揚(yáng)長避短挖掘半終粉磨的節(jié)電效益

（中國硅酸鹽學(xué)會工程技術(shù)分會，北京 100831）

半終粉磨技術(shù)，作為一項(xiàng)主要的節(jié)電措施，曾經(jīng)在水泥行業(yè)名聲大噪，大有一統(tǒng)水泥粉磨的趨勢。實(shí)踐證明其節(jié)電是肯定的、而且節(jié)電效果顯著，但隨著時間的推移，其推廣速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及預(yù)期。那么，人們在擔(dān)心什么、還有沒有推廣價值，首先來講一個真實(shí)的故事。

1 一個特殊的半終粉磨案例

2014年初，豫中某水泥公司在一番調(diào)研后，加了1臺三分離選粉機(jī)，將自己的1臺φ4.2 m×13 m水泥輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，改造為輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)，其改造后的系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 豫中某公司水泥半終粉磨系統(tǒng)圖

改造后，生產(chǎn)P·C 32.5水泥產(chǎn)量比原來的每小時270 t提高了20%以上，電耗尚未詳細(xì)統(tǒng)計，但肯定有較大的降低。水泥強(qiáng)度，特別是大家強(qiáng)調(diào)的水泥需水量，看不到有什么變化。老板興奮地說，“我說行，你們說不行，這不很好，設(shè)計院不是說需水量會增大嗎？”

一周后，該公司總經(jīng)理突然接到施工單位的電話，說水泥質(zhì)量出問題了。該公司有全面的質(zhì)量指標(biāo)檢驗(yàn)和統(tǒng)計，生產(chǎn)中沒發(fā)現(xiàn)任何問題，施工中又怎么會有質(zhì)量問題呢？該總經(jīng)理立即趕到現(xiàn)場，結(jié)果看到墻上的水泥砂漿難以推平，小車中拌好的砂漿表面浮著10多mm厚的一層水。壞了，是水泥的保水性出問題了。

該總經(jīng)理回廠后立即下令停止了試生產(chǎn)，并給三分離選粉機(jī)加了一個旁路管道，恢復(fù)了聯(lián)合粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)。該總經(jīng)理十分納悶地說，設(shè)計院不是說需水量會有問題嗎，沒有人說過保水性出問題呀！老板這一次又有話說了。

實(shí)際上，老板和總經(jīng)理都不要怪設(shè)計院，輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)不利于控制水泥需水量，這話沒有說錯，是一個共性問題。該公司的問題肯定有其特殊性，是一個個性問題，要具體問題具體分析。

事后了解到，該公司P·C 32.5水泥的粉煤灰摻加量達(dá)到30%以上，而且摻加的是經(jīng)過二級粉煤灰選剩的余灰，細(xì)度總體較粗，微粉已經(jīng)很少?！俺梢彩捄螖∫彩捄巍币?，需水量沒出問題，保水性出了問題都是這個粉煤灰的原因。

需水量之所以沒有象其它公司一樣增大，是因?yàn)槠鋼接写罅康姆勖夯摇７勖夯冶旧頌榍蛐晤w粒，一部分未通過輥壓機(jī)的粉煤灰，經(jīng)風(fēng)路被直接選進(jìn)水泥成品中，不會惡化水泥的總體顆粒形狀；同時，由于粉煤灰總體較細(xì)，另一部分即使經(jīng)過了輥壓機(jī)的粉煤灰，因?yàn)樵谄渌M分大顆粒的掩護(hù)下，粉煤灰的顆粒形狀也不會有多大改變。如此，輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)對水泥的顆粒形狀改變不大，所以其需水量也不會有多大變化。

那水泥的“保水性”為什么會出問題呢？粉煤灰是表面致密的球形顆粒，吸附水的能力本來就差，大摻量粉煤灰水泥的保水性，即使沒出問題也已經(jīng)處于臨界狀態(tài)。保水性與粒度成反比，該公司所摻的粉煤灰又是經(jīng)過二級粉煤灰選剩的余灰，細(xì)度總體較粗，微粉已經(jīng)很少，再不經(jīng)過球磨機(jī)研磨改善，水泥的保水性肯定要惡化。

實(shí)際上，還有一個沒有引起大家重視的問題，選粉機(jī)的分選原理是按物料的粒徑切割分離的，其選粉性能與各組分的體積密度和容重密切相關(guān)。選粉機(jī)對粒徑的切割，依賴于氣流施予物料的速度，以及選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠葉片（或?qū)эL(fēng)板）作用于物料的失速回彈，兩個因素對不同容重的物料其選粉效率是不同的。

對于容重大的熟料，由于其表面積小，獲得的通過速度較小，而受到的回彈力較大，通過選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠的機(jī)會就少；對于容重小的粉煤灰，由于其表面積大，獲得的通過速度較大，受到的回彈力較小，通過選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠的機(jī)會就大。選粉機(jī)對粉煤灰和熟料的選粉性能是不會“一碗水端平”的，其選出的產(chǎn)品中熟料較細(xì)，而粉煤灰較粗，等于放松了對影響保水性的粉煤灰的把關(guān)。

如此分析，該公司也不一定就要把輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)廢掉，可以通過調(diào)整選粉機(jī)，把水泥成品細(xì)度控制得再細(xì)一點(diǎn)，就有可能解決其保水性問題。當(dāng)然，調(diào)整后產(chǎn)量就高不了那么多了，電耗就降不了那么多了。在不得已的情況下應(yīng)該退而求其次，在電耗與保水性之間找一個平衡點(diǎn)，看看是否還能有利可圖。

2 半終粉磨的工藝概念

所謂半終粉磨，準(zhǔn)確的說就是在粉磨系統(tǒng)的終粉磨之前，提前選出一部分細(xì)度已經(jīng)合格的半成品，將其直接加入到成品中，這就是半終粉磨。讓細(xì)度上已經(jīng)合格的產(chǎn)品提前離開粉磨系統(tǒng)，不再接受后續(xù)粉磨，從而提高整個粉磨“系統(tǒng)的”選粉效率，減少過粉磨現(xiàn)象、減少粉磨能的浪費(fèi)，提高“系統(tǒng)的”粉磨效率。

半終粉磨工藝，實(shí)際上是利用選粉設(shè)備附加于系統(tǒng)的選粉性能，將閉路工藝進(jìn)一步應(yīng)用到預(yù)粉磨甚至原料工序，是對原有粉磨系統(tǒng)的一種深度優(yōu)化。根據(jù)所選預(yù)粉磨設(shè)備和選粉設(shè)備的不同，半終粉磨有多種具體形式，但由于“系統(tǒng)的”選粉效率的提高，（不僅是選粉設(shè)備本身選粉效率的提高），故能提高系統(tǒng)的粉磨效率是肯定的。

現(xiàn)在多數(shù)說到半終粉磨，實(shí)際上指的是輥壓機(jī)半終粉磨，就是將輥壓機(jī)閉路系統(tǒng)收集的部分細(xì)粉直接加入到水泥成品中。實(shí)際上，半終粉磨遠(yuǎn)不至此，比如早期的2臺球磨機(jī)串聯(lián)粉磨工藝（第1臺是閉路的），就是最早的半終粉磨；比如近年有將生料中卸烘干磨改造成的水泥磨，應(yīng)屬于緊湊型的半終粉磨。

更有在半終粉磨取得一定的業(yè)績以后，各企業(yè)根據(jù)其原理、結(jié)合自有裝備的現(xiàn)實(shí)情況，開發(fā)或改造的立磨半終粉磨、風(fēng)選磨半終粉磨、超細(xì)破半終粉磨；如果水泥原料中含有較多的微粉，即使沒有預(yù)粉磨設(shè)備，在終粉磨前增加選粉設(shè)備將細(xì)度合格的微粉直選進(jìn)入成品，也屬于半終粉磨。這就是⑦沒有預(yù)粉磨設(shè)備的半終粉磨。

這些優(yōu)化的理念都沒有錯，節(jié)電更是企業(yè)努力追求的目標(biāo)，但不是唯一的目標(biāo)。水泥是一種商品，商品的質(zhì)量，必須首先滿足用戶的需要，這是追求節(jié)電的前提條件。然而，半終粉磨在節(jié)電的同時，事實(shí)證明對水泥質(zhì)量是有影響的，尤其是關(guān)乎到用戶成本的水泥需水量。

實(shí)際上，在半終粉磨這個概念提出以前，輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的單風(fēng)機(jī)優(yōu)化方案，就已經(jīng)形成了不太徹底的輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)，由天津院設(shè)計的單風(fēng)機(jī)方案見圖2。其優(yōu)化的目的，主要是從工藝上取消磨損嚴(yán)重的循環(huán)風(fēng)機(jī)，順便簡化系統(tǒng)流程、降低裝機(jī)功率和粉磨電耗。

圖2 天津院設(shè)計的單風(fēng)機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)圖

這個單風(fēng)機(jī)方案，將輥壓機(jī)系統(tǒng)的粗粉分離器與水泥磨系統(tǒng)的選粉機(jī)組合在一起，事實(shí)上完成了一定的半終粉磨功能。只是這一組合從設(shè)備上弱化了粗粉分離器的效率，從工藝上弱化了來自輥壓機(jī)系統(tǒng)的、細(xì)度上已經(jīng)合格的水泥的分選功能，由于其半終得不夠徹底，與隨后形成的、專題設(shè)計的輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)相比，提產(chǎn)有限、節(jié)電有限，但水泥需水量增加的也不多。

其他半終粉磨工藝及配置，在國內(nèi)的應(yīng)用案例，有成功的、有失敗的、也有在酌情使用的，已不是鳳毛麟角的新鮮事，在各種會議上、雜志上也多有報道供大家參考，這里就不再舉例贅述。

3 半終粉磨的質(zhì)量問題

關(guān)于半終粉磨工藝對水泥需水量的影響，幾種半終粉磨工藝不盡相同，具體要看其：在預(yù)粉磨階段采用什么設(shè)備。提前選出的這部分細(xì)度已經(jīng)合格的半成品，與原有的成品有何不同。導(dǎo)致最終成品中的微粉含量、顆粒級配、顆粒形狀有何變化。

微粉含量的增加、顆粒級配的窄化、顆粒形狀的異化（非球形化），都是導(dǎo)致水泥需水量增加的原因，應(yīng)具體情況具體分析。

以最有代表性的輥壓機(jī)半終粉磨為例見圖3。就是將輥壓機(jī)閉路系統(tǒng)中一部分細(xì)度已經(jīng)合格、但未加整形的水泥顆粒，直接加進(jìn)了水泥成品之中。由于整個粉磨系統(tǒng)的選粉效率得以提高，使細(xì)度上已經(jīng)合格的部分物料不用再通過球磨機(jī)粉磨，提高產(chǎn)量和降低電耗那是必然的，這一點(diǎn)兒毋容置疑。

電耗確實(shí)降了，至于其最終產(chǎn)品水泥的需水量，理論上既取決于水泥的微粉含量（水化速度）、顆粒級配（堆積密度），還與水泥的顆粒形狀（流動內(nèi)摩擦）有關(guān)。微粉含量的減少、級配的拓寬能降低水泥的需水量，但顆粒形狀的異化（非球形化）又能增加水泥流動的內(nèi)摩擦、增加水泥的需水量。

實(shí)踐證明，多數(shù)輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)品水泥，其需水量總體上是增加的。至于增加多少，與進(jìn)入輥壓機(jī)的原始物料的特性及細(xì)度有關(guān)，即輥壓機(jī)閉路對水泥顆粒級配的窄化程度、輥壓機(jī)本身對水泥顆粒形狀的異化程度。

由于其在V選與旋風(fēng)收塵器之間加了1臺選粉機(jī)，從而確保了旋風(fēng)收塵器收集的物料，從細(xì)度上全部達(dá)到水泥成品的要求，并將其直接加入到水泥成品之中。這種改進(jìn)會產(chǎn)生兩種后果，①能提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)能、降低粉磨電耗。②降低了對成品水泥顆粒級配的拓寬能力，這對降低水泥的需水量是不利的。

我們姑且不論是否能拓寬顆粒級配的分布范圍，但可以肯定，這部分物料主要是沒有通過球磨機(jī)整形的輥壓機(jī)細(xì)粉，其顆粒的球形度是較差的。影響水泥需水量的堆積密度和流動性，除與水泥的顆粒級配有關(guān)外，還與水泥的顆粒形狀關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。圓度系數(shù)（與顆粒投影面積相等的圓的周長與顆粒投影面積的實(shí)際周長之比）越小，水泥顆粒的內(nèi)摩擦就越大，與水的接觸表面積就越大，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量就越大。

輥壓機(jī)為料床擠壓一次破碎，效率高，但球形度不好；球磨機(jī)為多次沖擊研磨，效率低，但球形度高。這也正是輥壓機(jī)甩不掉球磨機(jī)的主要原因，甚至輥壓機(jī)配單倉短球磨的試驗(yàn)也尚未成功。

所以，半終粉磨系統(tǒng)不可能改善水泥的需水量；事實(shí)證明，半終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥需水量比較高，不太受用戶歡迎。

4 并不是否定半終粉磨

講半終粉磨對水泥質(zhì)量有影響、尤其對水泥需水量影響較大，并不是要否定半終粉磨技術(shù)，不等于說半終粉磨系統(tǒng)就沒用了，反倒可以說是精細(xì)化管理的一項(xiàng)成果。多數(shù)半終粉磨雖然具有水泥需水量高的缺點(diǎn)，但對提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量和降低電耗還是確實(shí)有效的。

上升到哲學(xué)角度來講，任何事物某一性能的提高，都伴隨著針對性提高和適應(yīng)性下降。但只要我們能結(jié)合自己的條件用其長避其短，半終粉磨還是能有所作為的，既不能只看其好處、也不該對其全盤否定。

比較適應(yīng)半終粉磨的條件：

①對異化顆粒形狀小的物料（比如較細(xì)的粉煤灰）。②對水泥需水量不敏感的市場和用戶。③對于大部分低標(biāo)號水泥。④對于水泥開路粉磨系統(tǒng)。⑤對于比表面積控制比較低的水泥。⑥對于需水量不高的熟料。⑦對于外摻礦渣微分的水泥。

圖3 天山蘇州水泥公司的半終粉磨流程圖

不太適合半終粉磨的因素：

①對水泥需水量要求苛刻的市場和用戶。②對于大部分高標(biāo)號水泥。③對于水泥閉路粉磨系統(tǒng)。④對于比表面積控制比較高的水泥。⑤對于需水量高的熟料。⑥對于比較差的石灰石礦山。⑦對于堿含量比較高的原料。

實(shí)際上，上述條件都不是一成不變的，有時適應(yīng)有時不適應(yīng)。我們可以設(shè)計為“半終粉磨”和“聯(lián)合粉磨”并存、且能夠切換的工藝，以實(shí)現(xiàn)按需切換，各取所長，互相彌補(bǔ)。在具備條件的情況下，把產(chǎn)能發(fā)揮到最大，把電耗降到最低。

半終粉磨也并不總是會增大水泥的需水量。比如2臺球磨機(jī)串聯(lián)粉磨（第1臺是閉路的），不僅能提高粉磨效率，還能減少過粉磨現(xiàn)象，減少水泥的微粉含量，能降低水泥的需水量；比如風(fēng)選磨半終粉磨；比如改造的中卸烘干水泥磨，由于其不存在料床擠壓破碎，對水泥顆粒形狀的異化程度較小，對水泥需水量的增加也較小。如果考慮拓寬水泥的顆粒級配，降低其需水量。將球磨機(jī)磨內(nèi)通風(fēng)的收塵粉直接加入成品中更加合適。但要注意收塵粉的細(xì)度，如果存在過粗的顆粒，則可以在袋除塵器之前加1級旋風(fēng)除塵器。而現(xiàn)有的粉磨工藝，多數(shù)將這部分收塵粉送進(jìn)了選粉機(jī)，不僅不利于電耗的降低，而且使水泥的顆粒級配窄化、提高了水泥的需水量。對直選原料中微粉的半終粉磨、對顆粒形狀不容易異化物料的半終粉磨，系統(tǒng)對需水量的增加也不明顯。

5 退而求其次的案例

任何事物都是一分為二的，輥壓機(jī)半終粉磨也不例外。雖然具有增加水泥需水量的缺點(diǎn)，但對提高產(chǎn)量和降低電耗卻是實(shí)實(shí)在在的。輥壓機(jī)半終粉磨工藝，可以說是對聯(lián)合粉磨系統(tǒng)精細(xì)化管理的一次深入探討。

對任何事物我們追求至善至美沒有錯，但在某一方面不能退讓時，必須懂得從另一方面退而求其次，用其所長避其所短，尋求一個兩方面都能接受的平衡點(diǎn)。

華東某水泥公司原有4條水泥生產(chǎn)線，均為φ1.7 m×1.2 m輥壓機(jī)＋φ4.2 m×13 m球磨機(jī)＋O-Sepa4000選粉機(jī)的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。系統(tǒng)裝機(jī)容量約8500 kW，生產(chǎn)P·O42.5水泥，配料為：熟料81%、粉煤灰2%、石膏5%、礦渣5%、石灰石7%，比表面積340～350 m2/kg，臺時產(chǎn)量220 t/h，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量在26.8%～27.5%之間，綜合電耗為32～35 k Wh/t。

該公司先對其中1臺水泥磨進(jìn)行了輥壓機(jī)半終粉磨改造，將V型選粉機(jī)后續(xù)的旋風(fēng)分離器更換成FV4000型渦流選粉機(jī)，并進(jìn)行了一系列的適應(yīng)性調(diào)整和產(chǎn)質(zhì)量平衡后，產(chǎn)量穩(wěn)定在了270 t/h。

與相同條件未改的4號粉磨系統(tǒng)相比，在臺時產(chǎn)量提高了20%的情況下，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量達(dá)到了可以接受的27%～28%之間。水泥需水量雖然有所增大，但依然在控制范圍之內(nèi)。

起初，因改造后系統(tǒng)阻力的增加，使得風(fēng)速下降，V型選粉機(jī)中占比較大的中粉無法進(jìn)入磨機(jī)系統(tǒng)，球磨機(jī)因“吃不飽”使磨內(nèi)溫度升高，超過了磨瓦報警溫度而頻繁停機(jī)。同時，系統(tǒng)產(chǎn)量不僅沒有增加，反而從220 t/h下降到180 t/h。解決辦法是優(yōu)化系統(tǒng)工藝布置，降低系統(tǒng)阻力，同時提升風(fēng)機(jī)性能，克服系統(tǒng)阻力，系統(tǒng)產(chǎn)量迅速提升到320 t/h。

在系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度提高的同時，隨之而來的是水泥需水量的同步上升，最高時達(dá)到了29.5%，嚴(yán)重制約了水泥的銷售。隨后，在調(diào)試過程中對熟料與混合材的配比、水泥的細(xì)度等方面進(jìn)行了調(diào)整，將系統(tǒng)的產(chǎn)量降回到270 t/h，水泥需水比才得以穩(wěn)定在27.5%左右。

該公司在對其1套水泥磨系統(tǒng)進(jìn)行了半終粉磨綜合改造及調(diào)試后，總結(jié)了以下3點(diǎn)注意事項(xiàng)，具有一定的參考價值。

（1）不可一味追求高產(chǎn)量，更不應(yīng)夸大宣傳，這樣會對用戶會產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。無論提產(chǎn)的空間有多大，必須先保證產(chǎn)品的質(zhì)量，具體表現(xiàn)在水泥的需水量和早期強(qiáng)度兩個方面。

（2）產(chǎn)量提高20%時，水泥的需水量和抗壓強(qiáng)度3天、28天強(qiáng)度幾乎不發(fā)生變化。

產(chǎn)量提高25%時，需水量增加了3%～5%，水泥的3天、28天強(qiáng)度都不同程度出現(xiàn)小幅下降；產(chǎn)量提高30%以上時，水泥的需水量就超出了市場的承受能力。改造后的提產(chǎn)幅度要適而可止，要懂得退而求其次，一般控制在20%～25%為宜。

（3）輥壓機(jī)半終粉磨導(dǎo)致了入磨物料的微粉減少，打破了原有一、二倉能力的平衡。實(shí)踐證明，在一倉加入一定數(shù)量φ80 mm的鋼球是必要的；為彌補(bǔ)在預(yù)粉磨系統(tǒng)中選出的水泥顆粒形狀不好的缺陷，使得通過球磨機(jī)的水泥顆粒的形狀更加重要，應(yīng)控制好球磨機(jī)的磨內(nèi)流速，減小磨內(nèi)通風(fēng)和增設(shè)擋料環(huán)。