多措并举降低水泥温度
水泥 王辉、柳拉、蒋怛、王景龙 2023-10-31
摘要：水泥温度是水泥粉磨的重要指标。球磨机生产水泥出现温度高，在磨内粉磨过程中造成磨内温度高，静电吸附严重。现在主要通过添加工业副产品脱硫石膏调整凝结时间，但因温度高造成脱硫石膏脱水，水泥产生假凝，严重影响水泥质量。目前传统PO42.5水泥市场已经饱和，各企业均通过技术研发低碱水泥，降低水泥温度；我公司为着力解决水泥温度高的问题，经调研市场发现：使用冷却器降低水泥温度效果较好，水泥温度能降低30度左右；通过水泥多管螺旋组合式水泥冷却器进行降温，其降温原理是每根螺旋就是一个单独的提升式冷却器。单机主体由转子、壳体、轴承座、驱动装置等组成。在循环水进出口及水泥进出料口分别设置有温度传感器，以监测循环水及水泥的温度变化，现场控制柜能够显示实时温度。运行过程使用全自动分料阀进行分料，冷却器顶部加收尘管道，使设备内部保持负压环境，杜绝出现冒灰。全自动除渣器安装于冷却器底部，沉积的碎球碎锻，依次通过控制机构与料渣分离机构，分离的水泥再回到流程里去，而分离的渣外排，整个过程由PLC自动控制，无需人工干预。利用流态化技术将高温水泥充分流态化。将流态化的水泥均匀分配至各管。在分料的同时，将可能存在的碎球碎锻预沉积，为后续的清除创造条件。分料还需保证合理的结构，在高效的同时能减少物料堆积。同时采用在斜槽外壳体安装冷却水管、水泥倒库等措施，更进一步降低水泥温度。通过以上措施，能有效地降低水泥温度，满足客户的要求。
关键词：水泥温度 冷却器 斜槽降温 倒库
1 前言
我公司现有一条5000t/d水泥熟料生产线、一条4500t/d水泥熟料生产线，均采用新型干法生产工艺。与熟料生产线配套水泥粉磨线共5条，其中一线水泥磨现有三套水泥粉磨系统，每套系统组成为：JY140-100辊压机（2×560kW）+ Ø 4.2×13m（3550kW）球磨机，组成联合半终粉磨开流系统，设备配置见表1。
表1 水泥磨系统配置
目前单套系统生产P•O42.5水泥系统台时140t/h。由于现有水泥磨系统均采用的是辊压机闭路系统、磨机开流系统，导致磨内的过粉磨现象严重（＜3μm颗粒占比大于10%），合格产品不能及时出磨，粉磨效率低、单位电耗高、球耗大，且出磨水泥温度高、平均115℃，夏季最高温度可达135℃，严重影响了水泥质量，造成脱硫石膏脱水，水泥产生假凝，不能满足客户需求（客户要求出厂水泥温度要在65℃以下）；进而影响到混凝土质量和施工性能，如：水化加快，外加剂相容性变差等。
我公司位于关中平原地区，夏季时出磨水泥温度高。为了不影响水泥质量，我公司每年夏季被迫提高熟料配比（与冬季相比提高约2%的配比），熟料配比提高后，又导致磨机产量降低、电耗增加，导致生产成本大幅增加。根据水泥发货系统的反馈，由于出磨水泥温度高，导致袋装水泥卸车困难，影响公司品牌形象及市场口碑。因此，我公司急需对现有水泥磨温度进行降温、提升企业竞争能力。
我公司采取了以下措施来降低水泥温度后，低碱水泥通过冷却器后温度预计降低到83℃左右，低碱水泥从冷却器进入库内，温度可以降低10℃左右，在从水泥库底出库通过斗提进入散装仓（斜槽上安装冷却水箱），再通过散装仓底斜槽倒入斗提循环（倒库），物料温度降低8℃左右，在进行出库倒入散装仓，出厂水泥温度可降低至65℃以下。
2 降低水泥温度的措施
2.1 利用水泥冷却器降低水泥温度
通过考察调研发现，目前在线使用的水泥降温设备多为螺旋提升式冷却器，其缺点有：筒体直径偏大，螺旋线速度高，磨损消耗和单位能耗也相应较高；运行效率较低，其有效螺旋使用面积还不足截面积的10%；设备体积大，加工制造及运输相对困难，对生产场地及工艺布置要求也较高；采用外循环水，水汽直接外排，不利于节水和环保。基于这些原因，经过比较最终选择了多管螺旋组合式水泥冷却器。
多管螺旋组合式水泥冷却器，采用水冷的方式对出磨水泥进行降温。其结构原理类似于螺旋提升式水泥冷却器，主机内部设有垂直螺旋，水泥在螺旋带动下沿筒体向上提升，同时被离心力压在筒壁，与筒壁外的冷却水进行热交换，从而实现高温水泥快速降温的目的[1]。多管螺旋组合式水泥冷却器可以采用4~8管螺旋组合的形式，每管螺旋就是一个单独的提升式冷却器。我公司采用的SLZ500-7型水泥冷却器是七管螺旋组合式水泥冷却器；该水泥冷却器包括以下部分：七个独立管螺旋、组合底座1个、分料器1个、集料器1个、上固定装置1套、水管路1套、压缩空气管路1套、喂料装置7套、配套电器设备等。如图1所示：
图1 水泥冷却器
冷却器的控制系统：在循环水进出口及水泥进出料口分别设置有温度传感器，以监测循环水及水泥的温度变化，现场控制柜能够显示实时温度。运行过程使用全自动分料阀进行分料，冷却器顶部加收尘管道，使设备内部保持负压环境，杜绝出现冒灰。全自动除渣器安装于冷却器底部，沉积的碎球碎锻，依次通过控制机构与料渣分离机构，分离的水泥再回到流程里去，而分离的渣外排，整个过程由PLC自动控制，无需人工干预。利用流态化技术将高温水泥充分流态化。将流态化的水泥均匀分配至各管。在分料的同时，将可能存在的碎球碎锻预沉积，为后续的清除创造条件。分料还需保证合理的结构，在高效的同时能减少物料堆积。
冷却器的安装位置：对水泥粉磨系统而言，大致可选择在以下几个位置进行安装：（1）紧贴磨尾，出磨水泥直接进入冷却器；（2）出磨水泥经成品输送斜槽输送至冷却器；（3）成品库库顶。这是三处比较理想的安装位置，都可使出磨水泥在入库前得以充分冷却。我公司决定在出磨水泥成品斜槽至水泥入库提升机之间安装水泥冷却器，如图2所示，出磨水泥通过输送斜槽可以全部或部分截流至冷却器进行冷却后入库。
图2 水泥冷却器的安装位置
水泥冷却器的热平衡计算：热平衡计算以0℃、1小时为基准，冷却器进料口、冷却器出料口、循环水进口、循环水出口为计算界限。冷却器处理能力按120t/h、冷却水量在55t/h左右来计算。
表2 热平衡计算表
水泥冷却器安装完成后，经过调试后顺利投入使用，出磨PO42.5水泥、低碱水泥的温度可以降低30到35℃。
表3 冷却器运行参数表水泥处置量
中控截图：不同水泥降温效果 （水泥温降32℃）
现场截图：不同水泥降温效果（水泥温降35℃）
图3 水泥冷却器截图
水泥温度对水泥质量的影响：
出磨水泥温度高会引起一系列的质量问题，如：水泥在水泥库内存储一段时间后会出现预水化和强度下降的问题，在水泥温度下降后，水泥质量出现明显的改善。见表4数据。
表4 水泥冷却器使用前后的质量变化
使用水泥冷却器后，入库水泥温度下降明显，最高下降30℃。使用后，出库水泥的3天强度与入库的水泥强度相差不大，约下降0.4-0.5MPa，明显小于冷却器使用前的1.3-1.4 MPa的下降值。水泥的凝结时间在使用前后变化不大。
2.2 利用输送斜槽降低水泥温度
为了保证出厂水泥的温度满足客户的要求，我公司在水泥库下的输送斜槽外壳体上安装了冷却水箱，用于适当降低水泥温度。见图4所示。
图4 水泥冷却器操作画面
2.3 采用倒库方式降低水泥温度
在采用水泥冷却器和输送斜槽降温后，如果水泥温度还不能降低到65℃以下，可以采用倒库的方式进一步降低水泥温度：利用现有的出库斜槽、出库斗提机、入库斜槽把温度高的水泥倒到另一个水泥库中，亦可以有效降低水泥温度。
以上三种降温方式，可以把水泥温度从115℃左右降低到65℃以下，满足客户的需要。
3. 总结：
3.1 七管螺旋组合式水泥冷却器的降温效果良好，而且设备的结构有利于节水节能。不过，水泥冷却器所用的冷却水，需要单独新建一个小型冷却塔，以保证冷却水的进口温度，提高冷却效率。
3.2采用冷却器、输送斜槽和倒库方式来降低水泥温度，会稍微地增加生产电耗和生产成本。
3.3 在水泥产量严重过剩的当下，尽最大努力满足客户的要求是水泥企业必须练好的基本功；以客户的需求来倒逼公司内部的技术改造升级，稳定特色产品的质量，为公司的长远发展创造有利条件。
参考文献：
[1] 《多管螺旋组合式水泥冷却器的研究与应用》，宋传杰等；《中国水泥》杂志2019年第08期P106页。
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