前言

水泥生產企業是用電大戶，而水泥粉磨又是水泥生產中用電最多的環節，其電耗約占整個水泥生產45%左右。目前，我公司水泥制成電耗仍然高居38kWh/t左右。因此，降低水泥粉磨電耗、減少環節污染和降低生產成本勢在必行。

在雙閉路水泥聯合粉磨系統中，主要對水泥細度或比表面積做功的設備是輥壓機和水泥磨，分選設備主要是V型選粉機和O-SEPA選粉機。因此，研究水泥粉磨提產降耗，歸根結底就是研究輥壓機和水泥磨的做功能力，與V型選粉機和O-SEPA選粉機分選效率。這四者環環相扣，相互影響和制約。無論輥壓機和水泥磨的粉磨能力強與弱，只要V型選粉機和O-SEPA選粉機不能及時將合格粉料分選出來，則都是做無用功。反過來，無論選粉機的選粉效性能多好，如果輥壓機和水泥磨的粉磨太差，其生產能力也不可能高。因此，輥壓機和水泥磨的粉磨能力是水泥粉磨系統提產降耗的主要因素，V型選粉機和O-SEPA選粉機分選效率是水泥磨粉磨的直接因素，而系統風機是間接因素。當然，無論是主要因素，直接因素還是間接因素，在整個過程中，其能量的轉換都必然遵循能量守恒定律。我們只要循著減少甚至避免無用功，提高有用功，則提產降耗的工作自然就做好了。

一、水泥磨系統現狀與存在的問題

入磨物料粒度R900=5%，R80=44%，R45=55%，平均粒徑約0.159mm，比表面積約150m2/kg，出磨比表面積約205m2/kg，出磨R80約15%，水泥磨平均每米增加比表面積4.58205m2/kg，主電機運行電流約205A，水泥磨PO.42.5臺時產量約170t/h，水泥成品R45為12%左右，研磨體裝載量220噸，一倉填充率30.5%，二倉填充率31%，一倉研磨體平均球徑26.6mm；輥壓機運行電流約38A，輥縫40mm；輥壓機出口R80為21%，0.9mm篩余59%；水泥制成電耗約38kWh/t。存在的主要問題是水泥磨臺時產量低，粉磨電耗高。

二、水泥磨提產降耗分析與解決

影響水泥磨的生產能力的因素很多，主要有粉磨物料的種類、粒度大小、物理性質的產品細度；生產方法和流程；磨機及主要部件的性能；研磨體填充率及級配；喂料形式、磨機的操作方法、物料在磨內的運動情況等。但針對特定的生產企業，這些因素基本穩定不變。

2.1 由磨機的生產能力經驗公式推算磨機產量

式中  Q—磨機生產能力，t/h；

      N—磨機所需功率，N=0.148GD₀nK（G為研磨體裝載量，n為磨機轉速，K約為1.27）

      q—單位功率生產能力，kg/(h•kW)；

      a—流程系數，開路取1.0，閉路取1.15～1.5；

對于特定的生產企業，以上這些相關的參數一般保持穩定狀態，而磨機產量發生變化，主要是入磨顆粒大小、易磨性以及產品要求粒度變化所引起。當入磨粒度發生變化時，應按粒度校正系數_d進行修正。

_d=Q₁/Q₂=（d₂/d₁）^x。

式中 d₂—當生產能力為Q₂時的喂料粒度，以80%通過的篩孔表示；d₁當生產能力為Q₁時的喂料粒度，以80%通過的篩孔表示；_d—入磨粒度修正系數，x=0.1～0.25 主要與物料特性、成品細度、粉磨條件等有關，開路磨、硬度大的石灰石取高值，棒球磨一般取低值。

則：

Q₂= Q₁/（d₂/d₁）^x

根據以往所取入磨顆粒分析，目前公司水泥磨循環風機轉速為740r/min時，入磨顆粒80%通過的篩孔d₁為0.23mm，比表面積約140m²/kg，P.O42.5產量約為175t/h，考慮熟料硬度和易磨性比石灰石差，水泥產品細度比生料細度，故x取中值0.2。如果我們能力能將d₂控制到0.1mm（0.08mm），甚至更低的水平，則水泥磨產量將增加為：

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

要將水泥磨產量提高到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，主要依靠輥壓機來實現，同時由V型選粉機來輔助完成，這和水泥磨粉磨做功前移到輥壓機，提高水泥磨系統臺時產量的理論是一致的。通過輥壓機出口物料顆粒分析，其中0.08mm篩余為79.51%。而循環風機轉速為740r/min時，0.08mm篩余為44.12%。假設V型選粉機能將0.08mm以下的顆粒全部分選出來，入磨顆粒只有20%以內的顆粒大于0.08mm，要使水泥磨產量達到206.7t/h，則通過輥壓機的物料量為：

206.7*0.8=X*（1-0.7951）

X=807（t/h）

2.2 磨機研磨體級配對磨機產能的影響

   根據我國水泥行業修正后的拉祖莫夫公式，聯合粉磨系統磨機研磨體級配計算公式計算我公司研磨體級配的最大球徑和平均球徑：

式中_大、_平---最大和平均鋼球直徑，mm；

     ---入磨顆粒95%通過的篩孔，mm；

     f---磨機單位容積物料通過量影響系數，根據磨機每小時單位容積通過量計算結果查表，約為1.05；

K---物料的易磨性系數，熟料約0.82。

從研磨體級配計算公式中f的表述可以看出，磨機產量或循環負荷越高，要求的最大研磨體和平均球徑越大。反過來，如果要求提高磨機產量，則應適當提高研磨體的直徑或者降低入磨物料顆粒來實現。

三、研磨體球徑影響水泥產量的實際生產案例

1、洛陽某水泥，入磨比表面積約180m²/kg，一倉研磨體裝載量51噸，填充率為約30%，其中Ф40mm10噸，Ф30mm20mm噸，Ф25mm18噸，Ф20mm3噸。二倉研磨體裝載量為169噸，填充率約為31.5%，平均球徑15.23mm。因其入磨比表面積約180 m²/kg，因此其入磨顆粒較小，因此，其最大球徑為Ф40煤磨，然而其平均球徑為29.6mm，但是其水泥磨臺時產量達到210t/h。

2、浙江某水泥公司入磨物料顆粒R80篩余38%～45%，R45篩余55%～61%，比表面積約160 m²/kg，出磨比表面積200～210 m²/kg（與我公司數據比較接近）。通過在一倉適當增加Ф60mm的大球，同時將平均球徑從27.5mm提高到33mm，使磨機的研磨能力由原來的4.0 m²/kg/m，提高到8.0 m²/kg/m，其水泥磨臺時產量從原來的165t/h提高到了198t/h。再加上該公司對輥壓機及V型選粉機的修復，使水泥磨系統的生產能力達到了210t/h～220t/h。

3、黔桂某水泥公司2號水泥磨一倉填充率約29%，研磨體平均球徑一度提高到33mm；二倉研磨體填充率約31%，研磨體平均球徑約18.5mm。其PO.42.5水泥臺時產量達到200～210t/h。

四、輥壓機提產降耗分析與解決

4.1 根據輥壓機生產能力計算公式

Q=3600LSuρ

式中 Q---輥壓機生產能力，t/h；

     L---輥子長度，m；

     S---最小輥縫，m,S=K_S*D,K_S為輥縫系數，生料原料取0.02～0.3，水泥熟料取0.016～0.024，D為輥子直徑，求得S=0.027～0.041mm；

     u---輥子的圓周速度，1.6m/s；

     ρ---產品料餅密度，t/m³。生料2.3 t/m³,熟料2.5t/m³.

公司輥壓機的通過能力若要使輥壓機的額定通過能力為458～623t/h。若要使輥壓機保持現在輥壓效果情況下，通過能力提高到滿足水泥磨臺時產量，則輥壓機的通過能力應為807t/h，則輥縫應增大到

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

從計算結果看，要使水泥磨臺時產量達到206.7t/h，在保持目前水泥磨機研磨體級配和填充率情況下，輥壓機的運行輥縫要求達到56mm，而輥壓機的輥縫報警上限為60mm，輥壓機雖然可以滿足要求，但已遠遠超過設計參數，且如此大的輥縫必然導致循環提升機超負荷運行，不可取。因此，需要從提高輥壓機的碾壓效率來提高輥壓機產品細顆粒的來滿足水泥磨提產的要求。

4.2 根據輥壓機單位電耗計算輥壓機的有效通過能力

按輥壓機運行電流38A計算，輥壓機運行功率為

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

根據相關資料介紹的輥壓機經驗運行參數，輥壓機碾壓熟料是單位電耗一般為3.5～4.0kWh/t，那么在公司輥壓機運行電流為38A左右，輥壓機的有效碾壓能力為：

Q_實=1158/3.5=325（t/h）

Q_實=1158/4.0=289.5（t/h）

由輥壓機實際運行輥縫為40mm，計算輥壓機通過能力為：

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

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

而且輥壓機運行電流與額定電流之比為38/63=0.6，在這種運行狀況下，循環提升機（最大提升能力1000t/h）的運行電流為300A左右，達到額定電流的75%，且現場輥縫也較大。因此可以確定，輥壓機中物料的實際通過至少為576t/h。

從以上計算結果看，輥壓機的做功效率不足60%，出現這種現象，主要可能有如下原因：

1、輥壓機碾壓時產生的邊緣效應非常嚴重，導致做功效率低；

2、輥壓機側擋板漏料嚴重，（或實際輥縫比顯示小得多，但從循環提升機的運行電流可以否定）；

3、穩重倉內細顆粒多，且粗細顆粒分布嚴重不均勻，導致產生離析現象嚴重，從而使輥壓機喂料顆粒一端粗，一端細。而細顆粒側因含氣量多，流速增快，未達到碾壓效果。

4.3 處理思路

1、 檢查修復輥壓機側擋板，使其間隙≤2mm；

2、 提高V-選的選粉效率，減少返回穩重倉的細顆粒物料；

3、合理調整穩重倉新鮮物料的落料位置，恢復穩重倉內散料盤，使粗細物料分布更加均勻，防止產生離析現象；

當然，輥壓機的輥子磨損、工作壓力、邊緣效應、喂料中細顆粒的多少等都會影響輥壓機做功效果。要保證輥壓機的正常工作能力，不但要維護好輥壓機的輥子和側擋板，防止或減少邊緣效應產生，同時還必須保證V型選粉機的選粉效率，是合格粉料及時送入水泥磨，否則，過多的細料循環不但增大輥壓機的負荷，產生離析現象。

使物料流速增大，邊緣效應增大，導致輥壓機擠壓效率大大降低。如能將輥壓機的做功效率由目前的56%提高到80%（保持輥壓機輥縫不大于40mm的情況下），則輥壓機出口0.08mm以內的顆粒含量將達到21%*80/56=30%，0.08mm以內的顆粒小時產量將從現在的576*21%=121t/h，提高到576*30%=172t/h；0.045mm的顆粒小時流量將從目前的170*0.39=66.3t/h，提高到172*（0.39/0.56）=119.8t/h，比例將從39%提高到55.7%，比原來提高42.8%。這樣的入磨物料，已接近目前公司水泥磨出磨物料的顆粒細度。

因此，水泥磨的臺時產量可提高30%～40%，僅以入磨顆粒0.08mm占80%計算，水泥磨的產量也至少可提高到215t/h左右。

五、根據系統風量核算水泥磨系統生產能力及風機電耗

水泥磨系統循環風機額定風量280000m³/h，主排風機額定風量265000 m³/h，成品袋收塵器和O-SEPA選粉機（最大喂料量630t/h）額定通風量210000 m³/h，其通風量在系統中最小，因此可通過其風量來進行產量核算。由于水泥成品袋收塵器參數要求入口粉塵濃度≤1300g/m³，則袋收塵器對水泥成品最大處理能力為：

Q=210000*1.3=273（t/h）

    因此，成品袋收塵器和O-SEPA選粉機的通風量能夠滿足系統提產的要求。另外，如果按照設備參數要求控制成品袋收塵器的阻力小于1700Pa，O-SEPA選粉機設備阻力控制小于1700Pa，O-SEPA選粉機入口負壓控制為-200Pa，則主排風機入口控制負壓應為3800Pa左右，通風量為210000m³。根據風機功率計算公式計算，此時主排風機運行電流約為22A（功率約325kWh）。而實際運行中，主排風機入口負壓為5200Pa左右，運行電流為39A左右（功率約585kWh），實際運行電耗每小時比理論計算多用260 kWh，折合噸水泥電耗多電約1.44 kWh/t。

六、目前公司水泥磨系統需要開展如下工作

1、必須保證V型選粉機和OSEP選粉機的選粉效率，盡可能減少循環負荷，從而減少或避免輥壓機和水泥磨的無用功，提高粉磨效率。

2、根據水泥磨研磨體級配計算結果來指導調整磨機目前的研磨體，使之與入磨的顆粒和產量相匹配，從而提高水泥磨的粉磨能力。

3、V型選粉機喂料進行改造，降低物料流速、提高分散度，從而提高分選效率，減少進入輥壓機的物料的離析和邊緣效應現象，降低輥壓機物料流速。

3、合理調整穩重倉新鮮物料的落料位置，恢復穩重倉內散料盤，使粗細物料分布更加均勻，防止產生離析現象；

4、解決OSEPA選粉機靜葉片通風不良現象，提高其選粉效率，減少水泥磨的循環負荷和過粉磨現象，從而提高水泥磨的粉磨效率。同時降低設備阻力，從而降低風機電耗。

5、加強輥壓機的維護，特別是輥壓機側擋板的間隙，應按設備安裝說明控制在2mm以內，減少物料短路和輥壓機做功的邊緣效應。

6、減少成品袋收塵器漏風、降低設備阻力，從而降低排風機運行電耗，同時提高和保證O-SEPA選粉機的有效通風量。

綜上所述，如各項工作均順利開展和完成后，則公司水泥磨粉磨P.O42.5水泥時，臺時產量可以達到220t/h，甚至更高的水平，而水泥制成電耗將由目前的38 kWh/t降低到29 kWh/t左右，甚至更低。

七、實踐驗證

2017年對水泥磨系統進行技術改造：
1、O-sepa選粉機入口喂料均勻性改造；
2、O-sepa選粉機動葉片處理；
3、O-sepa選粉機一次風進口進行降阻改造；

4、V選喂料口增加粉料板改造。

通過上述改造后，水泥磨O-sepa選粉機的選粉效率從原來的45%左右提高的65%左右，水泥成品細度保持45微米篩余15%左右的情況下，粉磨PO42.5時水泥磨臺時產量由原來的175t/h左右提高到200t/h左右。

2019年以來，由于成品水泥45微米篩余控制到7%左右，水泥磨臺時產量又降低到175t/h左右。2019年4月對V選入口溜槽進行技改后，使入磨物料比表面積從140m2/kg左右提高到170m2/kg，在水泥磨研磨體填充率同比2017年降低約10%的情況下，水泥磨臺時產量達到205t/h。水泥工序電耗降低約6kWh/t。

作者：熊會思，熊然

來源：《中國建材工業出版社》

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