水泥生产工艺中颗粒物监测系统方案

发布时间:2018-08-29 17:29来源:admin 0 点击收藏

1. 背景

目前,世界各国一直致力于带辊压机的联合粉磨系统的研究,如何提高水泥产品的质量、生产过程当中的节能减排等一直是我们研究的热点。联合粉磨系统的能耗非常大,尤其电耗更是占据了水泥厂电耗的很大比重。又因为现场操作员对联合粉磨系统的操作存在滞后性、盲目性等缺点,使联合粉磨系统的效率进一步降低,从而增加了联合粉磨系统的电耗。

联合粉磨系统非常复杂,并且现场的各种干扰因素也是在不断地变化,因此经常导致系统不稳定情况的发生,比如磨机饱磨、磨机空磨、循环风机跳停等。如果现场操作人员不能及时地处理问题,必然会导致水泥质量不合格,进而影响到企业的效益。

我国水泥工业的发展非常迅速,从上个世纪八十年代中期,我国的水泥产量一直位居世界第一。2013年成品水泥总产量更是达到24.1亿吨,占世界水泥总产量的 50%以上,但是我国水泥质量合格率偏低。这是由于资金等条件限制,我国大多数企业基本不使用在线粒度监测仪而是通过离线检测水泥粒度,因此测定结果比生产严重滞后,增加了出现不合规格产品的概率。在线测量技术的出现能够很好地解决上述问题,并可使测得的结果可信、合理、精确度高。

2. 熟料烧成

2.1 旋转窑

水泥旋转窑的工作原理是由窑尾把生料粉加入回转窑,由于窑简体与水平呈一夹角安装在托轮上(尾高,头低),简体在传动装置驱动下旋转时,生料在简体内沿周向翻滚的同时,沿轴线由窑尾向窑头移动;在窑头有燃烧器将燃油或煤粉喷人已点燃的窑内,所形成的火焰或热气向窑尾流动,这样使沿周向翻滚且沿轴线由窑尾向窑头移动的生料粉在移动的过程中被加热煅烧,生料粉在加热和煅烧过程中发生物理和化学反应,最终煅烧成熟料由窑头卸出。

2.2 大颗粒流态化煅烧

采用立窑煅烧水泥熟料,存在着窑断面通风不均,煅烧不稳定的问题,严重影响了水泥的质量,限制了立窑水泥的应用。大颗粒流态化煅烧水泥熟料技术就是为解决立窑生产水泥所存在的根本问题而提出,以提高产量和质量、减小环境污染、满足生产需要为最终目标。

流态化技术具有比较突出的优点,具有较广阔的应用前景,例如流态化为煅烧提供了几乎恒温的环境和最好的传热特性,颗粒的不断运动减少了床层中滞止区的形成并确保气固的有效接触,流态化状态的颗粒较易控制,流化床结构简单且适于大规模生产等。

在流化床煅烧工艺中,需要重点关注流化床内的气速与颗粒运动速度、颗粒浓度、料位高度等,这些参数直接影响熟料的质量。另外,流化床中新加入的物料在很短时间内与已有物料混合均匀,使其具有温度均匀的优点,但是由于流化床的连续卸料,导致卸出熟料中必然混油未烧成的物料,对熟料质量产生较大影响,因此需要监控流态化煅烧过程中的返混物料。


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图1 生产水泥熟料的Pyzel流态化工艺

在流态化煅烧工艺中,可以采用合适的监测设备对物料的速度、浓度、料位高度等进行监测,指导工艺系统的控制。通过调研,基于激光反射技术的Labasys设备能够对固体颗粒物的速度和浓度进行在线监测,且能够满足流化床内高端煅烧的工作环境。

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图2 Labasys测试系统图

设备规格参数如下:

Ø  测量参数:颗粒速度、浓度

Ø  量程范围:速度0-200m/s浓度0.1-60%

Ø  温度压力范围:温度最高可达1200-1800℃,压力可达65bar

Ø  耐磨损,耐腐蚀

Ø  防爆认证

Ø  采样频率:浓度100kHz,速度5000Hz

2.3 气力输送

垃圾焚烧发电一种城市生活垃圾处理的方式。由于垃圾焚烧的飞灰含有重金属及二噁英等,填埋处理会对土壤产生二次污染。由于飞灰的成分和水泥原料接近,用垃圾飞灰生产生态水泥不仅可以变废为宝,生产的生态水泥的性能也能达到普通硅酸盐水泥的标准,因此采用飞灰生产水泥可节省生产水泥用的矿产资源。

飞灰中含有二噁英及重金属等有毒成分,项目采用密闭储存和输送。全封闭的气力卸料、储存、输送及喂料系统,避免了飞灰卸料出送过程中的泄漏问题,同时,为避免收尘器尾气中的飞灰粉尘直接排入大气,将收尘系统的尾气风管接入到窑头篦冷机冷却风机入口通入篦冷机,通过篦冷机再进入回转窑进行高温煅烧。

在飞灰的气力输送过程中,也可以采用Labasys对飞灰的速度和浓度进行在线监测,用于评估进料速率,对于熟料烧成的工艺控制有重要意义。

3. 研磨

3.1 简介

水泥生产过程中的最后一个环节是水泥的研磨,通过粉磨系统能够将水泥熟料等研磨到合适的细度,使水泥比表面积、细度等指标达到国家的质量标准。质量好的水泥水化速率快、水化面积大。

根据不同的工艺流程粉磨系统主要可以分为:开路系统、闭路系统。根据粉磨的方式粉磨系统可以分为:干磨、即湿磨和烘干粉磨。根据设备的使用方式可以分为:球磨机粉磨系统、辊压机-球磨机粉磨系统等系统。现阶段我国很多水泥企业采用的是联合粉磨系统,即辊压机-球磨机-选粉机,因为这种粉磨系统具有水泥产量高、质量好、能耗相对低的优点。

联合粉磨系统是一个非线性、大滞后、强耦合的系统,影响水泥粒度的因素很多,因此对水泥粒度的在线检测我们必须要考虑这些特点。

3.2 水泥的粒度检测

根据国外专家的研究结果,水泥中0-30um的颗粒对强度起主要作用,其中0-10um部分早期强度高,10-30um部分后期强度高3-30um这部分颗粒含量越多,水泥质量越好。粉磨过程中,不能完全消除>32um的颗粒(但应尽量减少>60um的颗粒),同时又必然产生<3um的颗粒。最佳水泥颗粒级配是:3-32um的颗粒含量>65%<3um的颗粒含量在10%左右。在适当的条件下,提高这一阶段的含量,就可达到提高强度的目的

水泥生产过程中,各种原材料必须经过联合粉磨系统制成一定细度和比表面积的颗粒,水泥粒度是水泥粉磨过程中的一个非常重要的工艺指标,通常情况下细度基本达到要求,而水泥比表面积经常出现波动较大的情况。因此,水泥的比表面积是衡量水泥质量的一个非常重要的指标。

3.3 粒度检测方案

由于水泥粒径分布比较广,范围为0~60um,采用激光原理测量的应用较多。激光散射或者激光衍射的技术在测量过程中均不能直接反映颗粒的实际粒径,而是根据颗粒的光学性质,结合米氏光散射或者其他原理,对光学性质分析后得到颗粒的粒径,这就使得最终得到的结果不能反映颗粒的真实信息,且最终输出的只有颗粒的体积等效直径,无颗粒的形状等信息。

为了准确测量颗粒的真实粒度及形状信息,建议采用图像分析的方法对颗粒粒度进行测量。瑞士PS Prozesstechnik GmbH公司开发的XPT系列设备,即采用图像分析方法对颗粒进行测量,设备主要参数如下:

Ø  探针直径:60mm或20mm;

Ø  成像大小:1000μm-15000μm

Ø  测量范围:>1μm

Ø  辨率:1024×768或1392×1032像素。

在在线或离线工艺中,采用设备自带光源和CCD相机,对颗粒进行拍摄,并采用图像分析软件,对颗粒进行提取和分析,从而获得颗粒的粒径和形状信息。设备工作原理如图3所示。

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3 XPT-P测试设备工作原理

后处理软件对图像进行分析时,可对颗粒的面积、周长、弦长等信息进行统计分析,从而计算出更多的颗粒尺寸信息,XPT能计算的颗粒形状信息如表1所示。

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 图4 XPT图像分析软件


1 XPT测量的颗粒形状参数

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标签:颗粒

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