前言
水泥工業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，近年來在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)技術(shù)水平、裝備水平等方面取得了可喜進(jìn)展，2014年我國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)22億噸，占全世界水泥產(chǎn)量的一半以上，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了巨大貢獻(xiàn)。但由于水泥生產(chǎn)需消耗大量資源，排放大量的煙塵、溫室氣體、氣體污染物，因此水泥工業(yè)節(jié)能減排是整個(gè)行業(yè)必須面對(duì)的問題。
在水泥生產(chǎn)過程中，粉磨電耗（原料粉磨+水泥立磨）占水泥生產(chǎn)總電耗的65%左右，因此如何降低粉磨電耗成為水泥工業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵。而原料立磨作為原料粉磨設(shè)備，目前其技術(shù)及裝備水平已經(jīng)非常完善且被廣泛應(yīng)用于水泥廠，已經(jīng)取得顯著的節(jié)能效果，為此如何降低水泥粉磨系統(tǒng)的電耗、提升水泥成品質(zhì)量更成為降低水泥生產(chǎn)總電耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水泥粉磨采用預(yù)粉磨技術(shù)是目前水泥粉磨系統(tǒng)節(jié)能降耗的主要措施之一，我公司的VPM立磨便是順應(yīng)節(jié)能降耗的要求，在吸收日本CKP技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的新型水泥專用預(yù)粉磨設(shè)備。本文就此立磨及涉及的相關(guān)問題做一分析探討。
水泥預(yù)粉磨及相關(guān)問題探討
目前水泥粉磨系統(tǒng)主要有3種：球磨機(jī)系統(tǒng)、預(yù)粉碎設(shè)備+球磨機(jī)的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)、立磨終粉磨系統(tǒng)。
球磨機(jī)系統(tǒng)具有運(yùn)轉(zhuǎn)率高、水泥顆粒形貌優(yōu)、產(chǎn)品質(zhì)量好的特點(diǎn)，但由于其粉磨效率低、系統(tǒng)電耗大、系統(tǒng)產(chǎn)量低，已經(jīng)不符合節(jié)能降耗的要求。
立磨作為水泥終粉磨設(shè)備，雖然其具有粉磨效率高、單位電耗低等優(yōu)點(diǎn)，但由于其生產(chǎn)的水泥成品的顆粒級(jí)配及顆粒形貌的原因，致其需水量大、水泥早期強(qiáng)度發(fā)展不利，其產(chǎn)品不受終端用戶歡迎。
預(yù)粉碎設(shè)備+球磨機(jī)的聯(lián)合粉磨工藝綜合了前兩種粉磨方式的優(yōu)點(diǎn)，不僅粉磨效率高，而且水泥顆粒特征也得到了明顯的改善，水泥相關(guān)物理性能均較優(yōu)，水泥粉磨電耗較球磨機(jī)系統(tǒng)節(jié)約20%以上，目前已經(jīng)作為主要的水泥粉磨工藝在水泥行業(yè)推廣應(yīng)用。
預(yù)粉磨設(shè)備主要為料床擠壓類設(shè)備：輥壓機(jī)和立磨。
輥壓機(jī)目前作為預(yù)粉磨設(shè)備已經(jīng)在國(guó)內(nèi)大量使用，但由于其超高壓力（國(guó)內(nèi)輥投影壓力：5000～6000kN/m2，國(guó)外洪堡：8500～10000kN/m2）對(duì)物料進(jìn)行一次碾壓，使其對(duì)機(jī)械部件（軸承、液壓件、輥面耐磨材料等）的要求苛刻，導(dǎo)致輥面壽命短、設(shè)備故障率高、運(yùn)轉(zhuǎn)率低等缺點(diǎn)，且由于其對(duì)物料水份要求高、喂料顆粒太敏感、旁路失效、循環(huán)率大、動(dòng)靜打散效率差等特點(diǎn)，增加了二次耗能。
而我公司在吸收日本CKP技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的VPM立磨，由于其采用1500～2000kN/m2的輥面投影壓力對(duì)物料進(jìn)行3～4次的擠壓與碾磨，與輥壓機(jī)比其具有以下優(yōu)點(diǎn)：
與輥壓機(jī)的比較
VPM立磨各種粉磨工藝及其粉磨效率
為了表明VPM磨機(jī)的節(jié)能降耗效果，我們引用粉磨效率η這個(gè)概念，其公式為：
W0=Wm+η*WP → η=（W0 -Wm）/ WP
式中：W0--未用預(yù)粉碎設(shè)備時(shí)球磨機(jī)的單位電耗，kWh/T
Wm--應(yīng)用預(yù)粉碎設(shè)備時(shí)球磨機(jī)的單位電耗，kWh/T
WP--預(yù)粉碎設(shè)備的單位電耗，kWh/t
η--預(yù)粉碎設(shè)備的粉碎效率，即預(yù)粉碎設(shè)備每做1 kWh，相當(dāng)于球磨機(jī)做η kWh的功，η越大，粉磨效率越高
η是一個(gè)變數(shù)，它決定于預(yù)粉磨設(shè)備的型式，相關(guān)工藝參數(shù)，粉磨流程，在系統(tǒng)中吸收的功率等，據(jù)測(cè)定，隨著預(yù)粉磨設(shè)備吸收的功耗增加，η值會(huì)略有降低。
1．預(yù)粉磨系統(tǒng)
-圖1-
如圖1，熟料與混和材經(jīng)VPM立磨上部溜子進(jìn)入立磨，經(jīng)立磨粉磨后的物料通過立磨下料溜子全部進(jìn)入循環(huán)斗提，通過分料擋板，一部分進(jìn)球磨機(jī)，另一部分重新進(jìn)立磨。
此工藝主要應(yīng)用于立磨與球磨機(jī)功率比小于0.4的場(chǎng)合，主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備少，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，系統(tǒng)投資少；采用此工藝，相對(duì)于單球磨機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)產(chǎn)量最大可以增產(chǎn)50%以上，單位電耗下降15%～20%左右。
以下表中為2家工廠采用此工藝線的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)績(jī)：經(jīng)計(jì)算，兩條生產(chǎn)線立磨的粉磨效率分別為1.95和2.05，粉磨效率很高。
2．聯(lián)合粉磨系統(tǒng)
-圖2-
如圖2，熟料、混合材、石膏與經(jīng)VPM立磨粉磨后的物料一起，通過循環(huán)斗提進(jìn)入V型選粉機(jī)進(jìn)行分選，小于0.5mm的物料進(jìn)球磨機(jī)粉磨，而粗顆粒返回立磨重新粉磨。
此工藝運(yùn)用于VPM立磨功率與球磨機(jī)功率比值大于0.5的場(chǎng)合，該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)產(chǎn)量高（增產(chǎn)100%以上），單位電耗低。
下表為VPM170在廣東JISN的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)績(jī)：（聯(lián)合粉磨系統(tǒng)）
我們對(duì)廣東JYSN水泥廠（上圖2聯(lián)合粉磨系統(tǒng)）的VPM出料以及經(jīng)V選選粉后旋風(fēng)筒收集的與收塵器收集的進(jìn)球磨機(jī)的2種物料進(jìn)行取樣，做顆粒級(jí)配分析，結(jié)果如下：
VPM立磨出口物料：(VPM磨機(jī)通過量：200t/h左右)
V選選粉后進(jìn)球磨機(jī)的半成品：（100t/h）
對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)球磨機(jī)的半成品中，小于34.674μm的顆粒占44.63%，約 44T/H，此粒徑的顆粒作為水泥成品中的主要顆粒，完全可以用選粉機(jī)選出，作為水泥成品直接送到水泥庫(kù)，這樣可以減少球磨機(jī)負(fù)擔(dān)，減少過粉磨現(xiàn)象，提高球磨機(jī)效率。通過對(duì)VPM立磨出口物料分析，VPM出口物料小于0.5mm占66.3%，共有130T/H左右，這部分料如果將小于34.674μm選出33t/h左右（按選粉效率80%計(jì)算），小于0.5mm的仍然有100t/h左右，完全有能力提供給球磨機(jī)。
另外，立磨產(chǎn)品的顆粒形貌雖然不及球磨機(jī)產(chǎn)品，但比輥壓機(jī)好，且立磨可以作為水泥終粉磨被使用，為此在球磨機(jī)的水泥產(chǎn)品中加入一部分VPM立磨的成品，不會(huì)對(duì)水泥質(zhì)量造成影響，只要嚴(yán)格控制選粉機(jī)，確保這部分成品的粒徑和比表面積合格。
根據(jù)以上分析，我們認(rèn)為聯(lián)合半終粉磨系統(tǒng)可以較大幅度增加產(chǎn)量、降低電耗。
3．聯(lián)合半終粉磨
-圖3-
在我公司承擔(dān)工藝設(shè)計(jì)并提供主機(jī)設(shè)備(VPM立磨+球磨機(jī))的江蘇沭陽(yáng)沂淮水泥有限公司年產(chǎn)100萬(wàn)噸水泥粉磨生產(chǎn)線中，采用如上圖所示的聯(lián)合半終粉磨系統(tǒng)，該系統(tǒng)于2015年3月投入生產(chǎn)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)量高、電耗低，尤其是VPM2400立磨，加壓壓力為12MPa，運(yùn)轉(zhuǎn)功率為1950～2000kW（額定功率的95%），振動(dòng)在0.9～1.5mm/s，立磨運(yùn)行平穩(wěn)、高效。
下表為該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)績(jī)：
關(guān)于水泥質(zhì)量，我們與該廠老生產(chǎn)線（φ3.2 X13m開流磨系統(tǒng)）所生產(chǎn)的水泥進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下：
水泥質(zhì)量相對(duì)于球磨機(jī)開流系統(tǒng)沒有降低，相反，在熟料少使用2%的情況下，3天強(qiáng)度反而提高了2.5MPa，這主要是因?yàn)樗啾缺砻娣e比老線高了300cm2/g。
同時(shí)，在輥壓機(jī)聯(lián)合半終粉磨系統(tǒng)中出現(xiàn)的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大幅度提高的現(xiàn)象（基本上＞29%），在此系統(tǒng)中沒有出現(xiàn)，反而比老線降低了0.6%（27.8%→27.2%），這主要是出立磨的細(xì)粉以塊狀和棱柱狀居多，而出輥壓機(jī)細(xì)粉顆粒以片狀和條狀居多，立磨細(xì)粉的顆粒形貌更好，出立磨的細(xì)粉比出輥壓機(jī)的成品更適合做水泥成品【1】。
另，我們對(duì)立磨半終粉磨中出立磨的水泥成品與輥壓機(jī)半終粉磨中出輥壓機(jī)的水泥成品進(jìn)行取樣，做細(xì)度與比表對(duì)比，結(jié)果如下表：
出輥壓機(jī)的水泥成品45μm篩余比出立磨的水泥成品45μm篩余小很多，但其比表卻比出立磨的水泥成品小，這表明出輥壓機(jī)的水泥成品顆粒級(jí)配不合理，小于10μm尤其是3μm的顆粒含量少，而大顆粒含量多；而出立磨的水泥成品其比表與45μm篩余的關(guān)系與球磨機(jī)水泥成品相當(dāng)，表明出立磨的水泥成品顆粒級(jí)配更接近球磨機(jī)產(chǎn)品。另外，為了提高出輥壓機(jī)的水泥成品的比表面積，勢(shì)必要提高選粉機(jī)轉(zhuǎn)速，選出的成品量就要減少，系統(tǒng)增產(chǎn)量就會(huì)下降。
結(jié)論：
1.VPM立磨具有很高的粉磨效率，而且根據(jù)工藝的不同，該立磨的效率也明顯不同(1.95～2.51)，只有采取合適的工藝，才能最大程度地發(fā)揮立磨效率，提高磨機(jī)產(chǎn)量.
2.VPM立磨半終粉磨系統(tǒng)中，立磨效率為2.51，為幾種工藝系統(tǒng)中的最高值,該工藝系統(tǒng)產(chǎn)量最高,單位電耗最低，且相對(duì)于聯(lián)合粉磨系統(tǒng)只增加了一臺(tái)渦流選粉機(jī)及很少的裝機(jī)功率，系統(tǒng)投資也增加不多，為此在今后的新線建設(shè)與老線改造中應(yīng)大力推廣。
3.相對(duì)于輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng),VPM立磨半終粉磨系統(tǒng)無(wú)論從產(chǎn)品顆粒形貌還是產(chǎn)品顆粒級(jí)配均占優(yōu)，VPM立磨更適合半終粉磨系統(tǒng)，通過系統(tǒng)調(diào)整，其生產(chǎn)的水泥強(qiáng)度、需水量、流動(dòng)度等與球磨機(jī)相比無(wú)明顯變化。
作者：周烈 張建華
單位：江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司