王志凌：淺談水泥粉磨工藝與設(shè)備選型的優(yōu)化組合及其節(jié)能潛力

中建材（合肥）粉體科技裝備有限公司總經(jīng)理助理王志凌

　　6月16日，2013年第六屆國際粉磨峰會成功召開，中建材（合肥）粉體科技裝備有限公司總經(jīng)理助理王志凌在會議上做了題為《淺談水泥粉磨工藝與設(shè)備選型的優(yōu)化組合及其節(jié)能潛力》的報告。他在報道內(nèi)容中指出，在保留輥壓機加球磨機組成開路擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以通過水泥粉磨工藝與設(shè)備選型的優(yōu)化組合，創(chuàng)造出諸多全新的工藝方案。并且，對工藝方案進(jìn)行詳細(xì)的闡述和比較結(jié)合水泥企業(yè)中φ3.2×13.0m水泥磨的改造，能在進(jìn)一步提高產(chǎn)能規(guī)模和節(jié)能降耗上提供更新的思路，從而達(dá)到小磨機也可以做大文章的效果。報告具體內(nèi)容如下。

系統(tǒng)改造方案介紹

　　1、方案一

　　主機設(shè)備為合肥水泥研究設(shè)計院研制的HFCG140-80型輥壓機、HFV2000X型氣流分級機，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究設(shè)計院的技術(shù)進(jìn)行篩分磨改造。其中，輥壓機與氣流分級機構(gòu)成獨立回路，將輥壓機擠壓出的物料經(jīng)分級后，大于一定粒徑（0.5mm）的物料返回輥壓機重新擠壓，小于一定粒徑的物料作為半成品送入帶有特殊磨內(nèi)篩分裝置，開路操作的球磨機繼續(xù)粉磨至水泥成品，系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)到80t/h以上，系統(tǒng)電耗30kWh/t以下。

     圖1.系統(tǒng)工藝流程圖    

1.皮帶機；2.金屬探測儀；3.自動帶式除鐵器；4.來料提升機；5.穩(wěn)流稱重倉；6.棒閘；7.輥壓機；8.料餅提升機；9.氣流分級機；10. 氣箱脈沖袋收塵器；11.收塵風(fēng)機；12.球磨機；13.翻板閥；14.出磨提升機；15.成品斜槽；16.氣箱脈沖袋收塵器；17.磨尾排風(fēng)機；18.手動蝶閥

表1.系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

表2.系統(tǒng)經(jīng)濟指標(biāo)

　　2、方案二

　　主機設(shè)備為合肥水泥研究設(shè)計院研制的HFCG150-80型輥壓機、HFV2500X型氣流分級機、DSM-2500（Ⅱ）下進(jìn)風(fēng)選粉機，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究設(shè)計院的技術(shù)進(jìn)行篩分磨改造。其中，輥壓機與氣流分級機和下進(jìn)風(fēng)選粉機構(gòu)成獨立回路，將輥壓機擠壓出的物料經(jīng)分級后，大于一定粒徑（0.5mm）的物料返回輥壓機重新擠壓，小于一定粒徑的物料作為半成品送入帶有特殊磨內(nèi)篩分裝置，開路操作的球磨機繼續(xù)粉磨至水泥成品，系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)到100t/h以上，系統(tǒng)電耗29kWh/t以下。

圖2.系統(tǒng)工藝流程圖

1.皮帶機；2.金屬探測儀；3.自動帶式除鐵器；4.來料提升機；5.穩(wěn)流稱重倉；6.棒閘；7.啟動棒閘；8.輥壓機；9.料餅提升機；10.氣流分級機；11.下進(jìn)風(fēng)選粉機；12.雙翻板鎖風(fēng)卸灰閥；13.氣箱脈沖袋收塵器；14.高壓排風(fēng)機；15.球磨機；16.翻板閥；17.出磨提升機；18.成品斜槽；19.氣箱脈沖袋收塵器；20.磨尾排風(fēng)機；21.手動蝶閥表

表3.系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

表4.系統(tǒng)經(jīng)濟指標(biāo)

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　　3、方案二、三應(yīng)用實例

　　方案二的典型實例有曲阜中聯(lián)水泥有限公司泰安粉磨站（原泰安金魯城水泥有限公司），江西萬年青贛州章貢粉磨站等，共有30多家水泥企業(yè)采用了該方案進(jìn)行改造和新建，都達(dá)到或超出了預(yù)期的效果，這里就不單獨敘述。

　　由于方案三是近期針對Φ3.2×13.0m磨機改造和新建使用最為頻繁的工藝系統(tǒng)，所以我們介紹一個典型實例，即南方水泥建德三獅水泥有限公司新建年產(chǎn)100萬噸水泥粉磨站，目前該公司在整個南方水泥浙江片區(qū)，每次對標(biāo)結(jié)果一直名列前茅，是集團內(nèi)其他子公司學(xué)習(xí)的典范。其φ3.2×13.0m水泥擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)已于2010年1月份投產(chǎn)，系統(tǒng)具體技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見以下調(diào)試報告。

　　4、方案三

　　主機設(shè)備為合肥水泥研究設(shè)計院研制的HFCG160-140型輥壓機、HFV3500X型氣流分級機、DSM-3500（Ⅱ）下進(jìn)風(fēng)選粉機，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究設(shè)計院的技術(shù)進(jìn)行篩分磨改造。其中，輥壓機與氣流分級機和下進(jìn)風(fēng)選粉機構(gòu)成獨立回路，將輥壓機擠壓出的物料經(jīng)分級后，大于一定粒徑（0.5mm）的物料返回輥壓機重新擠壓，小于一定粒徑的物料作為半成品送入帶有特殊磨內(nèi)篩分裝置，開路操作的球磨機繼續(xù)粉磨至水泥成品，系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)到120t/h以上，系統(tǒng)電耗29 kW·h/t以下。

圖3.系統(tǒng)工藝流程圖：

1.皮帶機；2.金屬探測儀；3.自動帶式除鐵器；4.來料提升機；5.穩(wěn)流稱重倉；6.棒閘；7.啟動棒閘；8.輥壓機；9.料餅提升機；10.氣流分級機；11.下進(jìn)風(fēng)選粉機；12.雙翻板鎖風(fēng)卸灰閥；13.旋風(fēng)筒；14. 翻板閥；15.循環(huán)風(fēng)機；16.氣箱脈沖袋收塵器；17.收塵排風(fēng)機；18.半成品斜槽19.球磨機；20.翻板閥；21.出磨提升機；22.成品斜槽；23.氣箱脈沖袋收塵器；24.磨尾排風(fēng)機；25.電動蝶閥；26.電動蝶閥；27.手動蝶閥

表5.系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

表6.系統(tǒng)經(jīng)濟指標(biāo)

　　5、方案四

　　主機設(shè)備為合肥水泥研究設(shè)計院研制的HFCG180-160型輥壓機、HFV4500X型氣流分級機、DSM-4500（Ⅱ）下進(jìn)風(fēng)選粉機，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究設(shè)計院的技術(shù)進(jìn)行篩分磨改造。其中，輥壓機與氣流分級機和下進(jìn)風(fēng)選粉機構(gòu)成獨立回路，將輥壓機擠壓出的物料經(jīng)分級后，大于一定粒徑（0.5mm）的物料返回輥壓機重新擠壓，小于一定粒徑的物料作為半成品送入帶有特殊磨內(nèi)篩分裝置，開路操作的球磨機繼續(xù)粉磨至水泥成品，系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)到150t/h以上，系統(tǒng)電耗29 kW·h/t以下。

圖4.系統(tǒng)工藝流程圖

表7.系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

表8.系統(tǒng)經(jīng)濟指標(biāo)

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　　6、方案三、四應(yīng)用實例

　　使用方案三的企業(yè)有湖州市南潯圣船水泥有限公司Ф3.2×13m水泥磨改造項目，福建春馳新豐水泥有限公司Ф3.2×13m水泥磨改造項目，廣東湛江國強水泥有限公司新建年產(chǎn)100萬噸水泥粉磨站項目等，這些項目目前都在實施階段，即將投產(chǎn)。

　　使用方案四目前只有廣東羅浮山水泥集團惠陽雙新水泥公司，其原有一套Ф3.2×13m開路水泥磨系統(tǒng)，生產(chǎn)42.5普通硅酸鹽水泥，產(chǎn)量45t/h，細(xì)度R0.08<2%,比面積370～390m²/kg，系統(tǒng)電耗為36kWh/t。2012年委托合肥院對其系統(tǒng)進(jìn)行改造，合肥院采用增加一套HFCG180-160輥壓機，裝機功率為2×1600kW，與球磨機的裝機功率比達(dá)到2，設(shè)計指標(biāo)為生產(chǎn)42.5普通硅酸鹽水泥，產(chǎn)量>140t/h,細(xì)度R0.08<2%,比面積370～390m²/kg，系統(tǒng)電耗<31kWh/t。經(jīng)過改造于2012年底投入運行，下面是該公司改造前后運行數(shù)據(jù)對比表:

表9.運行數(shù)據(jù)對比表

系統(tǒng)改造方案對比分析

　　1、方案一和方案二對比分析

　　方案一和方案二在工藝流程上的主要區(qū)別在于，方案二增加了下進(jìn)風(fēng)選粉機，原因在于：

　?。?）方案一中輥壓機規(guī)格為HFCG140-80，最大處理量為360t/h，系統(tǒng)產(chǎn)量要求80t/h，所以輥壓機系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷為（360-80）÷80=350%，正是由于該循環(huán)負(fù)荷較小，故入磨半成品比表面積只有180～200m²/kg，若再增加下進(jìn)風(fēng)選粉機，則因為受輥壓機處理量所限，很難選出更細(xì)的入磨半成品來滿足水泥磨80t/h的要求，所以方案一只采用了氣流分級機進(jìn)行一次粗選；方案二則不然，其輥壓機規(guī)格為HFCG150-100，最大處理量為500t/h，系統(tǒng)產(chǎn)量要求100t/h，所以輥壓機系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷為（500-100）÷100=400%，該循環(huán)負(fù)荷較大，這樣通過增加下進(jìn)風(fēng)選粉機進(jìn)行二次精選，使入磨半成品比表面積達(dá)到200～220 m²/kg，同時滿足水泥磨100t/h的要求。

　?。?）通過表2和表4可以看出，方案一和方案二的噸水泥裝機功率分別為38.75 kW/t和38.20 kW/t，差別不大，但方案一和方案二的系統(tǒng)產(chǎn)量差20t/h，所以方案二比方案一更省電，系統(tǒng)單產(chǎn)電耗至少差1～2 kW.h/t。

　?。?）方案二采用的氣流分級機+下進(jìn)風(fēng)轉(zhuǎn)子式選粉機，有效地提高了輥壓機系統(tǒng)的分級效率，不僅使系統(tǒng)電耗進(jìn)一步降低，同時改善了喂入輥壓機物料層。

　?。?）通過以上對比可以得出，盡管方案二比方案一的系統(tǒng)投資更高，但方案二的年產(chǎn)量可以多15萬噸，而且系統(tǒng)能耗更低，可以進(jìn)一步避峰利用低谷電進(jìn)行生產(chǎn)，調(diào)節(jié)手段更靈活。

　　2、方案三、四和方案一、二的對比分析

　　方案三和方案四在工藝流程上的基本一致，只是系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格有所不同，相對于前兩個方案，有以下區(qū)別：

　?。?）方案一、二都是把收塵器主要做為生產(chǎn)設(shè)備用來收集入磨的半成品，而方案三、四則是采用旋風(fēng)筒來收集入磨的半成品。由于方案一、二系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格相對較小，設(shè)備造價更低，為了使系統(tǒng)工藝更簡單，故采用一級收塵的方式來收集入磨的半成品，這樣系統(tǒng)風(fēng)機幾乎沒有大的磨損，但對收塵器的濾袋壽命要求提高。而方案三、四系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格相對較大，設(shè)備造價更高，為了降低系統(tǒng)投資，故采用二級收塵的方式來收集入磨的半成品，這樣對系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機葉輪的壽命要求提高。

　　（2）方案三和方案四由于系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度提高，使物料帶走球磨機內(nèi)部的熱量成倍地增加，從而降低水泥溫度，從表5顯示可以降低20-40℃。

　?。?）方案三中輥壓機規(guī)格為HFCG160-140，最大處理量為780t/h，系統(tǒng)產(chǎn)量要求120t/h，所以輥壓機系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷為550%，其入磨半成品比表面積為220～250 m²/kg；方案四中輥壓機規(guī)格為HFCG180-160，最大處理量為1050t/h，系統(tǒng)產(chǎn)量要求150t/h，所以輥壓機系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷為600%，其入磨半成品比表面積達(dá)到250～280 m²/kg，正是由于循環(huán)負(fù)荷進(jìn)一步加大，所以這兩個方案都采用了下進(jìn)風(fēng)選粉機進(jìn)行二次精選，增加入磨半成品的比表面積，為水泥磨產(chǎn)量的大幅度提高打下良好的基礎(chǔ)。　　（4）方案三和方案四進(jìn)一步充實并完善了料層粉碎論，使這一先進(jìn)的粉碎理論和輥壓機等基于料層粉碎理論存在的高效粉碎設(shè)備節(jié)能潛能得以更加充分地發(fā)揮。　　3、四種方案綜合對比分析

 表10.技術(shù)參數(shù)綜合對比表

　　分析結(jié)果：

　?。?）從表10中我們可以看出，從方案一到方案四，隨著輥壓機規(guī)格的不斷加大，輥壓機與球磨機的裝機功率比持續(xù)增加，一般裝機功率比大于1時，我們稱之為 "大輥壓機配小球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)"，所以方案三和方案四就屬于此類型，它們都是粉磨工藝與設(shè)備選型優(yōu)化組合的產(chǎn)物，而且都具備良好的節(jié)能潛力。

　?。?）從表10中我們還可以看出，結(jié)合Ф3.2×13.0m磨機的改造，針對年產(chǎn)60～80萬噸的規(guī)模，可以考慮方案一和方案二，但在資金充裕的前提下，方案二應(yīng)該作為首選方案；針對年產(chǎn)100萬噸左右的規(guī)模，可以考慮方案三和方案四，同樣在資金充裕的前提下，方案四應(yīng)該作為優(yōu)先方案；另外由于方案三、四的系統(tǒng)產(chǎn)能較大，在有峰谷電價的地區(qū)，可以完全用谷電生產(chǎn)，取得更好的經(jīng)濟效益，所以別看Ф3.2×13.0m磨機規(guī)格不大，但通過"大輥壓機小球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)"的理念，仍然可以大有作為。

　?。?）通常在水泥擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中，球磨機的功耗一般為15～20kWh/t左右，輥壓機對物料有效功的輸入一般在6～8kWh/t之間，這點在表6中方案一和方案二與此是基本對應(yīng)的；而方案三和方案四卻突破了這一界限，但系統(tǒng)電耗不僅沒有增加，甚至有進(jìn)一步下降的趨勢。因為一般輥壓機的能效為球磨機的兩倍，所以我們應(yīng)該盡可能發(fā)揮輥壓機功效，降低球磨機的能耗，在通常的物料易磨性情況下，球磨機所減少的功率，則必須由輥壓機彌補。從表10中我們可以看到，從方案一到方案四，隨著輥壓機規(guī)格的不斷加大，系統(tǒng)產(chǎn)量也隨之逐步提高，同時輥壓機單產(chǎn)電耗也持續(xù)增加，相反球磨機單產(chǎn)電耗則不斷下降。以方案三和方案四的變化趨勢為例，球磨機單產(chǎn)電耗由12.0kWh/t降到9.6kWh/t，下降了12-9.6=2.4 kWh/t，因為輥壓機的能效為球磨機的兩倍，所以球磨機所減少了2.4 kWh/t，則輥壓機必須彌補2.4÷2=1.2 kWh/t，而輥壓機單產(chǎn)電耗從11.2 kWh/t提至12.8 kWh/t，增加了12.8-11.2=1.6 kWh/t，球磨機所減少的功率和輥壓機彌補的基本相當(dāng)。所以說正是我們采用了"大輥壓機小球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)"這一理念，才使得水泥擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中輥壓機和球磨機的功耗打破了原有的常規(guī)，使得系統(tǒng)更加優(yōu)化。

結(jié)論

　　綜上所述，擠壓粉磨技術(shù)在粉磨系統(tǒng)改造中有其不可替代的優(yōu)勢。通過水泥粉磨工藝與設(shè)備選型的優(yōu)化組合，同時采用"大輥壓機小球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)"的先進(jìn)理念，在大幅度提高產(chǎn)量的前提下，進(jìn)一步發(fā)揮該系統(tǒng)節(jié)能降耗的潛力。

　　為了使系統(tǒng)改造能達(dá)到預(yù)期的效果，必須要做好以下幾項工作：

　　1、物料的物性分析。在盡可能的情況下，按照日后所粉磨水泥物料配比進(jìn)行物料的水分、易磨性、易碎性、顆粒分布等物性分析，科學(xué)預(yù)測改造后的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

　　2、根據(jù)產(chǎn)品要求選擇合理的工藝流程，并且認(rèn)真研究系統(tǒng)中各設(shè)備的能力匹配，尤其是輥壓機和球磨機的匹配。

　　3、系統(tǒng)投產(chǎn)后，必須對系統(tǒng)和各主機設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試、優(yōu)化，使系統(tǒng)從投產(chǎn)之日就處于高水平、高效率的運行狀態(tài)下。

　　總之，隨著輥壓機裝備逐步大型化以及擠壓粉磨技術(shù)的不斷進(jìn)步，為水泥粉磨系統(tǒng)的改造提供了節(jié)能高效、運行可靠的新型粉磨技術(shù)及裝備，只要我們深入了解并掌握輥壓機的工作原理和性能特征，就能為水泥企業(yè)的技術(shù)改造做出其應(yīng)有的貢獻(xiàn)，并創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益和社會效益。