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2018-02-26

【干貨】水泥工業(yè)粉磨系統(tǒng)的節(jié)電方法

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0 引言
水泥粉磨系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步的實(shí)質(zhì)動力是為了追求更低的粉磨電耗，以增加企業(yè)效益。盡管先進(jìn)的工藝已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，也在很多新建的水泥生產(chǎn)線中得到了應(yīng)用，但龐大的水泥工業(yè)，不可能每條生產(chǎn)線都立馬換上新工藝。因而創(chuàng)新的小改小革和正確的精細(xì)化管理方法及經(jīng)驗(yàn)備受企業(yè)重視。在水泥生產(chǎn)過程中，粉磨電耗約占水泥生產(chǎn)總電耗的65%～75%，粉磨成本占生產(chǎn)總成本的35%左右，因此降低粉磨電耗是降低水泥行業(yè)耗能的關(guān)鍵途徑之一。由于對粉磨技術(shù)認(rèn)識的差異，同樣規(guī)格及同樣粉磨工藝的系統(tǒng)電耗差距很大。大量的實(shí)例證明，先進(jìn)的粉磨系統(tǒng)是一個經(jīng)過科學(xué)優(yōu)化的系統(tǒng)，任何一個因素不合理，都會影響系統(tǒng)產(chǎn)量，而一個能耗高、產(chǎn)量低的粉磨系統(tǒng)，必然存在很多問題，使系統(tǒng)無法達(dá)到理想狀態(tài)。
本文在介紹粉磨技術(shù)發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，對目前常見的粉磨系統(tǒng)的節(jié)電方法進(jìn)行論述。
1 粉磨技術(shù)的發(fā)展趨勢
粉磨系統(tǒng)電耗的高低是判斷粉磨系統(tǒng)優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前，粉磨技術(shù)正在向完全無球化（立磨或輥壓機(jī)終粉磨）、設(shè)備大型化的方向發(fā)展，伴隨著水泥工藝技術(shù)的進(jìn)步，水泥生產(chǎn)綜合電耗的變化趨勢如下：球磨機(jī)時(shí)代＞100 kWh/t；部分料床粉磨時(shí)代90 kWh/t左右；無球化時(shí)代＜80 kWh/t。
2 降低球磨機(jī)系統(tǒng)電耗的方法
2.1 物料對粉磨系統(tǒng)電耗的影響
（1）物料易磨性對粉磨系統(tǒng)電耗的影響。水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量的高低，受熟料易磨性的影響，粉磨電耗相差較大。熟料的易磨性與熟料中各礦物組成的含量、熟料的冷卻速度有關(guān)，當(dāng)熟料礦物組成中C3S含量多、C4AF含量少、熟料冷卻速度快、熟料礦物形成結(jié)晶細(xì)小的玻璃體、質(zhì)地較脆，則易磨性較好；若熟料礦物組成中C2S和C4AF含量高、熟料韌性大、易磨性系數(shù)小，則熟料難以粉磨，電耗相對高。另外，熟料的易磨性還與煅燒氣氛、煅燒溫度、升溫速率等有關(guān)，如過燒料或黃心料的易磨性就比較差。
（2）物料粒度大小的影響。由于球磨機(jī)在物料粉磨時(shí)的電能利用率一般僅為3%～5%，因而降低入磨物料粒度，可以降低粉磨電耗。生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)入磨物料平均粒度從30 mm降到2 mm～3 mm時(shí)，則磨機(jī)產(chǎn)量可提高50%以上。眾所周知，當(dāng)磨機(jī)產(chǎn)量大幅提升時(shí)，其對應(yīng)電耗也會大幅降低。國內(nèi)外技術(shù)人員經(jīng)過多年的深入研究和生產(chǎn)實(shí)踐，提出了“多破少磨，以破代磨”的預(yù)粉碎工藝，使得磨機(jī)的產(chǎn)量大幅度提高，粉磨電耗降低，增產(chǎn)節(jié)能效果明顯。另外，為減少過粉磨現(xiàn)象，當(dāng)磨機(jī)內(nèi)加入粉狀物料時(shí)，如水泥粉磨采用粉煤灰作為混合材時(shí)，應(yīng)先進(jìn)入選粉機(jī)，經(jīng)選粉機(jī)分選后細(xì)粉作為成品入庫，粗粉入磨進(jìn)行粉磨，可提高球磨機(jī)粉磨效率，降低電耗。
（3）物料溫度和水分對粉磨系統(tǒng)電耗的影響。當(dāng)入磨物料溫度超過80 ℃時(shí)，由于受鋼球沖擊作用，大部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，磨內(nèi)溫度可超過120 ℃，過高的磨內(nèi)溫度容易造成物料顆粒產(chǎn)生靜電吸附作用，形成細(xì)小顆粒的襯墊層，對研磨體的沖擊和研磨起緩沖作用，粉磨效率降低，電耗增高，水泥磨產(chǎn)量會降低10%～15%。當(dāng)水泥磨磨內(nèi)溫度高達(dá)120 ℃時(shí)，會造成石膏脫水，生成半水石膏，或完全脫水變成無水石膏，引起水泥速凝或假凝，影響水泥質(zhì)量。另外，磨內(nèi)溫度高，還會造成磨機(jī)筒體和軸承等零部件溫度升高，潤滑作用降低，影響設(shè)備的長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至有的企業(yè)出現(xiàn)停磨降溫的現(xiàn)象，不僅影響產(chǎn)量，而且頻繁地停磨造成臺時(shí)產(chǎn)量的降低和電耗的上升。因此，在正常生產(chǎn)情況下要盡可能降低入磨熟料溫度。
同時(shí)入磨物料水分一定要嚴(yán)格控制，當(dāng)物料中水分波動較大（1%～5%）時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)量波動較大，會嚴(yán)重影響磨機(jī)的正常生產(chǎn)運(yùn)行。因此入磨物料平均水分一般應(yīng)控制在1.0%～1.5%為宜。
2.2 磨機(jī)通風(fēng)對粉磨系統(tǒng)電耗的影響
加強(qiáng)磨機(jī)內(nèi)通風(fēng)，可減少磨機(jī)內(nèi)緩沖現(xiàn)象，有利于加快磨機(jī)內(nèi)物料流速，降低磨內(nèi)溫度，可起到提高磨機(jī)產(chǎn)量的作用，球磨機(jī)內(nèi)風(fēng)速一般應(yīng)控制在0.9～1.1 m/s的范圍內(nèi)，如果磨機(jī)內(nèi)風(fēng)速過低，細(xì)粉不能及時(shí)出磨，造成過粉磨現(xiàn)象，會大大降低粉磨效率。因此，需要加強(qiáng)收塵器的維護(hù)管理，提高通風(fēng)面積、降低通風(fēng)阻力，一方面可以使磨機(jī)內(nèi)通風(fēng)合理，降低粉磨電耗，另一方面可以降低排風(fēng)機(jī)電耗。同時(shí)更要重視粉磨系統(tǒng)各部位的密封管理，加強(qiáng)日常維護(hù)和巡檢，減少系統(tǒng)漏風(fēng)。磨機(jī)系統(tǒng)漏風(fēng)會直接影響磨機(jī)內(nèi)的通風(fēng)和粉磨效率，還會造成輔機(jī)設(shè)備的功率增大，從而使得磨機(jī)產(chǎn)量降低、電耗增加。
2.3 磨機(jī)的定期維護(hù)和檢修
為保證磨機(jī)運(yùn)行保持良好狀況，必須對磨機(jī)進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，對磨機(jī)的鋼球級配、填充率、裝載量、選粉效率、循環(huán)負(fù)荷率、篩析曲線的定期測定等方面進(jìn)行細(xì)化管理，保持磨機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定高產(chǎn)低能耗運(yùn)行。磨機(jī)的運(yùn)行狀況合理與否直接影響著磨機(jī)的產(chǎn)量、質(zhì)量和研磨體的消耗。一個合理的研磨體級配是相對的、暫時(shí)的，最適宜的級配方案，要根據(jù)具體情況，通過長期生產(chǎn)實(shí)踐，不斷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、測定和總結(jié)，從而達(dá)到適合本機(jī)的最優(yōu)化狀態(tài)。
2.4 顆粒級配對產(chǎn)品質(zhì)量及電耗的影響
（1）水泥顆粒級配對性能的影響在國內(nèi)外已經(jīng)有了長期的分析和研究，并取得了基本結(jié)論，對于高等級硅酸鹽水泥來說：水泥最佳性能的顆粒級配為3μm～32μm，此級配的顆粒總量需＞65%，<3μm的細(xì)顆粒不可超過10%，>65μm和<1μm的顆粒越少越好，最好沒有，這樣對水泥強(qiáng)度的發(fā)揮最好。因此，要定期對顆粒級配進(jìn)行分析，判斷磨內(nèi)粉磨狀況，及時(shí)調(diào)整鋼球級配，減少過粉磨現(xiàn)象，提高磨機(jī)粉磨效率，降低系統(tǒng)電耗。
（2）分別粉磨的優(yōu)勢。在用易磨性較差的礦渣等原料作為混合材粉磨水泥時(shí)，雖然礦渣磨細(xì)后可以改善水泥的顆粒分布，增加水泥顆粒的原始堆積密度，提高水泥砂漿和混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性和耐久性，加速水泥初期的水化過程，使水泥砂漿有較好的流動性。但水泥生產(chǎn)中如果將礦渣和熟料混合粉磨，由于熟料和礦渣的易磨性差異較大，混合粉磨后的礦渣粒徑會比熟料粒徑粗，當(dāng)水泥的比表面積達(dá)到350 m²/kg時(shí)，礦渣的比表面積僅有230～280 m²/kg。如果礦渣活性充分發(fā)揮出來，達(dá)到理想的細(xì)度（比表面積需達(dá)到400～450 m²/kg），又會造成熟料的過粉磨現(xiàn)象，大量的熟料細(xì)顆粒將在很短的時(shí)間內(nèi)水化，導(dǎo)致早期水化熱增加以及需水量增大、減水劑相溶性降低等一系列弊端的產(chǎn)生，使水泥使用性能變差，磨機(jī)產(chǎn)量降低，電耗升高。因此礦渣采用分別粉磨的方式，生產(chǎn)高細(xì)度、高比表面積的礦粉，再與已摻入石膏的熟料粉通過混料機(jī)配制成水泥，形成“分別粉磨”工藝，與球磨機(jī)混合粉磨相比較可以明顯提高磨機(jī)的臺時(shí)產(chǎn)量，有利于磨機(jī)效率和混合材摻加量的提高，充分發(fā)揮水泥活性，避免過粉磨現(xiàn)象，降低粉磨電耗和生產(chǎn)成本。
3 聯(lián)合粉磨（或半終粉磨）系統(tǒng)的優(yōu)化
在傳統(tǒng)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中，輥壓機(jī)為閉路，起著傳統(tǒng)球磨機(jī)粗磨倉的作用，后續(xù)球磨機(jī)只承擔(dān)細(xì)磨倉的作用。從輥壓機(jī)出來進(jìn)入球磨機(jī)的物料比表面積就已經(jīng)達(dá)到了150～200 m² /kg，如果按傳統(tǒng)球磨機(jī)的管理和調(diào)整思維，就難免出現(xiàn)球磨機(jī)電耗過高和過粉磨現(xiàn)象。為此，對球磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行重新優(yōu)化，既可提高水泥質(zhì)量，又可降低系統(tǒng)電耗。
（1）輥壓機(jī)及分選設(shè)備實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中的“分段粉磨”，在相對穩(wěn)定的工藝條件下，輥壓機(jī)工作壓力越大，擠壓物料過程中產(chǎn)生的粉料越多，成品量會顯著增加，被分離出的合格品也越多。因此必須充分發(fā)揮輥壓機(jī)系統(tǒng)料床粉磨的技術(shù)優(yōu)勢和較大的處理能力。輥壓機(jī)段做功越多，對整個系統(tǒng)增產(chǎn)節(jié)電越有利。
（2）在后續(xù)球磨機(jī)段粉磨過程中，主要是通過增加鋼球總表面積來提高磨機(jī)的研磨能力。一是在鋼球裝球量相同時(shí)，可通過減小鋼球平均直徑，增加鋼球數(shù)量來加大研磨體的總表面積。根據(jù)入球磨機(jī)物料比表面積的變化，減小鋼球規(guī)格到13 mm～20 mm，在細(xì)磨倉采用10 mm～14 mm微段，可增加研磨體的總表面積，提高研磨能力。由于受水泥顆粒分布范圍的影響，研磨體過小，又會造成水泥顆粒分布范圍較窄，不利于水泥質(zhì)量性能的發(fā)揮，因此鋼球直徑不能小于13 mm，微段不小于10 mm。二是如果球磨機(jī)主電機(jī)及主減速機(jī)功率富裕，可合理增加細(xì)磨倉研磨體裝載量，增大填充率，增加研磨體總表面積。研磨能力越好，粉磨效率越高，越有利于系統(tǒng)增產(chǎn)節(jié)電。
（3）由于球磨機(jī)一倉的粗碎功能已移至磨外由輥壓機(jī)完成，球磨機(jī)承擔(dān)的任務(wù)是單一的細(xì)磨功能，因此可以縮短一倉并延長細(xì)磨倉有效長度，也可將磨內(nèi)倉數(shù)改為單倉或雙倉，提高磨細(xì)能力。另外，球磨機(jī)的圓周速度也是根據(jù)過去入磨粒度25 mm時(shí)設(shè)計(jì)的，隨著球徑減小及入磨粒度的降低，該圓周速度也是值得研究的課題。
（4）隨著水泥粉磨工藝研究的不斷進(jìn)步，對傳統(tǒng)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，“大輥壓機(jī)配小球磨機(jī)”的半終粉磨系統(tǒng)脫穎而出。與傳統(tǒng)聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)相比，輥壓機(jī)半終粉磨工藝采用一臺物料處理能力較大的輥壓機(jī)和一臺喂料、分選能力大的下進(jìn)風(fēng)雙分離高效選粉機(jī)，將V選后的細(xì)粉再次進(jìn)行分選，合格細(xì)粉從入磨前的物料中被分選出來并直接送入成品庫，中粗粉進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，大幅度提高了成品產(chǎn)量，改善了球磨機(jī)的工況，減少了過粉磨現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)V型選粉機(jī)與雙分離高效選粉機(jī)共用一臺系統(tǒng)風(fēng)機(jī)，取消了聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中一臺循環(huán)風(fēng)機(jī)與旋風(fēng)收塵器及部分管道和輸送設(shè)備，進(jìn)而提高了球磨機(jī)的綜合臺時(shí)產(chǎn)量，降低了粉磨電耗，減少了設(shè)備數(shù)量和維修成本。典型的新型半終粉磨系統(tǒng)如圖1所示。

國內(nèi)某公司Φ4.2m×13.5m輥壓機(jī)+管磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng)采用此工藝后，生產(chǎn)P·C32.5級復(fù)合水泥時(shí)臺時(shí)產(chǎn)量達(dá)到350 t/h以上，水泥粉磨電耗降低至25 kWh/t之內(nèi)。
4 立磨系統(tǒng)電耗的降低方法

立磨是節(jié)能降耗的粉磨設(shè)備。近年來立磨的技術(shù)發(fā)展非常快，受到眾多水泥生產(chǎn)企業(yè)的青睞，成為粉磨系統(tǒng)的主要設(shè)備。立磨系統(tǒng)的最大負(fù)荷主要來自于磨機(jī)主電機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)，用電負(fù)荷達(dá)到立磨系統(tǒng)總電耗的70%左右，所以有效降低系統(tǒng)電耗的關(guān)鍵在于如何降低立磨系統(tǒng)主電機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)的電耗。
4.1 立磨系統(tǒng)能耗最佳參數(shù)的選取
立磨的原理大同小異，由于各企業(yè)系統(tǒng)工藝狀況不同，原料特性不同，操作參數(shù)、方式不同，因此需要操作人員在日常生產(chǎn)中注意觀察分析系統(tǒng)重點(diǎn)操作參數(shù)，如：壓差、料層厚度、研磨壓力、溫度、振動值、用風(fēng)量等的趨勢圖變化，通過連續(xù)多個點(diǎn)的變化推衍出某個時(shí)間段內(nèi)的變化規(guī)律，正確判斷隨機(jī)波動與異常波動，具備較強(qiáng)的預(yù)見能力，只有這樣，在異常波動發(fā)生時(shí)能很快將其識別出來，并采取對策進(jìn)行解決，不是看到趨勢圖稍有波動就進(jìn)行調(diào)整，而是在總結(jié)判斷的基礎(chǔ)上做到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高運(yùn)轉(zhuǎn)率，做到系統(tǒng)操作的優(yōu)質(zhì)與低消耗，摸索出單位能耗最低的參數(shù)。在評比操作結(jié)果時(shí)，不僅要評比具體完成的產(chǎn)量大小、質(zhì)量好壞，更要看單位產(chǎn)品能耗的高低，從而判斷操作員是否具備選取和控制最佳參數(shù)的素質(zhì)。
4.2 系統(tǒng)風(fēng)量的合理使用和控制
循環(huán)風(fēng)機(jī)的電耗占整個系統(tǒng)電耗的35%左右，降低風(fēng)量能夠有效地降低風(fēng)機(jī)電耗。由于磨機(jī)操作不合理，系統(tǒng)風(fēng)量偏高控制時(shí)，只能通過提高選粉機(jī)轉(zhuǎn)速來控制產(chǎn)品質(zhì)量，雖然磨機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，但是循環(huán)風(fēng)機(jī)和選粉機(jī)電流都偏高控制，造成電耗升高。另外系統(tǒng)漏風(fēng)時(shí)，影響磨機(jī)的正常拉風(fēng)，需開大循環(huán)風(fēng)機(jī)閥門，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)負(fù)荷加大，直接增加了風(fēng)機(jī)的電耗，嚴(yán)重時(shí)影響磨機(jī)產(chǎn)量，間接提高了系統(tǒng)的電耗。因此，在操作中要合理控制磨機(jī)風(fēng)量和盡可能減少系統(tǒng)漏風(fēng)。
4.3 擋料圈的調(diào)整
根據(jù)磨機(jī)運(yùn)行狀況，要定期檢查磨盤、磨輥襯板磨損情況，及時(shí)調(diào)整擋料圈的高度，避免因料層厚度過厚或偏薄，造成研磨效率降低、主機(jī)負(fù)荷增大、磨主電機(jī)電流升高。同時(shí)，刮料板磨損以及與磨機(jī)底板間隙同樣影響系統(tǒng)的電耗，必須加以重視。
4.4 提高產(chǎn)量和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率

立磨在最大穩(wěn)定產(chǎn)量的時(shí)候性能最佳，提高產(chǎn)量并不是追求高產(chǎn)，而是在設(shè)備允許范圍內(nèi)，最大程度地發(fā)揮設(shè)備的性能。同時(shí)，還要合理組織生產(chǎn)，保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備連續(xù)運(yùn)行不僅能夠使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、參數(shù)更加合理，而且減少了系統(tǒng)開停和空載運(yùn)行帶來的用電損失。所以提高產(chǎn)量和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，避免無故的開停設(shè)備，在一定程度上能夠降低立磨系統(tǒng)電耗。
5 結(jié)束語

粉磨過程中的每一道工序、每一個環(huán)節(jié)都有潛力可挖，都需要加以重視，通過對整個系統(tǒng)全面優(yōu)化，可顯著降低水泥電耗，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品價(jià)格的市場競爭空間。作為一線水泥工作者，不僅要了解技術(shù)進(jìn)步的現(xiàn)狀與方向，更要掌握節(jié)省電耗的技術(shù)手段和管理方法，才能在管理中做到方向明確，思路正確，也才能在降低能源消耗上有所成效。
來源：《新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)》

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