王志凌：浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力

中建材（合肥）粉体科技装备有限公司总经理助理王志凌

　　6月16日，2013年第六届国际粉磨峰会成功召开，中建材（合肥）粉体科技装备有限公司总经理助理王志凌在会议上做了题为《浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力》的报告。他在报道内容中指出，在保留辊压机加球磨机组成开路挤压联合粉磨系统的基础上，可以通过水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合，创造出诸多全新的工艺方案。并且，对工艺方案进行详细的阐述和比较结合水泥企业中φ3.2×13.0m水泥磨的改造，能在进一步提高产能规模和节能降耗上提供更新的思路，从而达到小磨机也可以做大文章的效果。报告具体内容如下。

系统改造方案介绍

　　1、方案一

　　主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG140-80型辊压机、HFV2000X型气流分级机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到80t/h以上，系统电耗30kWh/t以下。

     图1.系统工艺流程图    

1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.辊压机；8.料饼提升机；9.气流分级机；10. 气箱脉冲袋收尘器；11.收尘风机；12.球磨机；13.翻板阀；14.出磨提升机；15.成品斜槽；16.气箱脉冲袋收尘器；17.磨尾排风机；18.手动蝶阀

表1.系统技术指标

表2.系统经济指标

　　2、方案二

　　主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG150-80型辊压机、HFV2500X型气流分级机、DSM-2500（Ⅱ）下进风选粉机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机和下进风选粉机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到100t/h以上，系统电耗29kWh/t以下。

图2.系统工艺流程图

1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.启动棒闸；8.辊压机；9.料饼提升机；10.气流分级机；11.下进风选粉机；12.双翻板锁风卸灰阀；13.气箱脉冲袋收尘器；14.高压排风机；15.球磨机；16.翻板阀；17.出磨提升机；18.成品斜槽；19.气箱脉冲袋收尘器；20.磨尾排风机；21.手动蝶阀表

表3.系统技术指标

表4.系统经济指标

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　　3、方案二、三应用实例

　　方案二的典型实例有曲阜中联水泥有限公司泰安粉磨站（原泰安金鲁城水泥有限公司），江西万年青赣州章贡粉磨站等，共有30多家水泥企业采用了该方案进行改造和新建，都达到或超出了预期的效果，这里就不单独叙述。

　　由于方案三是近期针对Φ3.2×13.0m磨机改造和新建使用最为频繁的工艺系统，所以我们介绍一个典型实例，即南方水泥建德三狮水泥有限公司新建年产100万吨水泥粉磨站，目前该公司在整个南方水泥浙江片区，每次对标结果一直名列前茅，是集团内其他子公司学习的典范。其φ3.2×13.0m水泥挤压联合粉磨系统已于2010年1月份投产，系统具体技术经济指标见以下调试报告。

　　4、方案三

　　主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG160-140型辊压机、HFV3500X型气流分级机、DSM-3500（Ⅱ）下进风选粉机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机和下进风选粉机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到120t/h以上，系统电耗29 kW·h/t以下。

图3.系统工艺流程图：

1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.启动棒闸；8.辊压机；9.料饼提升机；10.气流分级机；11.下进风选粉机；12.双翻板锁风卸灰阀；13.旋风筒；14. 翻板阀；15.循环风机；16.气箱脉冲袋收尘器；17.收尘排风机；18.半成品斜槽19.球磨机；20.翻板阀；21.出磨提升机；22.成品斜槽；23.气箱脉冲袋收尘器；24.磨尾排风机；25.电动蝶阀；26.电动蝶阀；27.手动蝶阀

表5.系统技术指标

表6.系统经济指标

　　5、方案四

　　主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG180-160型辊压机、HFV4500X型气流分级机、DSM-4500（Ⅱ）下进风选粉机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机和下进风选粉机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到150t/h以上，系统电耗29 kW·h/t以下。

图4.系统工艺流程图

1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.启动棒闸；8.辊压机；9.料饼提升机；10.气流分级机；11.下进风选粉机；12.双翻板锁风卸灰阀；13.旋风筒；14. 翻板阀；15.循环风机；16.气箱脉冲袋收尘器；17.收尘排风机；18.半成品斜槽19.球磨机；20.翻板阀；21.出磨提升机；22.成品斜槽；23.气箱脉冲袋收尘器；24.磨尾排风机；25.电动蝶阀；26.电动蝶阀；27.手动蝶阀

表7.系统技术指标

表8.系统经济指标

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　　6、方案三、四应用实例

　　使用方案三的企业有湖州市南浔圣船水泥有限公司Ф3.2×13m水泥磨改造项目，福建春驰新丰水泥有限公司Ф3.2×13m水泥磨改造项目，广东湛江国强水泥有限公司新建年产100万吨水泥粉磨站项目等，这些项目目前都在实施阶段，即将投产。

　　使用方案四目前只有广东罗浮山水泥集团惠阳双新水泥公司，其原有一套Ф3.2×13m开路水泥磨系统，生产42.5普通硅酸盐水泥，产量45t/h，细度R0.08<2%,比面积370～390m²/kg，系统电耗为36kWh/t。2012年委托合肥院对其系统进行改造，合肥院采用增加一套HFCG180-160辊压机，装机功率为2×1600kW，与球磨机的装机功率比达到2，设计指标为生产42.5普通硅酸盐水泥，产量>140t/h,细度R0.08<2%,比面积370～390m²/kg，系统电耗<31kWh/t。经过改造于2012年底投入运行，下面是该公司改造前后运行数据对比表:

表9.运行数据对比表

系统改造方案对比分析

　　1、方案一和方案二对比分析

　　方案一和方案二在工艺流程上的主要区别在于，方案二增加了下进风选粉机，原因在于：

　　（1）方案一中辊压机规格为HFCG140-80，最大处理量为360t/h，系统产量要求80t/h，所以辊压机系统的循环负荷为（360-80）÷80=350%，正是由于该循环负荷较小，故入磨半成品比表面积只有180～200m²/kg，若再增加下进风选粉机，则因为受辊压机处理量所限，很难选出更细的入磨半成品来满足水泥磨80t/h的要求，所以方案一只采用了气流分级机进行一次粗选；方案二则不然，其辊压机规格为HFCG150-100，最大处理量为500t/h，系统产量要求100t/h，所以辊压机系统的循环负荷为（500-100）÷100=400%，该循环负荷较大，这样通过增加下进风选粉机进行二次精选，使入磨半成品比表面积达到200～220 m²/kg，同时满足水泥磨100t/h的要求。

　　（2）通过表2和表4可以看出，方案一和方案二的吨水泥装机功率分别为38.75 kW/t和38.20 kW/t，差别不大，但方案一和方案二的系统产量差20t/h，所以方案二比方案一更省电，系统单产电耗至少差1～2 kW.h/t。

　　（3）方案二采用的气流分级机+下进风转子式选粉机，有效地提高了辊压机系统的分级效率，不仅使系统电耗进一步降低，同时改善了喂入辊压机物料层。

　　（4）通过以上对比可以得出，尽管方案二比方案一的系统投资更高，但方案二的年产量可以多15万吨，而且系统能耗更低，可以进一步避峰利用低谷电进行生产，调节手段更灵活。

　　2、方案三、四和方案一、二的对比分析

　　方案三和方案四在工艺流程上的基本一致，只是系统设备规格有所不同，相对于前两个方案，有以下区别：

　　（1）方案一、二都是把收尘器主要做为生产设备用来收集入磨的半成品，而方案三、四则是采用旋风筒来收集入磨的半成品。由于方案一、二系统设备规格相对较小，设备造价更低，为了使系统工艺更简单，故采用一级收尘的方式来收集入磨的半成品，这样系统风机几乎没有大的磨损，但对收尘器的滤袋寿命要求提高。而方案三、四系统设备规格相对较大，设备造价更高，为了降低系统投资，故采用二级收尘的方式来收集入磨的半成品，这样对系统循环风机叶轮的寿命要求提高。

　　（2）方案三和方案四由于系统产量大幅度提高，使物料带走球磨机内部的热量成倍地增加，从而降低水泥温度，从表5显示可以降低20-40℃。

　　（3）方案三中辊压机规格为HFCG160-140，最大处理量为780t/h，系统产量要求120t/h，所以辊压机系统的循环负荷为550%，其入磨半成品比表面积为220～250 m²/kg；方案四中辊压机规格为HFCG180-160，最大处理量为1050t/h，系统产量要求150t/h，所以辊压机系统的循环负荷为600%，其入磨半成品比表面积达到250～280 m²/kg，正是由于循环负荷进一步加大，所以这两个方案都采用了下进风选粉机进行二次精选，增加入磨半成品的比表面积，为水泥磨产量的大幅度提高打下良好的基础。　　（4）方案三和方案四进一步充实并完善了料层粉碎论，使这一先进的粉碎理论和辊压机等基于料层粉碎理论存在的高效粉碎设备节能潜能得以更加充分地发挥。　　3、四种方案综合对比分析

 表10.技术参数综合对比表

　　分析结果：

　　（1）从表10中我们可以看出，从方案一到方案四，随着辊压机规格的不断加大，辊压机与球磨机的装机功率比持续增加，一般装机功率比大于1时，我们称之为 "大辊压机配小球磨机联合粉磨系统"，所以方案三和方案四就属于此类型，它们都是粉磨工艺与设备选型优化组合的产物，而且都具备良好的节能潜力。

　　（2）从表10中我们还可以看出，结合Ф3.2×13.0m磨机的改造，针对年产60～80万吨的规模，可以考虑方案一和方案二，但在资金充裕的前提下，方案二应该作为首选方案；针对年产100万吨左右的规模，可以考虑方案三和方案四，同样在资金充裕的前提下，方案四应该作为优先方案；另外由于方案三、四的系统产能较大，在有峰谷电价的地区，可以完全用谷电生产，取得更好的经济效益，所以别看Ф3.2×13.0m磨机规格不大，但通过"大辊压机小球磨机联合粉磨系统"的理念，仍然可以大有作为。

　　（3）通常在水泥挤压联合粉磨系统中，球磨机的功耗一般为15～20kWh/t左右，辊压机对物料有效功的输入一般在6～8kWh/t之间，这点在表6中方案一和方案二与此是基本对应的；而方案三和方案四却突破了这一界限，但系统电耗不仅没有增加，甚至有进一步下降的趋势。因为一般辊压机的能效为球磨机的两倍，所以我们应该尽可能发挥辊压机功效，降低球磨机的能耗，在通常的物料易磨性情况下，球磨机所减少的功率，则必须由辊压机弥补。从表10中我们可以看到，从方案一到方案四，随着辊压机规格的不断加大，系统产量也随之逐步提高，同时辊压机单产电耗也持续增加，相反球磨机单产电耗则不断下降。以方案三和方案四的变化趋势为例，球磨机单产电耗由12.0kWh/t降到9.6kWh/t，下降了12-9.6=2.4 kWh/t，因为辊压机的能效为球磨机的两倍，所以球磨机所减少了2.4 kWh/t，则辊压机必须弥补2.4÷2=1.2 kWh/t，而辊压机单产电耗从11.2 kWh/t提至12.8 kWh/t，增加了12.8-11.2=1.6 kWh/t，球磨机所减少的功率和辊压机弥补的基本相当。所以说正是我们采用了"大辊压机小球磨机联合粉磨系统"这一理念，才使得水泥挤压联合粉磨系统中辊压机和球磨机的功耗打破了原有的常规，使得系统更加优化。

结论

　　综上所述，挤压粉磨技术在粉磨系统改造中有其不可替代的优势。通过水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合，同时采用"大辊压机小球磨机联合粉磨系统"的先进理念，在大幅度提高产量的前提下，进一步发挥该系统节能降耗的潜力。

　　为了使系统改造能达到预期的效果，必须要做好以下几项工作：

　　1、物料的物性分析。在尽可能的情况下，按照日后所粉磨水泥物料配比进行物料的水分、易磨性、易碎性、颗粒分布等物性分析，科学预测改造后的技术经济指标。

　　2、根据产品要求选择合理的工艺流程，并且认真研究系统中各设备的能力匹配，尤其是辊压机和球磨机的匹配。

　　3、系统投产后，必须对系统和各主机设备的参数进行调试、优化，使系统从投产之日就处于高水平、高效率的运行状态下。

　　总之，随着辊压机装备逐步大型化以及挤压粉磨技术的不断进步，为水泥粉磨系统的改造提供了节能高效、运行可靠的新型粉磨技术及装备，只要我们深入了解并掌握辊压机的工作原理和性能特征，就能为水泥企业的技术改造做出其应有的贡献，并创造出更大的经济效益和社会效益。