水泥粉磨系统优化探讨一

水泥粉磨系统优化分析与探讨邹伟斌中国建材工业经济研究会水泥专业委员会(100831)(连载一)随着水泥生产技术与国际同行的不断交流，我国水泥工业得到了长足的发展与进步。国内水泥设计研究院、大专院校的工程技术及科研人员开发出多项具有自主知识产权的专利技术及装备，并成功应用于出口生产线EPC工程，获得了良好的国际赞誉。就水泥粉磨技术而言，国内不同规模的新型干法线与粉磨站，由于粉磨主机设备及预处理设备选型等因素，其工艺流程各有特点，系统产量与粉磨电耗指标也有所不同。即使是相同的主机配置，因物料的粉磨特性不同、工艺参数调整方法不合理等，导致系统产量参差不齐、悬殊较大，粉磨电耗也高低不均。本文以笔者走访调查了解的生产数据及部分粉磨技术资料显示的实际案例为依据，针对国内水泥粉磨系统存在的技术问题进行了分析与探讨，并结合自身的心得与体会，提出了系统增产过程中的部分针对性调整措施，涉及的问题不可能面面俱到，仅一孔之见，供水泥粉磨工程技术人员参考。因水平有限，文中谬误之处在所难免，恳望予以批评指正:一、国内在运行的水泥粉磨工艺系统据笔者调查了解，除采用串联粉磨及物料分别粉磨（分别计量配制）工艺外，目前国内尚有以下20余种在生产运行的水泥粉磨工艺（物料共同粉磨）系统:1.无磨前物料预处理(预破碎或预粉磨)工艺的粉磨系统1.1普通双仓或三仓开路粉磨系统(只有管磨机与除尘器、风机单独作业)1.2普通双仓或三仓闭路粉磨系统(由管磨机+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统)2.有磨前物料预处理(预破碎或预粉磨)工艺的粉磨系统2.1挤压(或碾压、破碎)处理后的物料没有分级而直接入磨的通过式预粉(碎)磨的粉磨工艺系统2.1.1辊压机+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统2.1.2辊压机+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统(该系统管磨机以使用双仓为多数，三仓磨较少)2.1.3CKP立磨(或其它形式立磨)+管磨机(单仓或双仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统(该系统管磨机以使用双仓为多，三仓磨较少)2.1.4球破磨+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统2.1.5球破磨+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统2.1.6破碎机+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统2.1.7破碎机+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统(该系统管磨机以使用双仓为多数，三仓磨较少)2.1.8柱磨机+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统2.1.9柱磨机+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统(该系统管磨机以使用双仓为多数，三仓磨较少)2.2挤压(或碾压、预磨)后的物料经分级再入磨的联合粉磨工艺系统2.2.1辊压机+动态分级机（打散分级机）+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统（或简称单闭路粉磨系统）2.2.2辊压机+静态分级机（V形选粉机）+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统（或简称单闭路粉磨系统）2.2.3.1辊压机+动态分级机（打散分级机）+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的闭路粉磨系统（或简称双闭路粉磨系统）2.2.3.2辊压机+静态分级机（V形选粉机）+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的闭路粉磨系统（双闭路粉磨系统）2.2.3.3辊压机+静态分级机（带转子分级的VSK选粉机）+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的闭路粉磨系统（双闭路粉磨系统)2.2.3.4辊压机+静态分级机（V形选粉机）+组合式高效选粉机+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的闭路粉磨系统（双闭路粉磨系统)2.2.4辊压机+静态分级机（V形选粉机）+高效选粉机+管磨机(双仓或三仓开路)+除尘器+风机组成的粉磨系统（由高效选粉机分离出V选入磨之前物料中所含的部分成品）2.2.5辊压机+静态分级机（V形选粉机）+高效选粉机+管磨机(双仓或三仓闭路)+除尘器+风机组成的粉磨系统（由高效选粉机分离出V选入磨之前物料中所含的部分成品）2.2.6CKP立磨(或其它形式立磨)+筛分分级设备+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统(单闭路粉磨系统)（也可以增加成品选粉机改造为双闭路系统）2.2.7球破磨+分离器+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统2.2.8球破磨+分离器+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统2.2.4与2.2.5属于半终粉磨系统；3.破碎的物料经筛分分级后再入磨的预破碎粉磨工艺系统3.1破碎机+筛分分级机+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统3.2破碎机+筛分分级机+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统4.棒磨机（内部）自筛分分级后再入磨的预粉磨工艺系统4.1棒磨机+管磨机(双仓或三仓)+除尘器+风机组成的开路粉磨系统4.2棒磨机+管磨机(双仓或三仓)+高效选粉机+除尘器+风机组成的一级闭路粉磨系统5.水泥料床终粉磨工艺系统（无球化水泥终粉磨系统）5.1立磨水泥料床终粉磨工艺系统立磨+高效选粉机+除尘器+风机组成的水泥终粉磨工艺系统（采用小野田、神户制钢及F.L.S公司0K磨、莱歇公司LM磨、非凡公司MPS磨、保利休斯公司RM磨、川崎公司CK磨、国产立磨等）5.2筒辊磨(法国公司FCB的HOROMill)+高效选粉机+除尘器+风机组成的闭路水泥粉磨工艺系统新型干法水泥熟料粉磨特性干硬、易磨性较差，没有磨前预处理措施的普通开、闭路粉磨流程，仅靠磨机一仓研磨体对物料的冲击破碎能力远远不够，该系统粉磨效率低、电耗高。上述带有破碎机、棒磨机预处理工艺的粉磨系统，因其处理能力不是太大，一般只适用于直径ф3.5m及以下规格的管磨机。辊压机、CKP立磨(或其它形立磨)、球破磨预处理工艺已配置在直径ф3.2m–ф4.2m甚至以上规格管磨机的开、闭路水泥联合粉磨系统（如河北冀东公司二线使用川崎重工的CKP–240立磨作预粉磨配置于ф4.8×7.5m单仓闭路水泥磨）。水泥料床终粉磨系统效率高（即无球化水泥终粉磨系统5.1和5.2），比联合粉磨系统主、辅机设备配置与占地少、工艺更简化，目前在国内使用的厂家仍为数不多。与筒辊磨相比，立磨的技术的发展与更新完善速度更快，其规格已实现大型化，随着水泥工业节能减排与低碳经济发展及工业废渣综合利用技术的不断深入，这种高效粉磨工艺的推广应用将会更加广泛。辊压机虽属于高压力、高效率的料床粉磨设备（其效率是管磨机的3-4倍），但因其挤压后的水泥颗粒形貌多数为片状、针状、多角状，由于磨辊结构方面固有的粉磨特性，其自身对水泥颗粒形貌的修正能力较差，加之颗粒级配不合理，最终导致水泥的检验性能和现场施工性能（工作性能）不佳，如:凝结时间过快、需水量偏大、流动性能及与混凝土外加剂相容性差等。所以，自辊压机问世至今，国内只是做了一些尝试性实验研究，虽取消了后续管磨机，粉磨系统节电幅度40%，但考虑到产品的施工性能，工业生产中始终都没有将其直接用于水泥成品终粉磨，一般只用于水泥生料和矿渣微粉制备终粉磨工艺。为充分利用辊压机料床粉磨（电能利用率及粉磨效率高）特性，在水泥粉磨工艺中多将其配置于管磨机之前作为半终粉磨（挤压力在5000KN/m2-6000KN/m2、辊压机与系统能力比值达300%-500%，且越大产量越高、系统粉磨电耗越低），由辊压机与动态或静态分级设备和后续管磨机组成联合粉磨系统，有效降低入磨物料粒度、显著改善了易磨性，辊压机投入的吸收功越多（8.0KWh/t—12.0KWh/t），后续管磨机越省电、总电耗越低、整个联合粉磨系统获得的增产、节电幅度越大。实际应用过程中，前置辊压机处理能力大，配用静态分级设备（V形选粉机或VSK选粉机分级）及动、静态分级设备组合分级（V形选粉机与高效组合选粉机等相结合）与管磨机、高效选粉机组成的双闭路系统，已实现了磨机设计产量翻番、粉磨电耗大幅度降低。（预粉磨系统物料不经分级直接入磨，粒度仍较大且不均匀，磨机一仓仍需配用一定比例大球用于粉碎，故系统增产、节电幅度相对较小）。联合粉磨作业过程中由管磨机发挥其独具的对物料高细研磨、均化及颗粒整形功能，完成对水泥颗粒的进一步磨细、颗粒级配优化、颗粒形貌修正（水泥颗粒粒径越小，其形貌越接近于球形），提高水泥颗粒的球形化程度（圆度系数）及施工性能。二、不同配置的粉磨系统技术能力分析探讨1.辊压机通过式预粉磨工艺系统截至目前，该粉磨系统仍有少部分企业在应用，一般辊压机的处理能力较小，虽然后续管磨机生产潜力有富裕，但前置辊压机一次挤压、作功少(辊压机挤压力6000KN/m2-7000KN/m2、辊压机与系统能力比值约200%左右、单位通过量电耗约在2.5kwh/t-3.0kwh/t)，只相当于一般的挤压破碎功能，挤压过程中可有一定的边料参与循环，挤压后的物料不经分级而直接入磨(挤压后入磨物料80um筛余70%-80%、比表面积只有100m2/kg左右)，系统增产幅度在20%-60%，平均节电幅度10%-20%。以下是三个典型的通过式预粉磨系统生产案例:案例一:SX某单位采用140-110辊压机(物料通过量450t/h-500t/h、功率710kwx2)+Φ4.0x13m双仓管磨机(主电机功率2500KW，装载量185t)+O-sepaN-2000高效选粉机（处理能力360t/h、产量120t/h、功率110kw）组成的预粉磨闭路工艺系统。辊压机投运前，生产P.C32.5R水泥(45um筛余5.0%-7.0%)，台时产量93.39t/h，投运后台产达113t/h，增产19.61%;后通过掺加矿渣微粉，系统产量达119t/h，相对于辊压机投运前增产25.6t/h，合计增产幅度27.42%。案例二:HN某2000t/d新型干法线水泥粉磨系统采用100-76.5辊压机（物料通过量260t/h、功率375KWx2）+Φ4.2x13.5m双仓闭路磨（主电机功率3170KW)+Sepax-375-222(功率160KW)高效选粉机，设计生产能力:不投辊95t/h，投辊130t/h。投辊运行前后，P.Ⅱ52.5级水泥(比表面积336m2/kg)分别为93.5t/h和116.7t/h，即投辊后增产了23.2t/h，增幅24.81%;粉磨电耗由投运前的40kwh/t降至35.3KWh/t，降低4.7KWh/t，节电幅度11.75%。该系统生产P.O42.5级水泥台时产量达160t/h。案例三:国外某公司采用140-42辊压机预粉磨(通过量100t/h、功率150KWx2)配置于Φ3x11m两仓闭路磨前，投辊后系统产量由29t/h提高到45t/h(水泥比表面积360m2/kg-390m2/kg)，增产16t/h，增幅55.2%;系统粉磨电耗由41KWh/t降至31KWh/t，节电24.4%。〔1〕通过式预粉磨物料一次通过或有边料循环，但因辊压机后无动态或静态分级设备配置，入磨物料不经分级，粗颗粒比例偏多，其增产节电幅度受限。目前运行的生产线已逐渐减少，有的企业则根据现配辊压机能力(或重新选型)增加后续分级设备组成联合粉磨系统，进一步提高产量、降低系统电耗。一次挤压后物料粒度分布见表1:表1一次挤压水泥物料的粒度分布(%)〔2〕粒度(mm)1515-1010-55-33-0.80.8-0.20.2-0.080.08分布(%)02.19.315.117.212.411.232.72.棒磨机预粉磨工艺系统棒磨机属于短粗型（长径比L/D≥1.2）的磨机，磨内研磨体采用不同直径的耐磨材质钢棒级配，实际应用中研磨体填充率一般在22%-30%之间，根据入磨物料粒度平均棒径多取62mm-68mm左右。与球破磨机相比，棒磨预粉磨物料时，钢棒与物料间的“线接触”方式及其对物料有效的碾压辊轧与磨削，克服