Φ3.8m×13m球磨机系统节能技改方案分析及改造效果

西南某水泥企业建设有1条日产2000t新型熟料水泥生产线，实际日产熟料2700t，水泥粉磨系统采用2套Φ3.8m×13 m球磨机闭路粉磨系统，未配置辊压机预处理系统，单套水泥磨系统产量85t/h，粉磨工序电耗38kWh/t，生产水泥电耗较高。企业本着节能降耗、降低生产成本的原则，提出对水泥粉磨系统进行技改，采用在现有水泥磨前增加辊压机预粉磨，与现有水泥磨形成挤压联合粉磨系统。文章对此技改作一介绍。

1.企业概况

水泥配料方案见表1，粉磨系统配置见表2。

 

水泥原料综合水分2.45%。其中，熟料成分中C₃S约占60%，C₂S约占16%，熟料温度约150 ℃，熟料生产饱和比较高，细粉料含量较多，其中≤5mm占60%以上。石膏来自企业周边天然石膏矿，汽车运输进厂，含少量泥土，厂区内破碎后粒度≤70 mm占90%。石灰石来自周边企业，汽车运输进厂，采用骨料线筛分后细碎废石，粒度≤10 mm。矿渣来自周边企业，汽车运输进厂，粒度≤5mm。

 

2.生产运行问题

2.1 工艺系统问题 

（1）水泥磨机内部容易堵塞，导致出磨提升机电流波动大，受出磨提升机电流影响经常被迫减产或停机，生产波动较大。 

（2）水泥磨排风机因设备使用时间长，震动和噪音都较严重。

2.2水泥生产指标

生产PO42.5级水泥主要控制指标比表面积，要求≥300 cm2/kg，实际约在300 cm2/kg，此时水泥细度R45μm≈15%~21%，水泥细度波动较大。

2.3水泥原料粉磨试验 

按照企业PO42.5水泥生产配比进行粉磨性实验，结果见表3。

 

由表3可见，该企业水泥原料属于偏难磨，测算球磨机闭路粉磨生产水泥电耗为39.0kWh/t，与现有生产情况基本一致。

2.4混合材分析及实验 

企业混合材资源来源稳定，其中石灰石CaCO3，氧化钙含量较高，P·O水泥受烧失量限制，掺加量控制在4%以内；矿渣作为主要混合材，掺加量约14%。在此对矿渣原料进行单独粉磨实验，矿渣速 度/时间关系见表4。由表4可知，企业矿渣易磨性与国内平均水平相当，矿渣属于正常易磨性，根据粉磨时间对应比表面积关系，难磨的程度是水泥的1.5倍，比熟料难磨很多。

3.项目方案分析与制定

3.1 技改思路 

企业目前熟料生产线为 2 000 t/h,实际生产在20700 t/h，在水泥销售旺季会外购熟料，现有单套水泥磨产能约 85 t/h，总产能约 170 t/h，水泥销售旺季会出现生产供不应求局面。目前企业年销售水泥约103 万 t，单月销售有达到过9万t以上，预测期望月产能最好能够达到12万t。从技改建设投资费用和今后运行能耗指标考虑，计划对1套水泥磨进行技改，技改实施后另外1套就不再生产运行。按此水泥磨以月运转率90%计算，技改实施后水泥粉磨系统产能需达到190t/h以上。项目技改主体拟采用 HFCG180-160 辊压机预 粉磨系统与 Φ3.8 m×13 m 球磨机配套形成挤压联合 粉磨系统。技改实施后水泥原料经辊压机系统预处理后喂入现有球磨机进行粉磨，由于进入磨机粒度将大幅降低，现有磨机产能将大幅提高。同时，现有球磨机后续设备（出磨提升机、选粉机、收尘器及风机等）能力将出现不足，需改造或更换。而对磨机后续设备进行改造、更换需新增建筑物和对现有水泥车间加固，这将导致技改过程中对现有水泥生产影响较大；另现有水泥磨车间两侧均为水泥发运主干道，新增建筑物缺少场地位置。为此提出将现有水泥磨闭路生产工艺改为开路的想法，采用开路磨方式后，现有水泥磨后续设备能力可达到技改后要求，设备无需大的改动，也无需在磨尾新增建筑物，解决改造建设场地问题，节省技改建设投资，缩短技改施 工时间。

3.2开路粉磨与闭路粉磨工艺分析 

开路磨和闭路磨是水泥生产的2种不同的工艺流程，闭路磨磨尾配套有选粉机、选粉机收尘器和风机，出磨物料经选粉机分选，粗粉返回磨机再次粉磨，细粉作为合格水泥成品；而开路磨出磨物料全都 直接作为水泥成品。2 种工艺系统生产水泥各有 优、缺点，具体主要如下： （1）开路粉磨系统生产水泥，物料经磨机粉磨后就成为水泥，对比闭路系统在同比表面积条件下， 颗粒分布会变广，细度会粗一些，但需水量会低一 些，水泥性能会好一些。 （2）开路粉磨系统生产水泥，因粉磨系统生产设备较少，粉磨工序电耗也较低，一般对比开路会低0.7～1.2 kWh/t。 （3）开路粉磨工艺系统生产设备少，建设成本低，设备维护工作量小，管理维护成本低一些。 （4）开路粉磨系统生产水泥粉磨过程中较闭路易出现过糊球、糊磨现象，导致粉磨系统产量下降。 （5）开路粉磨系统生产水泥，物料经磨机粉磨卸出后就是水泥，在此过程中熟料如果磨不细，会导致吨水泥熟料用量增加，水泥制造成本升高。（6）闭路粉磨工艺生产水泥，出磨物料在磨尾 选粉机分选、降温，通常磨机内部温度和水泥成品温 度都会低一些。 （7）闭路粉磨工艺生产水泥，出磨物料经选粉机分选时，水蒸气被带走排出系统，因此闭路粉磨系 统对原料水分适应能力更强一些。企业闭路磨改为开路后，上面 1~3 项可给技改 带来好的效果，而 4~7 项需要通过分析论证后，确保技改实施可行性后方可采用，其中任何一项出现 问题都可能导致技改失败。 

根据水泥原料实验，结合水泥生产理论、经验，对 4~7 项进行逐项分析，分析过程中对配套工艺方案进行优化，对可能出现问题同时利用工艺设计进行解决。首先就开路磨生产水泥，物料在磨内流速慢，停留时间长，磨内容易出现过粉磨，导致糊球、糊磨系统产量降低。这样的现象在过去水泥开路粉磨生产中更为常见，那时球磨机都未配套辊压机，入球磨机物料粒度要求为≤25 mm，企业如果水泥原料粒度差别大，磨内配套研磨体规格多，导致球磨机粉磨效率低，粉磨过程中糊球、糊磨现象更为常见。如采用辊压机与水泥磨配套，入磨机物料粒度≤80 μm 将占80%以上，比表面积在 230cm2/kg以上，入磨物料颗粒变小且十分均齐，磨机内部钢球规格也大幅减少，平均球径大幅降低，磨机粉磨效率随之提高，磨机出现过粉磨情况将减少。对企业现有水泥生产情况进行分析，目前闭路生产水泥比表面积约3000cm²/kg，但是细度 R45μm≈15%。就闭路磨而言这个水泥细度
是比较粗的，但从细度对应比表面积来看，水泥中≤10μm 颗粒含量并不少。根据资料文献，水泥比表面积主要由水泥中10μm以下颗粒贡献。再从水泥配料方案出发，易磨性较好的石灰石和石膏为100μm以下颗粒主要仪对闭路磨生产水泥进行分析，组成部分。采用激光粒度分析3μm以下颗粒约占15%，按此推断3μm以下颗粒中熟料C₃S含量也会较高，影响水泥性能发挥；本技改需在球磨机磨内技术改造时进行优化，维持比表面积不变条件下减少水泥30μm以下颗粒含量。球磨机采用开路粉磨工艺生产水泥，在混合材易磨性较好且掺加量较多时，粉磨产生大量细粉不能及时被选出，导致出磨水泥比表面积虽然合格，但熟料却没有被粉磨细，水泥强度发挥不好。根据以 往研究水泥中熟料粒径3~32μm部分的颗粒对水泥 强度的增加起主导作用，尤其是 16~24 μm 颗粒对 水泥早期强度性能发挥尤为重要，而<3μm 的熟料 细颗粒容易结团，<1μm水化速度很快，对水泥强度 物作用很小。根据水泥最佳性能级配理论，要求水泥中 32 μm 占比≥75%（3μm 占≤10% 计）。结合上述，对企业水泥原料进行分析，矿渣远比熟料难磨，而石灰石、石膏熟料易磨性比熟料好，石灰石、石膏总计掺加量约 8%，在采用开路磨时正好可以作为30μm 以下颗粒主要成分，而最为难磨矿渣可作为320μm以上主要成分，由此来看，企业水泥生产各种原料配比和易磨性是适合开路粉磨系统的，采用开路方式不会增加熟料用量，相反采用开路磨不但可 降低粉磨电耗，还可利用磨机磨内钢球级配优化，提升水泥性能。 闭路磨磨尾配套有水泥选粉机，可以通过引入外部空气对出磨物料进行选粉降温，粗颗粒物料返 回磨机粉磨同时降低入磨物料综合温度，细粉作为 水泥成品温度也被降低。在水泥原料水分较高时，选粉过程中还可以带走部分水汽，闭路磨在水泥原 料水分上适应性也更强。企业生产熟料温度约150 ℃，测算现有入水泥物料温度约 120 ℃，综合水分约 2.5%，企业原料温度高、水分高。在此设计利用新增辊压机预粉磨系统，调整物料进入磨机前的 温度和水分 ，根据 HFCG180 - 160 辊压机配套 Φ 3.80m×13m 开路磨生产运行数据，辊压机处理后的 物料经过磨机研磨后，出水泥磨温度升高15~20 ℃， 由此确定入磨物料温度≤95 ℃，综合水分≤1%，工艺 设计通过热平衡计算，确定新增辊压机预粉磨系统循环提升机能力需 1 400 t / h，收尘器处理能力8500000m3/h，将入磨物料温度可以控制在80℃左右， 同时确保入磨物料综合水分≤1%。通过增加辊压机 预粉磨系统，技改实施后企业原料的温度、水分完全 可以满足开路磨生产要求。 企业采用开路磨生产水泥，根据上述热平衡计算，出磨水泥温度约为100 ℃，而现有闭路磨生产水泥温度约85 ℃。为了避免水泥温度对发运和销售环节产生影响，工艺设计利用原闭路磨选粉机、收尘器，对风管进行技改，组成出磨水泥降温系统，降温能力可以根据需要调节，降温幅度为 0~15 ℃，吨水泥降温最大电耗约 0.5 kWh/t，按此开路磨生产水泥与现有闭路磨温度基本一致，解决开路磨水泥温度问题。

3.3 改造方案实施及技改效果 

企业在听取上述分析后，同意按照制定方案进行技改 ，在已有 Ф3.8 m × 13 m 球磨机前增加HFCG180-160辊压机预粉磨系统，同时球磨机由闭路改为开路，技改工艺流程见图1，主机配置见表5。技改实施完成后，根据企业化验室提供 P·O42.5 出 厂数据，技改前、后水泥指标对比见表6。 综合上述，结合技改实施后生产调试经历，总结 技改效果如下： （1）技改后开路磨生产水泥，系统运行稳定，检 修维护工作大幅减少，企业员工对此非常满意。 （2）技改后开路磨生产水泥强度性能有提升， 在生产P·O42.5级水泥，比表面积控制在330 cm2/kg时，熟料掺加量可降低1.5%。 （3）技改后开路磨生产水泥颗粒级配更为合理，3μm含量减少到10%，水泥需水量由原来27.6%降低到25.6%，降幅达2%。 （4）技改后开路磨生产水泥，入磨物料控制在80~90 ℃，系统产量达到 200 t/h以上；在雨季原料综合水分达到 3% 或生产使用部分外掺冷熟料，入磨 物料温度降低到 60 ℃以下，系统产量会有明显下 降，但磨机运行稳定，未出现糊磨、堵磨情况。水泥 储存库内虽然出现结块现象，对比以前闭路磨生产 情况好了很多。

 

 

 

（5）技改后开路磨生产水泥，初期运行调试未 开启磨尾降温系统，出磨水泥温度达100 ℃，企业收到包装工人和部分用户投诉；随后生产中开启降温系统，水泥温度控制在85℃左右，再未收到投诉。 （6）技改后开路磨生产水泥，出磨提升机电流稳定，中控控制变的简单，系统运转稳定性较过去大幅提升，原水泥磨风机停止运行，企业噪音问题也随之解决。

4.结语

（1）水泥粉磨节能技改项目通常会受很多已有外部条件限制，技改前期必须进行充分调研工作，尤其是在水泥生产原料上。粉磨是对原料进行粉磨，应遵循原料特性制定粉磨工艺方案。

 

（2）水泥制造企业在建厂时可能会缺少一些原 材料信息，亦或生产过程中原材料出现变化，导致已 有水泥粉磨系统对原料适应性并非最优，在对水泥 磨节能技改增加辊压机时，对已有水泥粉磨系统进 行优化，提升改造效果，降低技改投资，增加生产灵 活性以及规避原有生产中的问题。 （3）水泥粉磨系统节能技改并不只有电耗指 标，通过选取合理工艺流程提高水泥产品性能，减少 吨水泥熟料用量，降低水泥需水量等，这些都可以实 现节能降耗，给企业带来很好的经济和社会效益。