节能减排趋势下大型立式辊磨机的开发应用与优化设计

/节能减排趋势下大型立式辊磨机的开发应用与优化设计（一）1开发大型立式辊磨机的必要性石化、冶金、建材、矿山等行业不仅是国民经济的紧要支柱产业，同时也是工业能源消耗的重要行业，占工业总能耗的35%以上。以能源为重要输入、以更改物料物理状态为加工目标的大型高耗能设备在这些行业的节能减排中占有举足轻重的地位。我国的水泥工业近年来有很大进展，水泥年生产量位居世界第一，随着经济社会日益增长的需求，国内外水泥厂的规模愈来愈大，从而要求全部单机的规格大型化。从国内、外市场看对大型立式辊磨机需求量越来越大，因此搞好日产5000～10000t水泥生产线用大型立式辊磨机的开发工作，可结束我国大型立式辊磨机倚靠进口的局面，填补国内空白。截至2023年底国内投产的新型干法水泥生产线有900条左右，新型干法水泥生产的水泥比例达到55%，我国水泥行业“十一五”进展规划中明确要求：2023年新型干法水泥比重提高到70%。以先进料床粉磨原理为基础的立磨，比现在广泛应用的基于冲击碎裂原理的球磨节能20%以上，存在很大节能优势。几乎全部新建新型干法水泥生产线都采纳立磨作为首选粉磨设备，老厂也在渐渐实现从球磨到立磨的设备升级。大型立式辊磨机具有较大的市场需求量，有特别好的市场与广阔的进展前景。2大型立式辊磨机的特点2.1节能减排大型立式辊磨机粉磨效率高、单机产量大，电耗比一般管磨机低20%～30%，由于磨机是负压操作，粉尘排放量比管磨机降低30%～40%。2.2节省国家自然资源大型立式辊磨机占地面积小，自动化程度高，管理费用低。2.3环保性能好生料系统为负压操作，有利于环境保护，改善工作条件，噪音比管磨机一般小10dB。2.4烘干本领大由于物料在立磨内悬浮效果好，因此即使入磨物料水分达10%以上时，出磨物料细度、水份都能达到设计要求。2.5工艺流程简单大型立式辊磨机正常工作时入磨物料粒度在100～120mm之间，因此可提高碎裂机的碎裂本领，简化碎裂工艺流程，削减了粉尘排放量。3我国大型立式辊磨机的进展情形在国外新型干法水泥厂的建设中，立磨已广泛用于生料和煤的粉磨，其设备占有率超过90％以上。目前国际上有代表性的立磨有以下5种：（1）由德国莱歇（Loeshe）公司生产的LM型立磨；（2）由德国兄弟Pfeiffer公司生产的MPS型立磨；（3）由德国保利休斯（Polysis）公司制造的RM型立磨；（4）由丹麦F.L.Smidth公司制造的Atox型立磨；（5）由日本KobeSteel公司生产的OK型立磨。以上几家基本垄断了日产5000t以上水泥生产线用大型立式辊磨机的市场，近来十年来，立磨在技术上有很大的改进，世界各大公司均致力于立磨的大型和超大型化进展，以充足世界上水泥工业大型化对设备的需求。除了先进的工艺和设备，国外先进立磨系统还配备了用于工艺生产过程调整和操作优化的智能掌控系统，如POLICID工艺生产过程掌控系统和POLEXPERT智能化的工艺掌控专家系统，该自控系统的配置可实现粉磨系统牢靠的监测，调整掌控和操作的优化。总体来看，国外针对大型高耗能设备在设计、系统成套、参数优化、运行优化各个方面都开展了富有成效的工作，值得我们借鉴和学习。北方重工集团有限公司沈阳重型机器厂上世纪八十时代从德国Pfeiffer（非凡）、BABCOCK等公司引进了大型立式辊磨机、中速磨煤机等技术，已形成日产2000～5000t以上规模新型干法水泥生产线重要设备成熟的设计技术和制造本领。日产5000t以下水泥生产线的重要设备已完全取代进口，装备了国内外数百家大中型水泥厂。公司日产2000t以上规模水泥生产线的重要设备均具有成熟的设计和制造本领，其中原材料和熟料大型立式辊磨机等产品为引进技术。经过长期的消化汲取，已经形成强大的自主创新本领。2023年，沈重牌水泥大型立式辊磨机获中国名牌产品称号。目前已形成日产2000～5000t以上规模新型干法水泥生产线的重要设备成熟的设计技术和制造本领。日产万吨以下水泥厂的重要设备已完全取代进口，装备了国内外数百家大中型水泥厂。沈重水泥设备分公司是国内目前大型立式辊磨机的重要生产厂家，经过长期的消化汲取，已经形成强大的自主创新本领。其中自主开发的日产5000t新型干法水泥生产线主机设备和系列矿渣大型立式辊磨机已经批量进入市场。并已经具备了设备成套本领，产品远销到秘鲁、越南、巴基斯坦、哥伦比亚、哈萨克斯坦等国家，截止2023年，已经向国内外顾客交付300余台系列大型立式辊磨机等产品，水泥生料立磨国内市场占有率70%以上。1大型立式辊磨机目前存在的问题我国已经具有大型立式辊磨机生产本领，国产立磨在国内应用推广存在的问题之一是源于国外的设计，对国内原材料性质波动幅度大的情况难以适应；还有就是缺乏有效的掌控系统，的确地说，是缺乏能够结合工艺的调整掌控和操作优化系统。造成国产立磨的实际应用效果倚靠于原材料情形和DCS集成商与最后用户操作人员的水平，其节能优势未能充分发挥作用。由于立磨设计技术和优化掌控属各立磨制造企业的商业隐秘，核心技术很难引进，制约着立磨粉磨系统的应用效果；进口立磨及其掌控系统产品价格昂贵，高于国产设备一倍以上，我国企业难以承受，不便推广和应用；国内生产过程本身是粗放型的，生产条件变化范围大，运行工况常常显现波动，国外已有的立磨掌控系统并不完全适合于我国的原材料和工艺情况，往往显现“水土不服”的现象，难以发挥效用。我国从上世纪80时代开始多家单位引进国外立磨，并不断消化、汲取形成了我们本身的大型立式辊磨机设计、生产本领。但国产立式辊磨与国外先进立磨相比能耗仍至少高5%，原因在于：（1）设计方面缺少系统理论和基础数据支持，导致我国立磨对于原材料波动适应性较差，能源利用率不高；（2）系统匹配问题，构成粉磨系统的设备来自多个不同国内厂家，相互匹配欠佳，难以达到整体效率最佳；（3）运行掌控方面，缺少适应性运行优化支持，在原材料波动和产量变动情况下粉磨系统稳定性和能效不高。必需针对我国工业现状研制具有自主学问产权的用于水泥工业的节能型大型立式辊磨机及其运行掌控系统，其意义在于：提高我国粉磨机械设计水平，提高制造企业核心竞争力；保障立磨应用效果，由于推广立磨在水泥行业的推广应用；降低水泥、煤炭、电力企业生产的能耗水平，提高企业竞争力；促进水泥、煤炭、电力等行业节能降耗目标的实现。2大型立式辊磨机的优化设计2.1面对节能的大型立式辊磨机结构优化设计（1）讨论磨辊直径与宽度对物料粉磨的影响优化磨辊结构，对磨盘座及压力框架与磨辊辊体等重要承载的大型部件进行静、动态载荷下的结构分析与结构设计、有限元计算，优化磨盘、磨辊结构。（2）讨论粉磨压强对物料粉磨的影响，将粉磨压强由引进技术时的450kN/m2提高至630kN/m2，在相同工况下，估计产量可以提高15%～20％，产量的提高预示着单位电耗的降低，从而实现节能目标。（3）讨论当代先进的静、动态高效选粉机，引进国外先进技术，对选粉机进行优化设计，从而降低选粉机内部的循环负荷，提高磨机选粉效率。（4）改内循环设计为外循环设计，喷口环风速降低至40～60m/s，估计磨内压差可以降低15%～30％，入磨风量可以削减10％，从而降低系统风机的电耗，实现节能的目标。2.2粉磨系统参数优化设计（1）讨论料床厚度、磨盘风速等对物料粉磨的影响，找寻最佳的工艺参数，让磨机在稳定运行的情形下，电耗达到最低点。（2）讨论磨辊与磨盘衬板曲率对粉磨本领、单位电耗的影响，适当加添磨辊的曲率半径，确定最佳的研磨曲率，实现提高产量降低电耗的目的。2.3粉磨过程工艺掌控大型立式辊磨机粉磨系统成套掌控系统，实现粉磨过程工艺掌控，达到立磨系统在原材料波动和工作点变动情况下的稳定运行。实在包括：（1）总风量、出口风温、磨内压差等工艺回路调整掌控。（2）饱磨、空磨及其它异常工况判定处理。2.4实现台时产量最优化大型立式辊磨机系统在线操作优化系统，依据实际生产产品规格/品种、喂料品质，确定最佳风量、磨辊压力、给料量以及分别器转速，实现台时产量最优化。（1）生产单一规格产品时，通过调整风量、磨辊压力、给料量以及分别器转速，以适应原材料品质波动和工况扰动；（2）生产多种规格产品时，通过粉磨压力、磨机风量以及分别器的转速调整，以适应于产品规格更改。3优化设计大型立式辊磨机在工业领域节能减排中的紧要意义节能降耗是我国经济社会进展的必定选择，是科学进展观的基本要求。我国工业进展面临的当务之急是如何降低能源和资源消耗，提高资源利用效率，建设资源节省型社会，实现可持续进展。水泥行业是我国节能降耗重点行业之一，其能耗占到全国总能耗4.7%。在水泥生产成本中，能耗成本占到60%以上，其中电耗占总成本的20%～30%，而粉磨电力消耗约占总电耗的60%。立磨与目前广泛使用的球磨相比具有明显优势，这种新型粉磨设备大大提高了粉磨效率，使水泥生料粉磨电耗从过去的20kWh/t降为13～15kWh/t。水泥粉磨电耗从过去35～40kWh/t降为25～30kWh/t。与过去传统的球磨机相比，节电30%左右。因此，推广阔型立式棍磨机在水泥行业的应用对于水泥行业实现节能降耗具有紧要意义。实现新型节能立磨推广应用80%，按吨水泥综合电耗100kWh/t，其中粉磨电耗占60%，我国水泥产量按2023年的12.36亿t计，则每年节电80%10060%30%12.36=178亿kWh。以日产2500t水泥生产线为例，每年节电10030%2500300=22500000kWh，按辽宁省水泥行业平均电价0.558元/kWh计算，每年可直接为应用企业节省成本1255万元。大型立式辊磨机的节能设计与运行优化，能有效降低设备的能耗，从而促进相关行业节能降耗目标的实现，并给应用企业带来可观的经济效益；有利于打破国外的高技术垄断，形成我们独立自主的高技术产业；有利于提升我国装备制造业的科技创新本领，提升我国