大型辊压机、K型选粉机在水泥粉磨工艺大型化中的设计应用
球磨机凭借其适应性强，运行率高，粉碎比大，密封性好等优点，在水泥行业得到普遍采用已有100多年的历史。但球磨机在干法粉磨时电能有效利用率仅为1%～3%，大于90%以上的能量是通过热能、声能和机械磨蚀等形式消耗。如何提高水泥粉磨的能量利用率一直是很多水泥技术人员努力在做的工作。山东山水集团作为建厂较早的新型干法水泥企业，自1994年以来大胆采用新设备、新工艺，进行了积极探索。经过多年研究、生产实践，结合水泥质量的要求，我们逐渐建立了辊压联合粉磨主导工艺方案，并在山水集团新建水泥粉磨站上全面采用。2004年在建设日照山水水泥项目时，我们与有关设备厂家共同在该系统水泥粉磨工艺大型化上进行了实践。
1 项目实施的背景
山水集团在“十五”期间，在在加快国内规模建设的同时积极开拓国际市场，确定在日照港内建设大型水泥粉磨站，全部销往海外。由于港内寸土寸金，以及面对国际市场，设计要求满足以下条件。
i规模：P.I52.5R型水泥200万t/a
ii占地：小于50亩
iii磨机：2台φ3.8m×12m球磨(已定货)
要达到以上设计要求,很显然必须走设备大型化的途径,努力提高既定球磨机的能力,同时采用高效率、结构紧凑的设备，以尽量减少占地。
2 项目设计方案
（1）工艺流程
配料皮带来料和经过辊压机的物料共同有提升机喂入V型粉机，由V型选粉机进行粗细粉的初步分离，粗粉回辊压机再进行辊压，细粉有高浓度收尘器收集下来，喂入水泥磨（φ3.8m×12m）进行研磨。由于该公司建在日照港内，为节约土地，前期设计为开路磨。（见图1）。
生产中发现水泥假凝指标较低（水泥假凝以针入度来表示，可以简单的理解为试针垂直贯入水泥试体的百分数。中国水泥标准对此指标不做规定，美国水泥标准规定不得小于50），不能稳定达到外商的要求，经多次试验研究分析，这与开路磨水泥颗粒级配有关。为提高水泥假凝指标，必须改为闭路工艺。但改为闭路工艺，需满足两个方面要求，一是选粉机选粉效率必须要高，二是由于地面已无空间，必须在原有厂房内进行布置。根据这两个条件，我们与科行公司共同为本项目开发了KXW3000新型高效选粉机。出水泥磨物料由KXW3000新型高效选粉机直接选出成品，粗粉回水泥磨再进行研磨（见图2）。
同样，为节约用地、简化工艺流程，我们将出V型选粉机的高浓度气流的物料回收与出磨废气的收尘器合二为一，共用一台风机，一台设备，一侧为高浓度收尘器，用于回收出V型选粉机的入磨物料，一侧为低浓度收尘器，用于净化出磨废气。
图1 开路磨工艺流程图
图2 改造后闭路磨流程图
（2）主机设备（见表1）
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名称 |
型号 规格 |
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水泥磨 |
规格：φ3.8m×12m 电机功率2500 转动方式：中心转动 |
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辊压机 |
型号：CLF170-100 |
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V型选粉机 |
型号：VXR3500 |
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K型选粉机 |
型号:KXW3000 水泥产量:110~180 t/h |
3 项目实施的几点创新
（1）工艺设备实现大型化
i国内首次使用CLF170×100大型辊压机,物料处理能力:620t/h(当时国产最大规格的辊压机)。
ii国内首次使用VXR3500型带转子V型选粉机，处理能力160t/h。
iii国内首次使用KXW3000新型高效选粉机，物料处理能力：550t/h。
水泥台时产量：110～180 t/h
我们根据辊压机系统装机功率与磨机系统装机功率1:1配置，节能效果最好的原则，在国内首次使用了CLF170×100大型辊压机和VXR3500带转子的大型V型选粉机，充分发挥大型辊压机的预破碎功能，有效控制入磨物料细度（入磨物料细度：80μ筛余<20%，比表面积：220m2/h左右），最大限度的降低水泥电耗。
（2）工艺更简洁紧凑可靠
i日照项目设计之前，山东山水集团采用的辊压机联合粉磨工艺中，V型选粉机选出的细粉是用旋风筒收集入磨的（见图3）。旋风筒收尘效率即使达到90%，排出风中仍含有浓度高达80～100g/m3的粉尘在循环风机中循环，叶轮寿命多在半年之内。这样就降低了设备运转率，增加维修费用，也存在叶轮磨损而带来的设备及人身伤害隐患，给工厂带来损失。为改进该工艺，本项目采用高浓度袋收尘收集V型选粉机选出的细粉，在解决磨损带来的隐患的同时，也简化了工艺。
ii为不增加占地，本项目采用K型选粉机。K型选粉机又称K型内循环选粉机，是结合转子式选粉机和O-Sepa选粉机的特点研制的新一代选粉机。综合运用了悬浮分散技术、平面涡流分级技术、内循环收集技术、净气降温二次分选技术，与O-Sepa相比具有单机结构紧凑，系统工艺流程简单，操作方便，选粉效率高，细度和比表面积调节控制简单，投资较省，综合效益高等优点。我们根据K型选粉机的特点，改进其悬浮分散技术、净气降温二次分选技术及内循环收集技术，将其选粉效率提高到70%～80%（45μm），使系统产质量得到明显提高。
图3
iii为简化工艺环节，我们将出V型选粉机的高浓度含尘（细粉）气流的细粉回收与出磨废气的收尘器合二为一，共用一台风机、一台设备，简化了工艺，减少了设备故障点，工艺系统的阻力降低，降低了生产电耗。创出了一台收尘设备多点收尘、同时处理不同浓度含尘气体的新思路。
4 项目设计的技术依据
(1)工艺系统的确定
表2 各种水泥粉磨系统之比较
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粉碎系统 |
辊压机终粉磨 |
辊压机联合粉磨 |
立磨 |
筒滚磨 |
球磨 |
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粉碎机理 |
封闭空间内高压一次料层间挤压粉碎 |
非密封空间内中压多次料间挤压粉碎 |
开放空间内多 次冲击与研磨 | ||
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可靠性耐用性 大型化难度 单机最大产量（t/h） 相对粉磨效率（%） 系统电耗（kwh/t） |
中等 |
良 |
中等 |
良 |
优 |
由表2可以看到，辊压机终粉磨系统是最先进的辊压机粉磨工艺，它充分发挥了辊压机的节能优势。但实践证明，该系统包括立磨系统生产的水泥粒度范围分布狭窄，水泥需水量较大，如保持稠度相同时，混凝土强度要降低，。另外，该系统大型化难度较大。筒辊磨系统设备投资巨大。综合以上比较，加上以往的成功应用经验，我们仍采用辊压机联合粉磨系统。
(2)当球磨机规格确定后，入磨物料粒度、易磨性、产品细度对系统产质量起主要作用。
i入磨物料粒度对磨机产能的影响
磨机的相对生产率Kd与入磨粒度d及其产量G的关系见公式（1）。
Kd=G2/G1=（d1/d2）x (1)
式中,x是与物料性质、粉磨细度等生产条件有关的指数，一般在0.10～0.35之间，产品比表面积要求越高，x值越小。因此，要在既定磨机的条件下达到设计规模，必须尽可能的降低入磨粒度。在日照粉磨站之前，我们已成功设计了六条辊压联合粉磨系统，φ3.8m×12m球磨生产PO42.5R水泥台时均可达到110t/h以上。由于出口水泥要求比表更高（>360m2/kg），因此需加大辊压机规格，以进一步降低入磨粒度。
ii改善入磨物料易磨性。据有关试验表明：加辊压机入磨物料易磨性改善达25%～33%。
(3)辊压机规格的确定依据
由于辊压机的电能有效利用率远远高于球磨机，达到了20%～30%。因此，在辊压联合水泥粉磨系统中，增产降耗须加大辊压机的做功。
根据有关资料，带辊压机的磨机节电增产情况见图4、图5，图4表明，G辊/g=3.5时，磨机电耗≈辊压机电耗，辊压机和磨机都发挥各自较好的作用；图5表明G辊/g=3.5，N辊/（N辊+N辊）×100%=50%，即N辊=N磨时，带辊压机的磨机节电率及增产率达到最佳状态。
图4
图5 磨机加辊压机后增产与节电
注：G辊-辊压机物料通过量；g-球磨机产量；N辊-辊压机电机有效功率；N磨-磨机电机有效功率
(4)辊压机配套的分级设备选型依据
辊压联合粉磨系统中,辊压机配套的分级设备主要有打散分级机和V型选粉机。两种分级系统的主要区别在于：V型选粉机靠重力自由落体和风力提升进行打散分级，分级精度较高，适合分选0.5mm以下的物料；打散分级机是通过机械与风力进行打散分级，分级精度较低，分选粒径可达3.0mm。由此可见，V型选粉机可以更有效的控制并降低入磨物料粒度。根据公式（1）我们知道采用V型选粉机可以更有效的提高球磨台时产量。
V型选粉机分为不带转子的VX系列和带转子的VXR系列。VX系列选粉机带料比表面积为175m2/kg左右，VXR系列选粉机可以通过调节转子转速使其带料比表面积在150～350m2/kg范围内可调。为有效的控制入磨粒度，我们采用VXR系列。
5 效果及应用情况
该项目自投产以来系统运行平稳，设备月运转率达96%以上。
i入磨物料细度：80μm筛余<20%；比表面积：220m2/kg左右；
ii P.I52.5R型水泥台时产量130t/h;
iii水泥质量指标:比表面积>360m2/kg,45μm筛筛余<2%,假凝指标>85%,彻底解决了水泥的假凝问题.国外有的水泥商对我们水泥的1d强度要求>13.1MpPa，我们的1d强度却达到了17.8MPa，我们的1d强度要求却达到了17.8Mpa以上,满足了国外客户的要求。目前日照港粉磨站生产的水泥100%散装出口。
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