技术丨水泥粉磨提产降耗的分析与研究

前言

水泥生产企业是用电大户，而水泥粉磨又是水泥生产中用电最多的环节，其电耗约占整个水泥生产45%左右。目前，我公司水泥制成电耗仍然高居38kWh/t左右。因此，降低水泥粉磨电耗、减少环节污染和降低生产成本势在必行。

在双闭路水泥联合粉磨系统中，主要对水泥细度或比表面积做功的设备是辊压机和水泥磨，分选设备主要是V型选粉机和O-SEPA选粉机。因此，研究水泥粉磨提产降耗，归根结底就是研究辊压机和水泥磨的做功能力，与V型选粉机和O-SEPA选粉机分选效率。这四者环环相扣，相互影响和制约。无论辊压机和水泥磨的粉磨能力强与弱，只要V型选粉机和O-SEPA选粉机不能及时将合格粉料分选出来，则都是做无用功。反过来，无论选粉机的选粉效性能多好，如果辊压机和水泥磨的粉磨太差，其生产能力也不可能高。因此，辊压机和水泥磨的粉磨能力是水泥粉磨系统提产降耗的主要因素，V型选粉机和O-SEPA选粉机分选效率是水泥磨粉磨的直接因素，而系统风机是间接因素。当然，无论是主要因素，直接因素还是间接因素，在整个过程中，其能量的转换都必然遵循能量守恒定律。我们只要循着减少甚至避免无用功，提高有用功，则提产降耗的工作自然就做好了。

一、水泥磨系统现状与存在的问题

入磨物料粒度R900=5%，R80=44%，R45=55%，平均粒径约0.159mm，比表面积约150m2/kg，出磨比表面积约205m2/kg，出磨R80约15%，水泥磨平均每米增加比表面积4.58205m2/kg，主电机运行电流约205A，水泥磨PO.42.5台时产量约170t/h，水泥成品R45为12%左右，研磨体装载量220吨，一仓填充率30.5%，二仓填充率31%，一仓研磨体平均球径26.6mm；辊压机运行电流约38A，辊缝40mm；辊压机出口R80为21%，0.9mm筛余59%；水泥制成电耗约38kWh/t。存在的主要问题是水泥磨台时产量低，粉磨电耗高。

二、水泥磨提产降耗分析与解决

影响水泥磨的生产能力的因素很多，主要有粉磨物料的种类、粒度大小、物理性质的产品细度；生产方法和流程；磨机及主要部件的性能；研磨体填充率及级配；喂料形式、磨机的操作方法、物料在磨内的运动情况等。但针对特定的生产企业，这些因素基本稳定不变。

2.1 由磨机的生产能力经验公式推算磨机产量

式中  Q—磨机生产能力，t/h；

      N—磨机所需功率，N=0.148GD₀nK（G为研磨体装载量，n为磨机转速，K约为1.27）

      q—单位功率生产能力，kg/(h•kW)；

      a—流程系数，开路取1.0，闭路取1.15～1.5；

对于特定的生产企业，以上这些相关的参数一般保持稳定状态，而磨机产量发生变化，主要是入磨颗粒大小、易磨性以及产品要求粒度变化所引起。当入磨粒度发生变化时，应按粒度校正系数_d进行修正。

_d=Q₁/Q₂=（d₂/d₁）^x。

式中 d₂—当生产能力为Q₂时的喂料粒度，以80%通过的筛孔表示；d₁当生产能力为Q₁时的喂料粒度，以80%通过的筛孔表示；_d—入磨粒度修正系数，x=0.1～0.25 主要与物料特性、成品细度、粉磨条件等有关，开路磨、硬度大的石灰石取高值，棒球磨一般取低值。

则：

Q₂= Q₁/（d₂/d₁）^x

根据以往所取入磨颗粒分析，目前公司水泥磨循环风机转速为740r/min时，入磨颗粒80%通过的筛孔d₁为0.23mm，比表面积约140m²/kg，P.O42.5产量约为175t/h，考虑熟料硬度和易磨性比石灰石差，水泥产品细度比生料细度，故x取中值0.2。如果我们能力能将d₂控制到0.1mm（0.08mm），甚至更低的水平，则水泥磨产量将增加为：

Q₂=Q₁/（d₂/d₁）^x=175（0.1/0.23）^0.2=206.7t/h

Q₃=Q₁/（d₃/d₁）^x=175（0.08/0.23）^0.2=216.2t/h

要将水泥磨产量提高到206.7t/h，就需要使入磨粒度由目前的80%小于0.23mm降低到80%小于0.1mm，而要降低入磨粒度，主要依靠辊压机来实现，同时由V型选粉机来辅助完成，这和水泥磨粉磨做功前移到辊压机，提高水泥磨系统台时产量的理论是一致的。通过辊压机出口物料颗粒分析，其中0.08mm筛余为79.51%。而循环风机转速为740r/min时，0.08mm筛余为44.12%。假设V型选粉机能将0.08mm以下的颗粒全部分选出来，入磨颗粒只有20%以内的颗粒大于0.08mm，要使水泥磨产量达到206.7t/h，则通过辊压机的物料量为：

206.7*0.8=X*（1-0.7951）

X=807（t/h）

2.2 磨机研磨体级配对磨机产能的影响

   根据我国水泥行业修正后的拉祖莫夫公式，联合粉磨系统磨机研磨体级配计算公式计算我公司研磨体级配的最大球径和平均球径：

式中_大、_平---最大和平均钢球直径，mm；

     ---入磨颗粒95%通过的筛孔，mm；

     f---磨机单位容积物料通过量影响系数，根据磨机每小时单位容积通过量计算结果查表，约为1.05；

K---物料的易磨性系数，熟料约0.82。

从研磨体级配计算公式中f的表述可以看出，磨机产量或循环负荷越高，要求的最大研磨体和平均球径越大。反过来，如果要求提高磨机产量，则应适当提高研磨体的直径或者降低入磨物料颗粒来实现。

三、研磨体球径影响水泥产量的实际生产案例

1、洛阳某水泥，入磨比表面积约180m²/kg，一仓研磨体装载量51吨，填充率为约30%，其中Ф40mm10吨，Ф30mm20mm吨，Ф25mm18吨，Ф20mm3吨。二仓研磨体装载量为169吨，填充率约为31.5%，平均球径15.23mm。因其入磨比表面积约180 m²/kg，因此其入磨颗粒较小，因此，其最大球径为Ф40煤磨，然而其平均球径为29.6mm，但是其水泥磨台时产量达到210t/h。

2、浙江某水泥公司入磨物料颗粒R80筛余38%～45%，R45筛余55%～61%，比表面积约160 m²/kg，出磨比表面积200～210 m²/kg（与我公司数据比较接近）。通过在一仓适当增加Ф60mm的大球，同时将平均球径从27.5mm提高到33mm，使磨机的研磨能力由原来的4.0 m²/kg/m，提高到8.0 m²/kg/m，其水泥磨台时产量从原来的165t/h提高到了198t/h。再加上该公司对辊压机及V型选粉机的修复，使水泥磨系统的生产能力达到了210t/h～220t/h。

3、黔桂某水泥公司2号水泥磨一仓填充率约29%，研磨体平均球径一度提高到33mm；二仓研磨体填充率约31%，研磨体平均球径约18.5mm。其PO.42.5水泥台时产量达到200～210t/h。

四、辊压机提产降耗分析与解决

4.1 根据辊压机生产能力计算公式

Q=3600LSuρ

式中 Q---辊压机生产能力，t/h；

     L---辊子长度，m；

     S---最小辊缝，m,S=K_S*D,K_S为辊缝系数，生料原料取0.02～0.3，水泥熟料取0.016～0.024，D为辊子直径，求得S=0.027～0.041mm；

     u---辊子的圆周速度，1.6m/s；

     ρ---产品料饼密度，t/m³。生料2.3 t/m³,熟料2.5t/m³.

公司辊压机的通过能力若要使辊压机的额定通过能力为458～623t/h。若要使辊压机保持现在辊压效果情况下，通过能力提高到满足水泥磨台时产量，则辊压机的通过能力应为807t/h，则辊缝应增大到

S=Q/（3600Luρ）=807/（3600*1*1.6*2.5）=56（mm）

从计算结果看，要使水泥磨台时产量达到206.7t/h，在保持目前水泥磨机研磨体级配和填充率情况下，辊压机的运行辊缝要求达到56mm，而辊压机的辊缝报警上限为60mm，辊压机虽然可以满足要求，但已远远超过设计参数，且如此大的辊缝必然导致循环提升机超负荷运行，不可取。因此，需要从提高辊压机的碾压效率来提高辊压机产品细颗粒的来满足水泥磨提产的要求。

4.2 根据辊压机单位电耗计算辊压机的有效通过能力

按辊压机运行电流38A计算，辊压机运行功率为

38*2*10*1.732*0.88=1158kWh

根据相关资料介绍的辊压机经验运行参数，辊压机碾压熟料是单位电耗一般为3.5～4.0kWh/t，那么在公司辊压机运行电流为38A左右，辊压机的有效碾压能力为：

Q_实=1158/3.5=325（t/h）

Q_实=1158/4.0=289.5（t/h）

由辊压机实际运行辊缝为40mm，计算辊压机通过能力为：

      Q_辊缝=3600*S*u*ρ=3600*0.4*1.6*2.5=576（t/h）

因此有：Q_功率/Q_辊缝=325/576=0.56（289.5/576=0.50）

而且辊压机运行电流与额定电流之比为38/63=0.6，在这种运行状况下，循环提升机（最大提升能力1000t/h）的运行电流为300A左右，达到额定电流的75%，且现场辊缝也较大。因此可以确定，辊压机中物料的实际通过至少为576t/h。

从以上计算结果看，辊压机的做功效率不足60%，出现这种现象，主要可能有如下原因：

1、辊压机碾压时产生的边缘效应非常严重，导致做功效率低；

2、辊压机侧挡板漏料严重，（或实际辊缝比显示小得多，但从循环提升机的运行电流可以否定）；

3、稳重仓内细颗粒多，且粗细颗粒分布严重不均匀，导致产生离析现象严重，从而使辊压机喂料颗粒一端粗，一端细。而细颗粒侧因含气量多，流速增快，未达到碾压效果。

4.3 处理思路

1、 检查修复辊压机侧挡板，使其间隙≤2mm；

2、 提高V-选的选粉效率，减少返回稳重仓的细颗粒物料；

3、合理调整稳重仓新鲜物料的落料位置，恢复稳重仓内散料盘，使粗细物料分布更加均匀，防止产生离析现象；

当然，辊压机的辊子磨损、工作压力、边缘效应、喂料中细颗粒的多少等都会影响辊压机做功效果。要保证辊压机的正常工作能力，不但要维护好辊压机的辊子和侧挡板，防止或减少边缘效应产生，同时还必须保证V型选粉机的选粉效率，是合格粉料及时送入水泥磨，否则，过多的细料循环不但增大辊压机的负荷，产生离析现象。

使物料流速增大，边缘效应增大，导致辊压机挤压效率大大降低。如能将辊压机的做功效率由目前的56%提高到80%（保持辊压机辊缝不大于40mm的情况下），则辊压机出口0.08mm以内的颗粒含量将达到21%*80/56=30%，0.08mm以内的颗粒小时产量将从现在的576*21%=121t/h，提高到576*30%=172t/h；0.045mm的颗粒小时流量将从目前的170*0.39=66.3t/h，提高到172*（0.39/0.56）=119.8t/h，比例将从39%提高到55.7%，比原来提高42.8%。这样的入磨物料，已接近目前公司水泥磨出磨物料的颗粒细度。

因此，水泥磨的台时产量可提高30%～40%，仅以入磨颗粒0.08mm占80%计算，水泥磨的产量也至少可提高到215t/h左右。

五、根据系统风量核算水泥磨系统生产能力及风机电耗

水泥磨系统循环风机额定风量280000m³/h，主排风机额定风量265000 m³/h，成品袋收尘器和O-SEPA选粉机（最大喂料量630t/h）额定通风量210000 m³/h，其通风量在系统中最小，因此可通过其风量来进行产量核算。由于水泥成品袋收尘器参数要求入口粉尘浓度≤1300g/m³，则袋收尘器对水泥成品最大处理能力为：

Q=210000*1.3=273（t/h）

    因此，成品袋收尘器和O-SEPA选粉机的通风量能够满足系统提产的要求。另外，如果按照设备参数要求控制成品袋收尘器的阻力小于1700Pa，O-SEPA选粉机设备阻力控制小于1700Pa，O-SEPA选粉机入口负压控制为-200Pa，则主排风机入口控制负压应为3800Pa左右，通风量为210000m³。根据风机功率计算公式计算，此时主排风机运行电流约为22A（功率约325kWh）。而实际运行中，主排风机入口负压为5200Pa左右，运行电流为39A左右（功率约585kWh），实际运行电耗每小时比理论计算多用260 kWh，折合吨水泥电耗多电约1.44 kWh/t。

六、目前公司水泥磨系统需要开展如下工作

1、必须保证V型选粉机和OSEP选粉机的选粉效率，尽可能减少循环负荷，从而减少或避免辊压机和水泥磨的无用功，提高粉磨效率。

2、根据水泥磨研磨体级配计算结果来指导调整磨机目前的研磨体，使之与入磨的颗粒和产量相匹配，从而提高水泥磨的粉磨能力。

3、V型选粉机喂料进行改造，降低物料流速、提高分散度，从而提高分选效率，减少进入辊压机的物料的离析和边缘效应现象，降低辊压机物料流速。

3、合理调整稳重仓新鲜物料的落料位置，恢复稳重仓内散料盘，使粗细物料分布更加均匀，防止产生离析现象；

4、解决OSEPA选粉机静叶片通风不良现象，提高其选粉效率，减少水泥磨的循环负荷和过粉磨现象，从而提高水泥磨的粉磨效率。同时降低设备阻力，从而降低风机电耗。

5、加强辊压机的维护，特别是辊压机侧挡板的间隙，应按设备安装说明控制在2mm以内，减少物料短路和辊压机做功的边缘效应。

6、减少成品袋收尘器漏风、降低设备阻力，从而降低排风机运行电耗，同时提高和保证O-SEPA选粉机的有效通风量。

综上所述，如各项工作均顺利开展和完成后，则公司水泥磨粉磨P.O42.5水泥时，台时产量可以达到220t/h，甚至更高的水平，而水泥制成电耗将由目前的38 kWh/t降低到29 kWh/t左右，甚至更低。

七、实践验证

2017年对水泥磨系统进行技术改造：
1、O-sepa选粉机入口喂料均匀性改造；
2、O-sepa选粉机动叶片处理；
3、O-sepa选粉机一次风进口进行降阻改造；

4、V选喂料口增加粉料板改造。

通过上述改造后，水泥磨O-sepa选粉机的选粉效率从原来的45%左右提高的65%左右，水泥成品细度保持45微米筛余15%左右的情况下，粉磨PO42.5时水泥磨台时产量由原来的175t/h左右提高到200t/h左右。

2019年以来，由于成品水泥45微米筛余控制到7%左右，水泥磨台时产量又降低到175t/h左右。2019年4月对V选入口溜槽进行技改后，使入磨物料比表面积从140m2/kg左右提高到170m2/kg，在水泥磨研磨体填充率同比2017年降低约10%的情况下，水泥磨台时产量达到205t/h。水泥工序电耗降低约6kWh/t。

作者：熊会思，熊然

来源：《中国建材工业出版社》

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