提高選粉效率對(duì)水泥閉路粉磨系統(tǒng)增產(chǎn)效果的定量分析

鄭林昌，杜鳳懷，唐永河

（1.云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司 云南 昆明 650221）（2.四川信達(dá)五星節(jié)能科技有限公司 四川 綿陽(yáng) 622651）

1 閉路系統(tǒng)的理論依據(jù)

在球磨機(jī)粉磨水泥的過(guò)程中，粗顆粒物料總是逐漸粉磨到合格的粒度。開(kāi)始的時(shí)候，細(xì)粉少，粗粉多，粉磨效果好，細(xì)度快速下降，隨著合格細(xì)粉的增多，粗粉變少，造成研磨體多數(shù)時(shí)間是對(duì)已合格的細(xì)粉的過(guò)粉磨，而粗粉在細(xì)粉的掩蓋下，沒(méi)有得到足夠的粉磨，為了獲得足夠的合格細(xì)粉，必須延長(zhǎng)粉磨時(shí)間，降低了磨機(jī)產(chǎn)量。這種現(xiàn)象可以從磨機(jī)內(nèi)的細(xì)度篩分曲線(xiàn)得以確認(rèn)。

為此，在有部分合格細(xì)粉的時(shí)候，就將粉體排出磨機(jī)進(jìn)行分選，合格細(xì)粉作為成品收集，不合格粗粉再回到磨機(jī)重新粉磨，就能保持磨內(nèi)始終處于粗粉量較多，有利于粉磨的條件下，從而提高磨機(jī)產(chǎn)量。這是閉路粉磨系統(tǒng)的理論依據(jù)。

2 系統(tǒng)的主要工藝流程及選粉效率現(xiàn)狀

現(xiàn)有的水泥閉路粉磨系統(tǒng)基本上都是由輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)、球磨機(jī)和磨尾選粉機(jī)組成（見(jiàn)圖1）。

按照閉路粉磨系統(tǒng)所能增產(chǎn)的理論依據(jù)，最理想的情況是排出磨機(jī)的粉體中的細(xì)粉能全部選出來(lái)，也就是選粉效率為100%，使得回磨的粉體全部是粗粉。

現(xiàn)有的選粉機(jī)采用的是空氣分選，選粉效率不可能達(dá)到100%，加之受到體積、能耗、價(jià)格、操作等的影響，實(shí)際使用的選粉機(jī)很多運(yùn)行在選粉效率40%~50%之間。其運(yùn)行情況如圖1：

圖1 典型的輥壓機(jī)、球磨機(jī)、選粉機(jī)系統(tǒng)

（1） 輥壓機(jī)擠壓后經(jīng)V型選粉機(jī)分選所得的入磨粉料中，小于45μm的顆粒占到20%~50%；

（2） 球磨機(jī)出磨粉料中小于45μm的顆粒占50%~70%；

（3） 選粉后回到磨機(jī)的粗粉中小于45μm的顆粒占40%~60%；

（4） 選粉效率約40%~50%；

（5） 循環(huán)負(fù)荷率為200%~350%。

由此可見(jiàn)，現(xiàn)有閉路粉磨系統(tǒng)選粉效率低，循環(huán)負(fù)荷率高，有大量合格的細(xì)粉沒(méi)有選出來(lái)，而是回到磨內(nèi)反復(fù)研磨，占用了磨內(nèi)空間，降低了粉磨產(chǎn)量。

3 提高產(chǎn)量的主要方式

為了提高現(xiàn)有粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量，主要有3種方式。

第一種是更換大規(guī)格的輥壓機(jī)，直接增加粉碎能力，提高磨機(jī)產(chǎn)量，利用輥壓機(jī)比球磨機(jī)能耗低的特性，達(dá)到增產(chǎn)節(jié)能的目的，這種方式效果明顯、可靠，但一次性投資大。

第二種方式是通過(guò)對(duì)磨內(nèi)襯板、隔倉(cāng)板的重新設(shè)計(jì)，改變物料在磨內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，從而提高磨機(jī)產(chǎn)量。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可在磨機(jī)定期更換舊的襯板、隔倉(cāng)板時(shí)直接使用新設(shè)計(jì)的襯板、隔倉(cāng)板。因此造價(jià)低，投資小。缺點(diǎn)是磨內(nèi)實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不可測(cè)定、不可控制，無(wú)法定量設(shè)計(jì)、計(jì)算，增產(chǎn)效果不穩(wěn)定。

第三種方式是進(jìn)一步提高選粉機(jī)的效率，分選出更多的細(xì)粉，從而提高磨機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)量。

基于筆者的研究經(jīng)歷，主要探討提高選粉機(jī)的選粉效率對(duì)粉磨系統(tǒng)增產(chǎn)效果的定量關(guān)系。

之前已有一些企業(yè)采用了更換選粉機(jī)的方式來(lái)提高磨機(jī)產(chǎn)量的做法，但實(shí)際效果不夠理想。一些觀點(diǎn)認(rèn)為是磨機(jī)粉磨能力的問(wèn)題，提出還需要對(duì)磨機(jī)進(jìn)行改造才能達(dá)到提高產(chǎn)量的效果。這種說(shuō)法把人們的關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)到影響粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量的多種因數(shù)討論上，從而掩蓋了在現(xiàn)有的選粉機(jī)改造項(xiàng)目中，選粉機(jī)效率沒(méi)有顯著提高這一根本事實(shí)。造成人們對(duì)通過(guò)提高選粉機(jī)效率提高磨機(jī)產(chǎn)量這一方法的懷疑。

為了能準(zhǔn)確、定量的描述選粉效率的提高對(duì)粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量的影響，本文基于現(xiàn)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論，建立了一個(gè)近似的數(shù)學(xué)模型，并利用此數(shù)學(xué)模型，定量的確認(rèn)了不同條件下，選粉機(jī)效率提高的量對(duì)應(yīng)的粉磨系統(tǒng)所能提高的產(chǎn)量。

4 提高選粉效率對(duì)水泥閉路粉磨系統(tǒng)增產(chǎn)效果的定量分析

4.1 基本概念

4.1.1基本概念與參數(shù)

根據(jù)圖1所示的粉磨系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)系。

設(shè)定：

a—出磨物料篩余%

b—回磨物料篩余%

c—選粉機(jī)成品篩余%

v—V選成品篩余（新增入磨物料篩余）%

Q—粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量（等于V選成品量）

Qm—磨機(jī)內(nèi)物料總流量（等于系統(tǒng)產(chǎn)量+回磨料量）

N—循環(huán)負(fù)荷率：

（回磨物料量是成品量的倍數(shù)）

η—選粉效率：

（成品中的細(xì)粉量占出磨料中細(xì)粉總量的百分比）

由于選粉效率公式中的參數(shù)隨不同的操作習(xí)慣而不同，影響了計(jì)算結(jié)果的一致性。因此，比較不同選粉機(jī)的選粉效率，應(yīng)該在兩者產(chǎn)品細(xì)度相同（偏差小于±1%），出磨細(xì)度相近（偏差小于±5%）的情況下，比較其選粉效率的高低。

4.1.2基本前提：

第一：對(duì)于現(xiàn)有的閉路粉磨系統(tǒng)，其達(dá)到正常產(chǎn)量時(shí)，系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)是基本穩(wěn)定的，包括：磨機(jī)產(chǎn)量、細(xì)度、循環(huán)負(fù)荷率、選粉效率等參數(shù)。特別是在其正常運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)磨內(nèi)粉磨的物料總量不變（既不空磨也不飽磨）即：

第二：磨內(nèi)研磨體對(duì)物料研磨過(guò)程中，一部分作用于細(xì)粉（已達(dá)到細(xì)度要求）上，未能形成磨機(jī)的產(chǎn)量。一部分作用于粗粉上，將其中一定比例的粗粉研磨成合格的細(xì)粉，形成磨機(jī)的產(chǎn)量。對(duì)于原有的粉磨系統(tǒng)，綜合各種影響磨機(jī)產(chǎn)量的因數(shù)后，當(dāng)磨內(nèi)粗粉總量變化不大時(shí)，這一比例基本不變，可視為常數(shù)。

基于以上前提條件，本文提出一個(gè)新的概念：

磨機(jī)的粉磨系數(shù)：

其中：

△X=Xc-Xv—粉磨后新增加的細(xì)粉量，等于選粉后產(chǎn)品中的細(xì)粉總量減去新增入磨物料帶入的細(xì)粉總量（V選成品帶入的細(xì)粉量）。

=（Ya+Yb+Yv）/2—磨內(nèi)平均粗粉量，等于入磨時(shí)的粗粉總量加出磨時(shí)的粗粉總量除以2，在其它條件變化不大的情況下，粉磨系數(shù)基本不變。因此，增加磨內(nèi)平均粗粉量的比例（磨內(nèi)物料總量不變），則粉磨后新增加的細(xì)粉量也就相應(yīng)的增加。提高選粉效率，就能夠減少回磨物料中的細(xì)粉量，增加回磨的粗粉量，也就增加了磨機(jī)的產(chǎn)量。

各參數(shù)間相互關(guān)系如下：

4.2 選粉效率提高對(duì)磨機(jī)產(chǎn)量的影響：

（1） 在成品細(xì)度控制不變，且新增入磨物料中的細(xì)粉百分含量不變時(shí)，即V選成品的篩余v不隨Q的變化而改變時(shí)。即：c=c0，v=v0時(shí)。

設(shè)原有穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的各參數(shù)為：

則有：

對(duì)選粉機(jī)改造并提高選粉效率后，其K值不變，令：K=K0

則：

為了保持磨機(jī)工作穩(wěn)定，磨內(nèi)物料的總流量不變，即：

故：

公式（10） 即為選粉效率改變后，對(duì)應(yīng)的磨機(jī)增產(chǎn)的百分量的計(jì)算公式，只要將原有系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)代入，以及改造后的選粉機(jī)效率數(shù)據(jù)代入，就可得到改造后的磨機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

為了直觀的獲得選粉效率增加對(duì)應(yīng)的磨機(jī)增產(chǎn)的百分量，可在明確原有的系統(tǒng)參數(shù)的條件下，得到效率增加與產(chǎn)量增加的關(guān)系曲線(xiàn)，即：η—Q曲線(xiàn)。例如：在以下常見(jiàn)的原有工況條件下，

當(dāng)：c0=8%=0.08，N0=250%=2.5，η0=45%=0.45時(shí)，可得：

獲得如圖二中曲線(xiàn)1的增產(chǎn)百分量曲線(xiàn)。

由圖中曲線(xiàn)1可見(jiàn)：當(dāng)選粉效率提高5%時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)量提高6%；選粉效率提高20%時(shí)。磨機(jī)產(chǎn)量提高22%。即磨機(jī)產(chǎn)量隨選粉效率的提高基本成線(xiàn)性提高，且產(chǎn)量提高的百分率高于選粉效率增加的百分率。

圖2 選粉效率增加值與增產(chǎn)百分率的關(guān)系

（2） 實(shí)際情況偏差：在輥壓機(jī)規(guī)格能力較小時(shí)，其產(chǎn)生的細(xì)粉量不能隨產(chǎn)量的增加而同比例的增加，極限狀態(tài)是合格的細(xì)粉量固定不變，此時(shí)：

得：

公式（14）即為在輥壓機(jī)能力不夠，輥壓機(jī)產(chǎn)生的細(xì)粉量固定的情況下，選粉效率改變后，對(duì)應(yīng)的磨機(jī)增產(chǎn)的百分量的計(jì)算公式，同樣，只要將原有系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)代入，以及改造后的選粉機(jī)效率數(shù)據(jù)代入，就可得到改造后的磨機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

由此公式得出如圖二中的η—Q曲線(xiàn)2。從曲線(xiàn)2可以看到：當(dāng)選粉效率提高5%時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)量提高5%；選粉效率提高20%時(shí)。磨機(jī)產(chǎn)量提高17.5%。即磨機(jī)產(chǎn)量隨選粉效率的提高基本成線(xiàn)性提高，且產(chǎn)量提高的百分率略低于選粉效率增加的百分率。

實(shí)際增產(chǎn)量應(yīng)介于曲線(xiàn)1和曲線(xiàn)2之間，即磨機(jī)產(chǎn)量隨選粉效率的提高基本成線(xiàn)性提高，且產(chǎn)量提高的百分率約等于選粉效率增加的百分率，其最終結(jié)果取決于輥壓機(jī)的能力。

4.3 在以上選粉機(jī)效率增加的條件下，其它因數(shù)對(duì)增產(chǎn)效果的影響：

我們還可在已知選粉效率提高了多少百分量的基礎(chǔ)上，判斷原有各參數(shù)的不同，對(duì)產(chǎn)量增加的影響，例如：根據(jù)公式（10）

設(shè)：η-η0=15%，即選粉效率提高15%的情況下：

（1） 當(dāng)：c0=8%=0.08，η0=45%=0.45

得到原有循環(huán)負(fù)荷率的不同對(duì)增產(chǎn)的影響曲線(xiàn)：即N0-Q曲線(xiàn)。如圖三中的曲線(xiàn)3所示：即原有循環(huán)負(fù)荷率越低，增產(chǎn)效果越顯著。

（2） 當(dāng)：N0=250%=0.25，η0=45%=0.45

圖3 原始循環(huán)負(fù)荷率與增產(chǎn)百分率的關(guān)系

圖4 成品細(xì)度與增產(chǎn)百分率的關(guān)系

得到原有產(chǎn)品細(xì)度的不同對(duì)增產(chǎn)的影響曲線(xiàn)：即曲線(xiàn),如圖四中的曲線(xiàn)4。

即原有產(chǎn)品越細(xì)，增產(chǎn)效果越顯著

（3） 當(dāng)：c0=8%=0.08，N0=250%=2.5，

得到原有選粉效率的不同對(duì)增產(chǎn)的影響曲線(xiàn)：即曲線(xiàn)，如圖五中的曲線(xiàn)5。即原有選粉效率值越低，增產(chǎn)效果越顯著。

4.4 半終粉磨系統(tǒng)對(duì)磨機(jī)產(chǎn)量的影響

現(xiàn)在還有一種做法半終粉磨系統(tǒng)：在輥壓機(jī)V選之后增加一臺(tái)選粉機(jī)，新增的入磨物料預(yù)先分選，將部分合格的細(xì)粉提前選出來(lái)進(jìn)入成品，減少入磨的細(xì)粉量，留出新增產(chǎn)量的空間，下面對(duì)此方式能達(dá)到的效果進(jìn)行定量分析。圖6為典型的輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)圖：

圖5 原始選粉效率與增產(chǎn)百分率的關(guān)系

V選的成品量為Q，經(jīng)過(guò)新增加的動(dòng)態(tài)選粉機(jī)預(yù)選后，一部分合格細(xì)粉Q'提前進(jìn)入產(chǎn)品系統(tǒng)，其余的部分 進(jìn)入磨機(jī)粉磨。

圖6 典型的輥壓機(jī)、動(dòng)態(tài)選粉機(jī)、球磨機(jī)、選粉機(jī)系統(tǒng)

設(shè)動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的選粉效率為η'，則：

因輥壓機(jī)成品細(xì)度不變，磨尾原有選粉機(jī)也沒(méi)有改變，且最終的產(chǎn)品細(xì)度也保持不變。即：c=c0，η=η0，v=v0令：K'=K0

經(jīng)過(guò)換算（篇幅所限，過(guò)程省略），可得：

目前的動(dòng)態(tài)選粉機(jī)效率和磨尾選粉機(jī)效率處在同一水平，即：

η'=η0可得到半終粉磨系統(tǒng)能達(dá)到的產(chǎn)量公式：

按目前閉路粉磨系統(tǒng)的普遍運(yùn)行情況，其基本參數(shù)為：

由公式（24）則可獲得V選成品的細(xì)度v0與磨機(jī)產(chǎn)量Q的關(guān)系曲線(xiàn)，即：v0-Q曲線(xiàn)，如圖7中的曲線(xiàn)7。

圖7 半終粉末系統(tǒng)V選篩余量與增產(chǎn)百分率的關(guān)系

從圖中曲線(xiàn)可以看出，輥壓機(jī)產(chǎn)品的細(xì)度越粗，增產(chǎn)比例越低。在V選篩余為80%時(shí)，可增產(chǎn)5%；小于60%時(shí)，可增產(chǎn)10%；小于40%時(shí)，增產(chǎn)可達(dá)15%。當(dāng)然，這是在選粉機(jī)效率不降低，特別是輥壓機(jī)能力足夠的條件下的結(jié)果。

5 結(jié)語(yǔ)

（1） 綜合以上的圖表及公式可知：在穩(wěn)定運(yùn)行的常規(guī)閉路粉磨系統(tǒng)中，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)磨機(jī)的總物料量是穩(wěn)定的（波動(dòng)不大），當(dāng)磨內(nèi)條件變化不大時(shí)，其粉磨系數(shù)（粉磨能力）可視為常數(shù)。當(dāng)提高選粉效率時(shí)，減少了磨內(nèi)的細(xì)粉總量，增加了磨內(nèi)的粗粉量，從而增加了可磨細(xì)的粗粉量，達(dá)到產(chǎn)量的提高。通常情況下，磨機(jī)產(chǎn)量提高的百分量約等于選粉機(jī)選粉效率提高的百分率。

（2）當(dāng)改造或更換的選粉機(jī)選粉效率比原有選粉機(jī)增加15%以上，且現(xiàn)有閉路系統(tǒng)選粉效率低于50%，循環(huán)負(fù)荷低于250%，細(xì)度低于8%時(shí)，增產(chǎn)效果更加顯著。

（3） 對(duì)于半終粉磨系統(tǒng)，其適合于輥壓機(jī)能力富裕，V選后合格細(xì)粉含量大于40%以上的情況，在保證原有選粉效率不下降，且新增加的動(dòng)態(tài)選粉機(jī)效率不低于原有選粉機(jī)的條件下，系統(tǒng)產(chǎn)量可增加10%到15%。如果V選后合格細(xì)粉含量小于30%，或選粉效率也有所下降，則系統(tǒng)產(chǎn)量的增加值會(huì)小于10%，甚至低于5%。

（4）對(duì)于通過(guò)提高選粉效率獲得磨機(jī)系統(tǒng)增產(chǎn)的技改方案。應(yīng)保證改造或新增的選粉機(jī)效率比原來(lái)提高15%以上。選粉效率應(yīng)在同等條件（成品細(xì)度和出磨細(xì)度相同）下測(cè)試。

（5）對(duì)于輥壓機(jī)能力強(qiáng)，尤其是目前的大輥壓機(jī)（立磨）+小球磨，V選后合格細(xì)粉含量大于50%以上的系統(tǒng)，采用半終粉磨系統(tǒng)來(lái)達(dá)到增產(chǎn)的目的效果顯著。