ 8 × 8 |
|
單位煤耗 Nkg/t |
16 ~ 18 |
磨機(jī)電耗 kWh/t |
58 ~ 65 |
球料比 |
5.2 ~ 5.7 |
|
廢氣排放 mg /Nm 3 |
≤ 50 |
磨機(jī)倉數(shù) |
3 倉 |
磨內(nèi)風(fēng)速 m/s |
0.8-1.0 |
|
烘干機(jī)風(fēng)量 |
46000 ~ 50000 |
隔倉板形式 |
內(nèi)篩分式 |
磨機(jī)風(fēng)量 |
8000-10000 |
3.4 礦渣微粉出磨溫度偏高的解決方法
粉磨礦渣微粉時(shí)，由于成品的高比表面積要求及較難的易磨性有別于水泥粉磨，致使礦渣在磨內(nèi)停留時(shí)間增長。如果襯板帶料能力過強(qiáng)，會(huì)加劇研磨體與襯板;研磨體與研磨體之間的劇烈撞擊，從而產(chǎn)生熱能釋放。經(jīng)過較長時(shí)間的疊積，加之筒體散熱不足，造成礦渣微粉料溫升高，一般多為 80~175 ℃，嚴(yán)重時(shí)不但影響礦渣微粉的活性發(fā)揮，當(dāng)物料溫度經(jīng)中空軸傳導(dǎo)致巴式合金軸瓦時(shí)，會(huì)使其溫升過高，易造成燒瓦現(xiàn)象。磨機(jī)規(guī)格越大其筒體表面積點(diǎn)其總?cè)莘e的比例減少，致使料溫偏高現(xiàn)象更加明顯。其解決辦法見表 4 所示。
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序號(hào) |
解決的方法及措施 |
|
1 |
適當(dāng)選擇烘干機(jī)出機(jī)水份：Φ 1.8~ Φ 3.2 的不同磨機(jī)選用： 0.5~1.5% |
|
2 |
筒體外部淋水降溫：對(duì)其筒體外表淋水可降低溫度 10~15% |
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3 |
適當(dāng)加強(qiáng)磨內(nèi)通風(fēng)：由于礦渣流動(dòng)性好，在保證表面積要求的基礎(chǔ)上適當(dāng)將風(fēng)壓增加 10% |
|
4 |
對(duì)磨機(jī)出料端中空軸內(nèi)位置進(jìn)行隔熱處理：采取隔熱的方法切斷物料溫度傳導(dǎo) |
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5 |
磨內(nèi)霧化噴淋方式：在磨內(nèi)加設(shè)霧化噴淋裝置使其料溫遇水蒸發(fā)降低其出磨溫度 . |
|
6 |
選用帶高效選粉機(jī)的閉路系統(tǒng)：出磨礦渣微粉經(jīng)高效選粉機(jī)的冷空氣分選，可降低成品溫度約 20~30% |
3.5 生產(chǎn)效果與投資比較
采用本系統(tǒng)生產(chǎn)或在建的不同規(guī)模的生產(chǎn)線主機(jī)配置及其生產(chǎn)效果見表 5 。與通常的球磨機(jī) + 選粉機(jī)閉路系統(tǒng)投資及其生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比見表 6 。
表 5 主機(jī)配置及其生產(chǎn)效果(成品比面積 420~450m 2 /kg )
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生產(chǎn)廠 |
年產(chǎn)規(guī)模/ 萬 t |
高效節(jié)能烘干機(jī) |
高細(xì)高產(chǎn)磨 |
建設(shè) |
||||
|
規(guī)格 m |
產(chǎn)量 t/h |
規(guī)格 m |
產(chǎn)量 /t/h |
電耗 kWh/t |
周期 |
|||
|
江蘇江陰華西混凝土有限公司 |
20 |
Φ 2.4×18 |
45 ～ 55 |
2- Φ 2.4×13 |
12 ～ 14 |
|
4 個(gè)月 |
|
|
寧波新港建材科技 有限公司 |
30 |
Φ 3×20 |
60 ～ 68 |
2- Φ 3.2×13 |
22 ～ 25 × 2 |
|
在建 |
|
|
北京上聯(lián)首豐建材廠 |
15 |
Φ 2.4×14 |
38 ～ 40 |
2- Φ 2.2×11 |
9 ～ 11 × 2 |
|
8 個(gè)月 |
|
|
浙江余姚明峰建材公司 |
15 |
Φ 2.2×14 |
26 ～ 28 |
Φ 3.2×13 2- Φ 1.83×7 |
22 ～ 24 |
|
5 個(gè)月 |
|
|
浙江湖州天澤利礦渣微粉公司 |
10 |
Φ 2.2×14 |
24 ～ 25 |
Φ 2.4×13 |
12 ～ 15 |
|
4.5 個(gè)月 |
|
|
浙江杭州高強(qiáng)微粉有限公司 |
10 |
Φ 2.2×12 |
25 ～ 27 |
Φ 2.2×7.5 |
4.8 ～ 5.6 |
|
6 個(gè)月 |
|
|
河北豐潤永基建材廠 |
10 |
Φ 2.2×14 |
24 ～ 25 |
Φ 2.4×13 |
13 ～ 15 |
|
6 個(gè)月 |
|
|
江蘇南京江濱微粉科技有限公司 |
15 |
Φ 2.2×14 |
25 ～ 26 |
2- Φ 2.4×9.5 |
8.5 ～ 9.5 × 2 |
|
8 個(gè)月 |
|
|
浙江杭州三洋建材公司 |
12 |
Φ 2.2×14 |
26 ～ 28 |
2- Φ 2.2×11 |
8 ～ 9.5 × 2 |
|
8 個(gè)月 |
|
|
浙江湖州新市微粉有限公司 |
8 |
Φ 1.5×12 |
14 ～ 15 |
2- Φ 2.2×7.5 |
6.8 ～ 7.1 × 2 |
|
4 個(gè)月 |
|
|
河南西峽水泥有限公司 |
10 |
Φ 2.2×14 |
26 ～ 28 |
Φ 2.6×13 |
14 ～ 16 |
|
在建 |
|
|
安徽合肥清雅商貿(mào)有限公司 |
15 |
Φ 2.4×18 |
45 ～ 50 |
Φ 2.6×13 |
24 ～ 26 |
|
在建 |
|
4 結(jié)束語
上述系統(tǒng)所配置的烘干機(jī)、高溫沸騰爐和球磨機(jī)等主機(jī)設(shè)備，均可在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上加以改造，使其具有高效節(jié)能烘干和高細(xì)高產(chǎn)粉磨的生產(chǎn)效果;系統(tǒng)無需選粉機(jī)，工藝和操作控制顯得簡單;礦渣成品由球磨機(jī)完成，對(duì)于多臺(tái)閑置磨機(jī)，可以通過串聯(lián)或并聯(lián)等方式加以充分利用，工藝布置靈活。因此，從降低設(shè)備投資、縮短建廠周期和高產(chǎn)、低耗等方面體現(xiàn)了生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
表 6 相同生產(chǎn)規(guī)模的 2 種工藝設(shè)備投資對(duì)比(萬元)
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項(xiàng) 目 |
高效節(jié)能烘干機(jī) +開流高細(xì)高產(chǎn)磨 |
球磨機(jī) + 選粉機(jī)閉路系統(tǒng) |
備 注 |
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系統(tǒng)指標(biāo) |
年產(chǎn)規(guī)模 19 萬 t ， 成品比面積 420~450m 2 /kg配料比 / % ：礦渣 88.5 ：粉煤灰 7.5 ：石膏 4 |
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石膏破碎 |
45 |
45 |
|
|
|
烘 干 |
150 |
150 |
|
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粉 磨 |
球磨機(jī) |
220 （ Φ 3 × 13m ） |
180 （ Φ 2.6 × 13m ） |
|
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選 粉 |
— |
70 |
|
|
|
成品儲(chǔ)存及包裝 |
65 |
65 |
|
|
|
其 他 |
20 |
35 |
|
|
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總投資 / 萬元 |
500 |
610 |
|
|
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總裝機(jī)功率 |
2250 |
2540 |
|
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粉磨系統(tǒng)電耗 |
68~70 |
65-68 |
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礦渣原料的烘干是超細(xì)微粉生產(chǎn)的前提條件，要求嚴(yán)格控制入磨水分低于 0.5 ～ 1.0% ;成品由開流高細(xì)高產(chǎn)磨產(chǎn)生，磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)應(yīng)滿足于礦渣特性的要求，最好在易磨性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上確定;礦渣的活性指標(biāo)直接影響產(chǎn)品的應(yīng)用效果，原料的合理選擇也是生產(chǎn)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。本文通過 10 多條礦渣微粉生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、運(yùn)行實(shí)踐，對(duì)此積累了經(jīng)驗(yàn)，證明了運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。值得推廣應(yīng)用。
