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2018-02-26

【干貨】水泥工業粉磨系統的節電方法

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0 引言
水泥粉磨系統技術進步的實質動力是為了追求更低的粉磨電耗，以增加企業效益。盡管先進的工藝已經取得了突破性進展，也在很多新建的水泥生產線中得到了應用，但龐大的水泥工業，不可能每條生產線都立馬換上新工藝。因而創新的小改小革和正確的精細化管理方法及經驗備受企業重視。在水泥生產過程中，粉磨電耗約占水泥生產總電耗的65%～75%，粉磨成本占生產總成本的35%左右，因此降低粉磨電耗是降低水泥行業耗能的關鍵途徑之一。由于對粉磨技術認識的差異，同樣規格及同樣粉磨工藝的系統電耗差距很大。大量的實例證明，先進的粉磨系統是一個經過科學優化的系統，任何一個因素不合理，都會影響系統產量，而一個能耗高、產量低的粉磨系統，必然存在很多問題，使系統無法達到理想狀態。
本文在介紹粉磨技術發展趨勢的基礎上，對目前常見的粉磨系統的節電方法進行論述。
1 粉磨技術的發展趨勢
粉磨系統電耗的高低是判斷粉磨系統優劣的重要標準。目前，粉磨技術正在向完全無球化（立磨或輥壓機終粉磨）、設備大型化的方向發展，伴隨著水泥工藝技術的進步，水泥生產綜合電耗的變化趨勢如下：球磨機時代＞100 kWh/t；部分料床粉磨時代90 kWh/t左右；無球化時代＜80 kWh/t。
2 降低球磨機系統電耗的方法
2.1 物料對粉磨系統電耗的影響
（1）物料易磨性對粉磨系統電耗的影響。水泥粉磨系統產量的高低，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，當熟料礦物組成中C3S含量多、C4AF含量少、熟料冷卻速度快、熟料礦物形成結晶細小的玻璃體、質地較脆，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，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。由于球磨機在物料粉磨時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。生產實踐表明，當入磨物料平均粒度從30 mm降到2 mm～3 mm時，則磨機產量可提高50%以上。眾所周知，當磨機產量大幅提升時，其對應電耗也會大幅降低。國內外技術人員經過多年的深入研究和生產實踐，提出了“多破少磨，以破代磨”的預粉碎工藝，使得磨機的產量大幅度提高，粉磨電耗降低，增產節能效果明顯。另外，為減少過粉磨現象，當磨機內加入粉狀物料時，如水泥粉磨采用粉煤灰作為混合材時，應先進入選粉機，經選粉機分選后細粉作為成品入庫，粗粉入磨進行粉磨，可提高球磨機粉磨效率，降低電耗。
（3）物料溫度和水分對粉磨系統電耗的影響。當入磨物料溫度超過80 ℃時，由于受鋼球沖擊作用，大部分機械能轉化為熱能，磨內溫度可超過120 ℃，過高的磨內溫度容易造成物料顆粒產生靜電吸附作用，形成細小顆粒的襯墊層，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，水泥磨產量會降低10%～15%。當水泥磨磨內溫度高達120 ℃時，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，影響水泥質量。另外，磨內溫度高，還會造成磨機筒體和軸承等零部件溫度升高，潤滑作用降低，影響設備的長期安全運轉，甚至有的企業出現停磨降溫的現象，不僅影響產量，而且頻繁地停磨造成臺時產量的降低和電耗的上升。因此，在正常生產情況下要盡可能降低入磨熟料溫度。
同時入磨物料水分一定要嚴格控制，當物料中水分波動較大（1%～5%）時，磨機產量波動較大，會嚴重影響磨機的正常生產運行。因此入磨物料平均水分一般應控制在1.0%～1.5%為宜。
2.2 磨機通風對粉磨系統電耗的影響
加強磨機內通風，可減少磨機內緩沖現象，有利于加快磨機內物料流速，降低磨內溫度，可起到提高磨機產量的作用，球磨機內風速一般應控制在0.9～1.1 m/s的范圍內，如果磨機內風速過低，細粉不能及時出磨，造成過粉磨現象，會大大降低粉磨效率。因此，需要加強收塵器的維護管理，提高通風面積、降低通風阻力，一方面可以使磨機內通風合理，降低粉磨電耗，另一方面可以降低排風機電耗。同時更要重視粉磨系統各部位的密封管理，加強日常維護和巡檢，減少系統漏風。磨機系統漏風會直接影響磨機內的通風和粉磨效率，還會造成輔機設備的功率增大，從而使得磨機產量降低、電耗增加。
2.3 磨機的定期維護和檢修
為保證磨機運行保持良好狀況，必須對磨機進行定期檢查和維護，對磨機的鋼球級配、填充率、裝載量、選粉效率、循環負荷率、篩析曲線的定期測定等方面進行細化管理，保持磨機系統穩定高產低能耗運行。磨機的運行狀況合理與否直接影響著磨機的產量、質量和研磨體的消耗。一個合理的研磨體級配是相對的、暫時的，最適宜的級配方案，要根據具體情況，通過長期生產實踐，不斷進行統計、分析、測定和總結，從而達到適合本機的最優化狀態。
2.4 顆粒級配對產品質量及電耗的影響
（1）水泥顆粒級配對性能的影響在國內外已經有了長期的分析和研究，并取得了基本結論，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，這樣對水泥強度的發揮最好。因此，要定期對顆粒級配進行分析，判斷磨內粉磨狀況，及時調整鋼球級配，減少過粉磨現象，提高磨機粉磨效率，降低系統電耗。
（2）分別粉磨的優勢。在用易磨性較差的礦渣等原料作為混合材粉磨水泥時，雖然礦渣磨細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度、密實性和耐久性，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，當水泥的比表面積達到350 m²/kg時，礦渣的比表面積僅有230～280 m²/kg。如果礦渣活性充分發揮出來，達到理想的細度（比表面積需達到400～450 m²/kg），又會造成熟料的過粉磨現象，大量的熟料細顆粒將在很短的時間內水化，導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生，使水泥使用性能變差，磨機產量降低，電耗升高。因此礦渣采用分別粉磨的方式，生產高細度、高比表面積的礦粉，再與已摻入石膏的熟料粉通過混料機配制成水泥，形成“分別粉磨”工藝，與球磨機混合粉磨相比較可以明顯提高磨機的臺時產量，有利于磨機效率和混合材摻加量的提高，充分發揮水泥活性，避免過粉磨現象，降低粉磨電耗和生產成本。
3 聯合粉磨（或半終粉磨）系統的優化
在傳統聯合粉磨系統中，輥壓機為閉路，起著傳統球磨機粗磨倉的作用，后續球磨機只承擔細磨倉的作用。從輥壓機出來進入球磨機的物料比表面積就已經達到了150～200 m² /kg，如果按傳統球磨機的管理和調整思維，就難免出現球磨機電耗過高和過粉磨現象。為此，對球磨機系統進行重新優化，既可提高水泥質量，又可降低系統電耗。
（1）輥壓機及分選設備實現了系統中的“分段粉磨”，在相對穩定的工藝條件下，輥壓機工作壓力越大，擠壓物料過程中產生的粉料越多，成品量會顯著增加，被分離出的合格品也越多。因此必須充分發揮輥壓機系統料床粉磨的技術優勢和較大的處理能力。輥壓機段做功越多，對整個系統增產節電越有利。
（2）在后續球磨機段粉磨過程中，主要是通過增加鋼球總表面積來提高磨機的研磨能力。一是在鋼球裝球量相同時，可通過減小鋼球平均直徑，增加鋼球數量來加大研磨體的總表面積。根據入球磨機物料比表面積的變化，減小鋼球規格到13 mm～20 mm，在細磨倉采用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，不利于水泥質量性能的發揮，因此鋼球直徑不能小于13 mm，微段不小于10 mm。二是如果球磨機主電機及主減速機功率富裕，可合理增加細磨倉研磨體裝載量，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，越有利于系統增產節電。
（3）由于球磨機一倉的粗碎功能已移至磨外由輥壓機完成，球磨機承擔的任務是單一的細磨功能，因此可以縮短一倉并延長細磨倉有效長度，也可將磨內倉數改為單倉或雙倉，提高磨細能力。另外，球磨機的圓周速度也是根據過去入磨粒度25 mm時設計的，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步，對傳統聯合粉磨系統的不斷優化，“大輥壓機配小球磨機”的半終粉磨系統脫穎而出。與傳統聯合粉磨工藝系統相比，輥壓機半終粉磨工藝采用一臺物料處理能力較大的輥壓機和一臺喂料、分選能力大的下進風雙分離高效選粉機，將V選后的細粉再次進行分選，合格細粉從入磨前的物料中被分選出來并直接送入成品庫，中粗粉進入球磨機進行粉磨，大幅度提高了成品產量，改善了球磨機的工況，減少了過粉磨現象的發生。同時V型選粉機與雙分離高效選粉機共用一臺系統風機，取消了聯合粉磨系統中一臺循環風機與旋風收塵器及部分管道和輸送設備，進而提高了球磨機的綜合臺時產量，降低了粉磨電耗，減少了設備數量和維修成本。典型的新型半終粉磨系統如圖1所示。

國內某公司Φ4.2m×13.5m輥壓機+管磨聯合粉磨系統采用此工藝后，生產P·C32.5級復合水泥時臺時產量達到350 t/h以上，水泥粉磨電耗降低至25 kWh/t之內。
4 立磨系統電耗的降低方法

立磨是節能降耗的粉磨設備。近年來立磨的技術發展非常快，受到眾多水泥生產企業的青睞，成為粉磨系統的主要設備。立磨系統的最大負荷主要來自于磨機主電機和循環風機，用電負荷達到立磨系統總電耗的70%左右，所以有效降低系統電耗的關鍵在于如何降低立磨系統主電機和循環風機的電耗。
4.1 立磨系統能耗最佳參數的選取
立磨的原理大同小異，由于各企業系統工藝狀況不同，原料特性不同，操作參數、方式不同，因此需要操作人員在日常生產中注意觀察分析系統重點操作參數，如：壓差、料層厚度、研磨壓力、溫度、振動值、用風量等的趨勢圖變化，通過連續多個點的變化推衍出某個時間段內的變化規律，正確判斷隨機波動與異常波動，具備較強的預見能力，只有這樣，在異常波動發生時能很快將其識別出來，并采取對策進行解決，不是看到趨勢圖稍有波動就進行調整，而是在總結判斷的基礎上做到系統穩定運行，實現高產、高運轉率，做到系統操作的優質與低消耗，摸索出單位能耗最低的參數。在評比操作結果時，不僅要評比具體完成的產量大小、質量好壞，更要看單位產品能耗的高低，從而判斷操作員是否具備選取和控制最佳參數的素質。
4.2 系統風量的合理使用和控制
循環風機的電耗占整個系統電耗的35%左右，降低風量能夠有效地降低風機電耗。由于磨機操作不合理，系統風量偏高控制時，只能通過提高選粉機轉速來控制產品質量，雖然磨機能夠穩定運行，但是循環風機和選粉機電流都偏高控制，造成電耗升高。另外系統漏風時，影響磨機的正常拉風，需開大循環風機閥門，導致風機負荷加大，直接增加了風機的電耗，嚴重時影響磨機產量，間接提高了系統的電耗。因此，在操作中要合理控制磨機風量和盡可能減少系統漏風。
4.3 擋料圈的調整
根據磨機運行狀況，要定期檢查磨盤、磨輥襯板磨損情況，及時調整擋料圈的高度，避免因料層厚度過厚或偏薄，造成研磨效率降低、主機負荷增大、磨主電機電流升高。同時，刮料板磨損以及與磨機底板間隙同樣影響系統的電耗，必須加以重視。
4.4 提高產量和設備運轉率

立磨在最大穩定產量的時候性能最佳，提高產量并不是追求高產，而是在設備允許范圍內，最大程度地發揮設備的性能。同時，還要合理組織生產，保證設備連續運行，設備連續運行不僅能夠使系統更加穩定、參數更加合理，而且減少了系統開停和空載運行帶來的用電損失。所以提高產量和設備運轉率，避免無故的開停設備，在一定程度上能夠降低立磨系統電耗。
5 結束語

粉磨過程中的每一道工序、每一個環節都有潛力可挖，都需要加以重視，通過對整個系統全面優化，可顯著降低水泥電耗，降低生產成本，提高產品價格的市場競爭空間。作為一線水泥工作者，不僅要了解技術進步的現狀與方向，更要掌握節省電耗的技術手段和管理方法，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：《新世紀水泥導報》

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