水泥新型干法生產(chǎn)線粉磨系統(tǒng)的研究及選擇

吳永強(qiáng)，劉建壽，祖大磊

1蘇州中材建設(shè)有限公司 江蘇昆山 215300

2洛陽理工學(xué)院 河南洛陽 471023

截至2017年上半年，全國熟料實(shí)際總產(chǎn)能 20.2億t，水泥產(chǎn)能 38.30億 t。在如今資源緊缺和人們需求日益增加的巨大矛盾下，如何降低消耗就成為了重中之重。在水泥工業(yè)生產(chǎn)中，水泥粉磨系統(tǒng)電耗約占 40% 左右，粉磨成本占生產(chǎn)總成本的 35% 左右。球磨機(jī)對物料的適應(yīng)性好，經(jīng)球磨機(jī)粉磨后的成品球形度好，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量較低，所以一直沿用至今。隨著新型干法水泥粉磨技術(shù)的發(fā)展，輥壓機(jī)部分或全部取代了球磨機(jī)破碎倉的功能，將其移至球磨機(jī)外進(jìn)行破碎，而且輥壓機(jī)的擠壓效果好，降低了物料入磨粒度，從而實(shí)現(xiàn)了提產(chǎn)降耗的目的[1-2]。水泥生產(chǎn)企業(yè)在選擇粉磨系統(tǒng)時，必須深入研究各粉磨系統(tǒng)的電耗、輥壓機(jī)與球磨機(jī)的裝機(jī)功率比等技術(shù)指標(biāo)，給出指導(dǎo)意見，從而進(jìn)一步推動節(jié)能減排。

1 水泥粉磨系統(tǒng)概述

目前水泥粉磨系統(tǒng)有單獨(dú)球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)、預(yù)粉磨系統(tǒng)、聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和半終粉磨系統(tǒng)[3-4]。在對粉磨系統(tǒng)介紹中，主要對輥壓機(jī)、球磨機(jī)、選粉機(jī)等有關(guān)設(shè)備進(jìn)行對比研究。

圖1所示為單獨(dú)球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)，物料出磨以后經(jīng)過分選設(shè)備選出成品，粗物料返回球磨機(jī)再粉磨。圖 2所示為預(yù)粉磨系統(tǒng)，來料喂入輥壓機(jī)，經(jīng)過擠壓后的物料喂入后續(xù)球磨機(jī)，邊料部分?jǐn)D壓效果較差，返回輥壓機(jī)再擠壓。圖 3和圖 4所示為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，輥壓機(jī)和球磨機(jī)都有各自的閉路系統(tǒng)，輥壓機(jī)與選粉機(jī)自成系統(tǒng)，經(jīng)過 V型選粉機(jī)選出的粗料和來料入輥壓機(jī)，較細(xì)物料收集后作為半成品入球磨機(jī)，其后的球磨系統(tǒng)可分為圈流和開流 2種。圖 5所示為雙選粉半終粉磨系統(tǒng)，從 V型選粉機(jī)分選出來的細(xì)粒進(jìn)入雙分離高效選粉機(jī)，經(jīng)過分離的粗料入球磨機(jī)，細(xì)料通過收塵器成為成品。圖 6所示為三選粉半終粉磨系統(tǒng)，增加了 TS選粉機(jī)，從 TS選粉機(jī)選出的粗料入球磨機(jī)，細(xì)粉為成品。半終粉磨系統(tǒng)就是在輥壓機(jī)粉磨的預(yù)粉磨階段，通過高效選粉機(jī)選出一部分合格細(xì)度的粉料作為成品，由于選出的這部分成品不在球磨機(jī)內(nèi)粉磨，降低了過粉磨現(xiàn)象，提高了球磨機(jī)的粉磨效率，降低了電耗。

圖1 單獨(dú)球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)Fig.1 Single ball mill grinding system

圖2 預(yù)粉磨系統(tǒng)Fig.2 Pre-grinding system

圖3 聯(lián)合粉磨系統(tǒng) (圈流)Fig.3 Combined grinding system (closed circuit)

圖4 聯(lián)合粉磨系統(tǒng) (開流)Fig.4 Combined grinding system (open circuit)

圖5 雙選粉半終粉磨系統(tǒng)Fig.5 Semi-final grinding system with double powder separation

圖6 三選粉半終粉磨系統(tǒng)Fig.6 Semi-final grinding system with three powder separation

在水泥工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)選用低能耗水泥粉磨系統(tǒng)。深入分析比較不同水泥粉磨系統(tǒng)及裝機(jī)功率比，對系統(tǒng)電耗的影響意義重大[5-8]。下面進(jìn)行對比研究，找出規(guī)律，以期對水泥粉磨系統(tǒng)選擇提供參考。

2 水泥粉磨系統(tǒng)電耗對比研究

表1所列為水泥粉磨系統(tǒng)配置不同規(guī)格球磨機(jī)的產(chǎn)量及電耗對比。在輥壓機(jī)的配置上，不同工藝輥壓機(jī)的規(guī)格、電耗差別較大[9-10]。

由表 1可以看出，單獨(dú)球磨機(jī)系統(tǒng)單位電耗為36.5 kW·h/t，預(yù)粉磨系統(tǒng)單位電耗為 34.17 kW·h/t，聯(lián)合粉磨系統(tǒng)單位電耗為 29.89 kW·h/t，半終粉磨系統(tǒng)單位電耗為 29.5 kW·h/t，單位電耗依次降低。

聯(lián)合粉磨系統(tǒng)單位電耗比單獨(dú)球磨機(jī)系統(tǒng)電耗降低了 7 kW·h/t左右，降低了約 16.4%；聯(lián)合粉磨系統(tǒng)單位電耗比預(yù)粉磨系統(tǒng)降低了 4.28 kW·h/t左右，降低了約 12.5%。聯(lián)合粉磨系統(tǒng)是當(dāng)今水泥粉磨的主要流程，輥壓機(jī)自成系統(tǒng)，料餅經(jīng) V型選粉機(jī)分選，粗料全部返回輥壓機(jī)再輥壓，由于回料部分的細(xì)料已被選出，使輥壓機(jī)的輥壓更為有效，不再作無用功[11-13]。分選后的細(xì)粉部分作為中間產(chǎn)品喂入后續(xù)球磨機(jī)，因?yàn)榱６刃《鶆?，非常有利于球磨機(jī)的配球，故粉磨效率高，聯(lián)合粉磨系統(tǒng)雖然復(fù)雜，但輥壓機(jī)承擔(dān)的粉磨工作量遠(yuǎn)較預(yù)粉磨系統(tǒng)大。

半終粉磨系統(tǒng)比聯(lián)合粉磨系統(tǒng)電耗略有降低，降低了 1.3%，該系統(tǒng)通過下進(jìn)風(fēng)選粉機(jī)將出輥壓機(jī)的物料預(yù)先分級出一定比例的成品，出球磨機(jī)物料也進(jìn)入選粉機(jī)分選，細(xì)粉作為系統(tǒng)的成品，粗粉回球磨機(jī)和輥壓機(jī)。由于料餅先經(jīng)過分選，可防止料餅中的細(xì)料再經(jīng)球磨機(jī)粉磨，故比聯(lián)合粉磨系統(tǒng)節(jié)電。

3 水泥粉磨系統(tǒng)裝機(jī)功率比對電耗的影響

裝機(jī)功率比是指粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)和球磨機(jī)裝機(jī)功率之比。表 2所列為惠州羅浮山水泥集團(tuán)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量、電耗和裝機(jī)功耗比數(shù)據(jù)。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，加大輥壓機(jī)規(guī)格使裝機(jī)功率比增大，可以使φ4.2 m×13 m球磨機(jī)產(chǎn)量提高。相同規(guī)格的球磨機(jī)，裝機(jī)功耗比從 0.63提高到 0.9，電耗從 32 kW·h/t降低到30 kW·h/t，降低了 6.25%。通過適當(dāng)提高裝機(jī)功率比，提高了預(yù)粉磨系統(tǒng)處理能力，φ3.8 m×13 m開流磨也能達(dá)到φ4.2 m×13 m圈流磨的產(chǎn)能，電耗降低3～4 kW·h/t。

表3所列為半終粉磨系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用的是φ4.2 m×13 m球磨機(jī)，功率為 3 550 kW，加大輥壓機(jī)規(guī)格使裝機(jī)功率比增大，可以提高球磨機(jī)產(chǎn)量，裝機(jī)功率比從 0.63提高到 0.79，平均電耗從 31.3 kW·h/t降低到 27.8 kW·h/t，降低了 11.18%。

表1 水泥粉磨系統(tǒng)配置不同規(guī)格球磨機(jī)的產(chǎn)量及電耗對比Tab.1 Output and power consumption of cement grinding system with various-sized ball mill

表2 聯(lián)合粉磨系統(tǒng)數(shù)據(jù)Tab.2 Data of combined grinding system

表3 半終粉磨系統(tǒng)數(shù)據(jù)Tab.3 Data of semi-final grinding system

由表 2、3數(shù)據(jù)比較可知，如果裝機(jī)功率比適當(dāng)加大，聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和半終粉磨系統(tǒng)都可達(dá)到高產(chǎn)、低耗的效果。主要原因是輥壓機(jī)的做功效率高，其能量利用率高，隨著粉磨系統(tǒng)中輥壓機(jī)規(guī)格的增大，輥壓機(jī)承擔(dān)的粉磨任務(wù)增加，部分替代了球磨機(jī)的工作，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

4 水泥粉磨系統(tǒng)對需水量的影響

聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和半終粉磨系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果都比較好，為了進(jìn)一步進(jìn)行比較，對 2種粉磨系統(tǒng)的水泥性能進(jìn)行比較。水泥性能主要表現(xiàn)在水泥的需水量和早期強(qiáng)度 2個方面，在此只考慮水泥需水量。一些水泥廠的水泥需水量如表 4所列，表 5所列為成都建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司總結(jié)的一些粉磨系統(tǒng)的需水量[14-18]。

表4 不同生產(chǎn)企業(yè)水泥需水量Tab.4 Water demand for cement of various production enterprise %

表5 不同粉磨系統(tǒng)水泥需水量Tab.5 Water demand for cement of various grinding system %

從表 4、5可知，半終粉磨系統(tǒng)的水泥成品需水量較高，可達(dá) 29%，而聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的水泥成品需水量相對較低。主要原因是半終粉磨系統(tǒng)中從輥壓機(jī)出來的部分細(xì)粉未經(jīng)過球磨機(jī)粉磨直接入成品庫，這部分細(xì)粉的球形度差。半終粉磨系統(tǒng)水泥成品顆粒粒徑分布偏窄，均勻性系數(shù)偏大，水泥粉體堆積密度小，孔隙率高，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量高于聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量指標(biāo)固然重要，但如果一味地追求低需水量，也會導(dǎo)致粉磨效率降低，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施予以改進(jìn)。

5 結(jié)論

(1) 對于新型干法水泥生產(chǎn)線，水泥粉磨所消耗的電量占絕大比例，其中球磨機(jī)又是耗電量最大和粉磨效率最低的設(shè)備?；诖饲闆r，優(yōu)選的粉磨系統(tǒng)是聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和半終粉磨系統(tǒng)，相比聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，半終粉磨系統(tǒng)通過選粉機(jī)預(yù)先選出一部分細(xì)粉入成品庫，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)產(chǎn)量，降低了粉磨電耗。

(2) 在選擇粉磨系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增大輥壓機(jī)規(guī)格或者在輥壓機(jī)功率不變的情況下減小球磨機(jī)規(guī)格，適當(dāng)提高裝機(jī)功率比，可以有效增產(chǎn)降耗。

(3) 半終粉磨系統(tǒng)比聯(lián)合粉磨系統(tǒng)提高了標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，可以采取相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)措施，降低水泥成品需水量。