VPM 預(yù)粉磨輥磨及粉磨工藝探析

周烈，張建華

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VPM 預(yù)粉磨輥磨及粉磨工藝探析

周烈，張建華

VPM輥磨是專為預(yù)粉磨而設(shè)計的，與輥壓機相比，具有更高的粉磨效率與運轉(zhuǎn)可靠性。本文通過分析VPM輥磨與球磨機組成的不同工藝系統(tǒng)，尋找水泥粉磨系統(tǒng)的最佳工藝系統(tǒng)，以達到節(jié)能降耗的目的。

VPM預(yù)粉碎輥磨；球磨機；粉磨效率

在水泥生產(chǎn)過程中，粉磨電耗（原料粉磨+水泥粉磨）占水泥生產(chǎn)總電耗的65%左右，因此如何降低粉磨電耗是水泥工業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵。而原料輥磨作為原料粉磨設(shè)備，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，取得了顯著的節(jié)能效果。目前采用預(yù)粉磨技術(shù)粉磨水泥是粉磨系統(tǒng)節(jié)能降耗的主要措施之一，我公司的VPM輥磨是順應(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。

1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：球磨機系統(tǒng)、輥磨終粉磨系統(tǒng)、預(yù)粉碎設(shè)備+球磨機的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

球磨機系統(tǒng)具有運轉(zhuǎn)率高、水泥顆粒形貌優(yōu)、產(chǎn)品質(zhì)量好的特點，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。

輥磨作為水泥終粉磨設(shè)備，雖然粉磨效率高，單位電耗低，但由于其生產(chǎn)的水泥成品的顆粒級配及顆粒形貌的原因，致其需水量大、水泥早期強度發(fā)展不利，其產(chǎn)品不受終端用戶歡迎。

預(yù)粉碎設(shè)備+球磨機的聯(lián)合粉磨工藝綜合了前兩種粉磨方式的優(yōu)點，不僅粉磨效率高，而且水泥顆粒特征也得到了明顯改善，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：輥壓機和輥磨。

輥壓機目前作為預(yù)粉磨設(shè)備已經(jīng)在國內(nèi)大量使用，但由于其采用超高壓力（國內(nèi)輥投影壓力：5 000～6 000kN/m2，國外洪堡：8 500～10 000kN/m2）對物料進行一次碾壓，使其對機械部件（軸承、液壓件、輥面耐磨材料等）的要求苛刻，導(dǎo)致其具有輥面壽命短、設(shè)備故障率高、運轉(zhuǎn)率低等缺點，且由于其還有對物料水分要求高、喂料顆粒太敏感、旁路失效、循環(huán)率大、動靜打散等工作特性，增加了二次耗能。

我公司在吸收日本CKP技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)了VPM輥磨，由于其采用1 500～2 000kN/m2的輥面投影壓力，對物料進行3～4次的擠壓與碾磨，與輥壓機相比，具有以下優(yōu)點，見表1。

2 VPM輥磨各種粉磨工藝及其粉磨效率

我們引用粉磨效率η概念來表明VPM磨機的節(jié)能降耗效果，其公式為：

W0=Wm+η WP→η=（W0-Wm）/WP（1）

式中：

W0——未用預(yù)粉碎設(shè)備時球磨機的單位電耗，kWh/t

Wm——應(yīng)用預(yù)粉碎設(shè)備時球磨機的單位電耗，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1kWh功相當(dāng)于球磨機做ηkWh的功。η越大，粉磨效率越高

η取決于預(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)測定，隨著預(yù)粉磨設(shè)備吸收的功耗增加，η值會略有降低。

2.1預(yù)粉磨系統(tǒng)

如圖1所示，熟料與混合材經(jīng)VPM輥磨上部溜子進入輥磨，經(jīng)輥磨粉磨后的物料通過輥磨下料溜子全部進入循環(huán)斗式提升機，通過分料擋板，一部分進球磨機，另一部分重新進輥磨。

此工藝主要應(yīng)用于輥磨與球磨機功率比＜0.4的場合，主要優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，設(shè)備少，運轉(zhuǎn)率高，系統(tǒng)投資少。采用此工藝，相對于單球磨機系統(tǒng)，系統(tǒng)產(chǎn)量最大可以增加50%以上，單位電耗可下降15%～20%左右。

表2為兩家工廠采用此工藝線的運轉(zhuǎn)實績。經(jīng)計算，兩條生產(chǎn)線輥磨的粉磨效率分別為1.95和2.05，粉磨效率很高。

2.2聯(lián)合粉磨系統(tǒng)

圖1　預(yù)粉磨系統(tǒng)

表1　VPM輥磨與輥壓機的比較

表2　預(yù)粉磨系統(tǒng)運轉(zhuǎn)實績

如圖2所示，熟料、混合材、石膏與經(jīng)VPM輥磨粉磨后的物料一起，通過循環(huán)斗式提升機進入V型選粉機進行分選，＜0.5mm的物料進球磨機粉磨，而粗顆粒返回輥磨重新粉磨。

圖2　聯(lián)合粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

此工藝運用于VPM輥磨功率與球磨機功率比值＞0.5的場合，該系統(tǒng)主要優(yōu)點是系統(tǒng)產(chǎn)量高（增產(chǎn)100%以上），單位電耗低。

表3為VPM170在廣東JISN的運轉(zhuǎn)實績（聯(lián)合粉磨系統(tǒng)）。

我們對廣東JYSN水泥廠（圖2聯(lián)合粉磨系統(tǒng)）的VPM出料以及經(jīng)V型選粉機選粉后旋風(fēng)筒收集的與收塵器收集的進球磨機的兩種物料進行取樣，做顆粒級配分析，結(jié)果見表4、5。

表3　聯(lián)合粉磨系統(tǒng)運轉(zhuǎn)實績

對以上數(shù)據(jù)進行分析，進球磨機的半成品中，＜34.674μm的顆粒占44.63%，約44t/h。此粒徑的顆粒是水泥成品中的主要顆粒，完全可以用選粉機選出，作為水泥成品直接送到水泥庫。這樣可以減少球磨機負擔(dān)，減少過粉磨現(xiàn)象，提高球磨機效率。通過對VPM輥磨出口物料分析，VPM出口物料＜0.5mm占66.3%，共有130t/h左右。這部分料如果將＜34.674μm選出33t/h左右（按選粉效率80%計算），＜0.5mm的仍然有100t/h左右，完全有能力提供給球磨機。

另外，雖然輥磨產(chǎn)品的顆粒形貌不及球磨機產(chǎn)品，但比輥壓機好，且輥磨可以作為水泥終粉磨使用。為此在球磨機的水泥產(chǎn)品中加入一部分VPM輥磨的成品，不會對水泥質(zhì)量造成影響，只要嚴格控制選粉機，可確保這部分成品的粒徑和比表面積合格。

根據(jù)以上分析，我們認為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)可以較大幅度增加產(chǎn)量、降低電耗。

2.3聯(lián)合半終粉磨（圖3）

表4　VPM輥磨出口物料（VPM磨機通過量：200t/h左右）

表5　V型選粉機選粉后進球磨機的半成品（100t/h）

在我公司承擔(dān)工藝設(shè)計并提供主機設(shè)備（VPM輥磨+球磨機）的江蘇沭陽沂淮水泥有限公司年產(chǎn)100萬噸水泥粉磨生產(chǎn)線中，采用如圖3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)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)量高、電耗低。尤其是VPM2400輥磨，加壓壓力為12MPa，運轉(zhuǎn)功率為1 950～2 000kW（額定功率的95%），振動在0.9～1.5mm/s，輥磨運行平穩(wěn)、高效。表6為該系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)實績。

表6　聯(lián)合半終粉磨系統(tǒng)運轉(zhuǎn)實績

表7　水泥質(zhì)量對比

表8　輥磨半終粉磨系統(tǒng)與輥壓機半終粉磨系統(tǒng)水泥細度及比表面積對比

圖3　聯(lián)合半終粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

關(guān)于水泥質(zhì)量，我們與該廠老生產(chǎn)線（?3.2m 13m開流磨系統(tǒng)）所生產(chǎn)的水泥進行對比，結(jié)果見表7。

水泥質(zhì)量相對于球磨機開流系統(tǒng)沒有降低，相反，在熟料少使用2%的情況下，3d強度反而提高了2.5MPa，這主要是因為水泥比表面積比老線提高300cm2/g。

同時，在輥壓機聯(lián)合半終粉磨系統(tǒng)中出現(xiàn)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%）。這主要是出輥磨的細粉以塊狀和棱柱狀居多，而出輥壓機細粉顆粒以片狀和條狀居多，輥磨細粉的顆粒形貌更好，出輥磨的細粉比出輥壓機的成品更適合做水泥成品［1］。

另外，我們對輥磨半終粉磨中出輥磨的水泥成品與輥壓機半終粉磨中出輥壓機的水泥成品進行取樣，做細度與比表面積對比，結(jié)果見表8。

出輥壓機的水泥成品45μm篩篩余比出輥磨的水泥成品45μm篩篩余小很多，但其比表面積卻比出輥磨的水泥成品小，這表明出輥壓機的水泥成品顆粒級配不合理，＜10μm尤其是3μm的顆粒含量少，而大顆粒含量多；而出輥磨的水泥成品其比表面積與45μm篩篩余的關(guān)系與球磨機水泥成品相當(dāng)，表明出輥磨的水泥成品顆粒級配更接近球磨機產(chǎn)品。另外，為了提高出輥壓機的水泥成品的比表面積，勢必要提高選粉機轉(zhuǎn)速，選出的成品量就要減少，系統(tǒng)增產(chǎn)量就會下降。

2.4各種工藝粉磨效率與節(jié)能效果對比（表9）

表9　各種工藝粉磨效率與節(jié)能效果對比

3　結(jié)語

（1）VPM輥磨粉磨效率高，而且根據(jù)工藝的不同，其效率也明顯不同（1.95～2.51）。只有采取合適的工藝，才能最大程度地發(fā)揮輥磨效率，提高磨機產(chǎn)量。

（2）VPM輥磨半終粉磨系統(tǒng)中，輥磨效率為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，且相對于聯(lián)合粉磨系統(tǒng)只增加了一臺渦流選粉機及很少的裝機功率，系統(tǒng)投資也增加不多，在今后的新線建設(shè)與老線改造中可大力推廣。

（3）相對于輥壓機半終粉磨系統(tǒng)，無論從產(chǎn)品顆粒形貌還是產(chǎn)品顆粒級配，VPM輥磨半終粉磨系統(tǒng)均占優(yōu)，VPM輥磨更適合半終粉磨系統(tǒng)。通過系統(tǒng)調(diào)整，其生產(chǎn)的水泥強度、需水量、流動度等與球磨機相比無明顯變化。

［1］康宇，鐘根.輥磨與輥壓機碾磨后的物料顆粒形貌對比分析［J］.中國水泥，2014（5）：76-79.

Analysis of VPM Pregrinding Roller Mill and Grinding Process

ZHOU Lie，ZHANG Jianhua （Jiangsu Pengfei Group Co.，Ltd.，Haian Jiangsu 226623，China）

VPM（vertical pregrinding mill）is specially designed for cement pregrinding，which has the advantages of higher grinding efficiency and higher running stability compared with the roller press system. In this paper，the cement grinding process system composing of VPM and tube mill has been optimized in order to decrease the energy consumption.

VPM（vertical pregrinding mill）；tube mill；grinding efficiency

TQ172.632.5

A

1001-6171（2016）02-0042-05

通訊地址：江蘇鵬飛集團股份有限公司，江蘇海安226623；2015-07-27；編輯：趙蓮