邹伟斌：水泥粉磨系统节能降耗技术改造措施分析

现今，国家层面对工业领域节能降耗的要求日益趋严，绿色节能已成为水泥工业发展之路的重要航标。粉磨系统作为水泥生产链中的“耗电大户”，在整个水泥生产工序中耗电占比超过60%。其能耗高、效率低一直是水泥行业节能降耗的痛点，为解决这一问题，越来越多的水泥企业开始进行粉磨系统节能改造。

近日，中国水泥网高级顾问、水泥粉磨实战专家邹伟斌以《水泥粉磨系统节能降耗技术改造措施分析》为主题进行精彩演讲，详细介绍了水泥联合（半终）粉磨系统、辊压机水泥半终粉磨工艺系统、选粉机系统、陶瓷研磨体等相关内容并强调，水泥企业应重视粉磨技术研究。

邹伟斌指出，水泥工业发展将围绕以“洁净生产、节能减排”为中心，开展各项技术创新工作，包括高效节能粉磨设备与新工艺的研发与应用，降低粉磨系统电耗任重而道远。“系统节能是硬道理”：对传统粉磨理论的继承、创新与发展；根据实际工艺状况，对粉磨系统的不断总结及持续改进与提高、加快技术进步。

一、水泥联合（半终）粉磨系统能耗现状

国内配置高效率料床预粉磨设备辊压机与外循环立磨运行的水泥联合（半终）粉磨系统，目前生产P.O42.5级水泥，系统粉磨电耗先进值已≤26kWh/t，少数系统粉磨电耗≤ 22 kWh/t ～24 kWh/t（应增大预粉磨能力），极个别在20kWh/t左右。

安徽巢湖恒信水泥公司辊压机双闭路半终粉磨系统P.O42.5级水泥，粉磨电耗19.6 kWh/t

二、不同主机设备、粉磨工艺特性

1、水泥粉磨主机粉磨特性

2、不同水泥粉磨工艺设备能耗比较

3、不同磨机不同水泥比表面积与电耗关系

4、预粉磨与联合粉末工艺系统特点比较

三、辊压机配置的分级设备特性

1、辊压机+打散分级机：机械筛分及部分风选（气流），分级后的入磨物料切割粒径2.0mm～3.0mm；

2、辊压机+V型选粉机，挤压分级后的入磨物料比表面积150～220㎡/kg；

3、辊压机+VSK选粉，挤压分级后的入磨物料比表面积≥250㎡/kg；

4、辊压机+V型选粉机+下进风高效组合式选粉机，挤压分级后的入磨物料比表面积≥250㎡/kg；

5、辊压机+V型选粉机+XR下进风选粉机，挤压分级后的入磨物料比表面积≥ 250㎡/kg；

注：2～5均为空气（气流）分级，入磨物料切割粒径均≤0.5mm。

辊压机挤压分级后的入磨物料具有“晶格裂纹效应”和“粒度效应”，易磨性提高15～25%（粉磨功指数下降15～25%，并非简单的磨机接长），动、静态分级设备（调节）平衡了辊压机与管磨机的系统产量。

四、辊压机料床挤压特性分析

1、任何设备使用都是有条件的：辊压机对被挤物料易碎性敏感，一次性挤压施力大于立磨；

2、辊压机辊面花纹必须保持完整（对物料牵制能力良好）；

3、双辊不失圆、无剥落凹坑、辊面磨损均匀、两边缘及辊子中部不漏料，希望被挤压处理的物料能够100%通过辊缝；

4、辊压机作业过程中对入机物料粒度均匀性及水份非常敏感，粒状料挤压效果好、粉状料及绵软料挤压效果差，即有：“挤粗不挤细、挤硬不挤软、挤脆不挤绵、挤干不挤湿”的料床挤压粉磨特性（并非不挤压上述物料，只是对细、软、绵、湿的物料挤压效果较差）；

5、当系统循环负荷较大或辊压机处理能力大、入机物料中细粉料量多时，会造成辊压机实际运行辊缝小，主电机出力少（运行电流低），工作压力低，若不及时调整，则挤压效果会变差、系统电耗增加；

6、辊压机运行的三个阶段：“压紧阶段、挤压阶段、膨胀阶段”，辊压机适应于脆性物料，对于粘性物料及水份大的物料挤压效果差；

7、辊压机动辊脱离中间架挡板作往复运动，标志着液压力完全通过物料传递；

8、两台主电机运行电流不大于额定电流，在额定电流允许范围内（至少达60%以上，有的达到70～90%），作小幅度摆动，标志着辊压机对物料输入了粉碎所需能量（斜插板开度放大）；

9、辊压机及分级设备向管磨机提供的细粉越多、比表面积越高、说明辊压机做功越多、挤压效果越好（决定系统产量因素的80%以上）；

10、辊压机进料装置具备良好的可控性能；

11、称重仓保持至少60%或以上的操作仓容；

12、辊压机辊面磨损量较大时，由于辊面失圆，与物料之间呈现非紧密接触料床（料床不密实或漏料）即使强行加压，对物料的挤压效果仍然不会好；

13、辊压机辊面必须保持相对完好，可采用备辊形式更换，进行离线堆焊（修复效果优于在线堆焊）；

14、挤压不同特性物料，辊面磨耗值大致范围为：≤1.0g/t物料

15、经辊压机挤压后的物料微观结构被破坏，具备“裂纹效应”、物料易磨性显著改善，并非简单的磨机接长所能达到的效果；

五、物料水分、易磨性、温度等因素的影响

1、入磨物料水分对粉磨效率的影响

2、入磨物料易磨性的影响

2.1、入磨熟料温度超过50℃，磨机产量将受影响；如果超过80℃，水泥磨产量降低约10～15％；

2.2、急冷的熟料易磨性好；

2.3、对于Φ4.2m以上的磨机，每提高10㎡/kg的比表面积，相应台时产量约降低5~10t/h左右；

2.4、窑皮熟料、飞砂料、高C2S、高C4AF熟料、铝酸盐熟料、硫铝酸盐熟料、高镁熟料、黄心料、慢冷熟料、受潮熟料、部分欠烧料、还原料、矿渣、钢渣、磷渣、粉煤灰、天然火山灰（沸石、凝灰岩、玄武岩等）等易磨性差，尤其与入磨水份大的料叠加，系统产量大幅度降低；

从矿物组成与强度来讲，应生产C3S含量高的熟料。因熟料的易磨性系数随C3S含量的增多而直线性地增大，熟料的C3S含量由40%增为50%时，其易磨性系数约提高0.10；再增为60%时，易磨性系数又提高约0.10。

熟料易磨性与C2S含量对应关系

3、磨内温度与磨机各参数的关系

当磨内温度从80℃上升至120 ℃ ，系统产量下降10%左右，粉磨电耗上升15%左右；开路磨磨内温度应控制100 ℃以下、闭路磨温度应控制80 ℃以下。

4、入磨物料温度的影响

4.1、水泥颗粒表面带有静电荷，温度升高使研磨体和衬板表面的细粉包层增加导致粘附；水泥颗粒越细，越易形成粘附；

4.2、温度超过100℃，颗粒表面的空气膜破坏，粘附现象加剧；

4.3、石膏有阻止细粉粘附于研磨体表面的倾向，但温度升高，石膏脱水，则更易包球、包锻，还会造成水泥假凝或速凝；

4.4、磨内温度高易导致滑履轴承温度高、润滑作用降低、衬板变形等机械损坏；

六、管磨机产量与入磨物料粒度之间关系

关于管磨机产量与入磨物料粒度之间的关系，可由下式表述:

Kd=（G2/G1）=（d1/d2）X

式中:Kd-磨机的相对生产率或称粒度系数

G1、G2-分别代表入磨粒度为d1、d2时的磨机产量（t/h）

X--指数，与物料特性、成品粒度、粉磨条件有关，一般X=0.15～0.35

现以X=0.20为例，以此推出不同入磨粒度时磨机的相对生产率Kd:

七、联合粉末系统技术特点

1、充分发挥辊压机“料床粉磨”技术优势，“多挤少磨”，挤压后料饼采用粗、细两级分级设备；

2、分级更精确、分级效率更高、入磨物料更细（凸显“裂纹效应”与“粒度效应”、“部分成品效应”，入磨物料呈细粉状）、全部取代磨机一仓功能及二仓部分功能，可缩小研磨体尺寸，对提高后续管磨机细磨能力更显著；

3、由辊压机和两级分级设备喂入管磨机的物料最细已超过300m2/kg，辊压机的实际使用功率达到9kWh/t，使管磨机实际使用功率降到了11kWh/t、粉磨效率显著提升、系统电耗降低；

4、后续管磨机为开路操作，成品水泥颗粒级配分布范围宽，颗粒形貌好，水泥工作性能优良；

八、水泥半终粉磨工艺系统特点

1、与传统联合粉磨工艺系统相比，须采用一台物料处理能力较大的辊压机和一台喂料、分选能力大的下进风双分离高效选粉机，V型选粉机与双分离高效选粉机则共用一台系统风机，取消了联合粉磨系统中一台循环风机与旋风收尘器（双旋风筒或单旋风筒）及部分管道和输送设备，减少了设备数量及维护点，维修成本降低；

2、半终粉磨系统中直接采用高浓度布袋收尘器收集由辊压机段挤压所产生的及管磨机段粉磨后生产的水泥成品，避免了大量＜45μm细粉进入管磨机内部，导致细磨仓出现“过粉磨”所引起的研磨体及衬板表面严重粘附现象，使管磨机系统始终保持较高而稳定的粉磨效率；

3、水泥成品经过高浓度布袋收尘器收集，后续管道与系统风机中的粉尘浓度显著降低，彻底消除了传统联合粉磨工艺系统中导致管道与循环风机叶轮磨损严重的因素，降低了系统设备磨损并减少了装机功率，设备磨耗量明显降低、整个系统粉磨电耗低；

4、该系统的管磨机段既可由闭路粉磨流程转换为开路粉磨流程、亦可由开路粉磨流程转换为闭路粉磨流程，实现了一套粉磨系统可开、可闭的灵活转换与调节，转换操作简单、快捷；

5、辊压机水泥半终粉磨工艺系统中，当后续管磨机系统为开路方式操作时，即辊压机段创造的成品与开路管磨机粉磨系统生产的成品共同混合入库，成品颗粒级配范围比闭路操作时要宽；

6、当后续管磨机系统为闭路方式操作时，即辊压机段创造的成品与闭路管磨机粉磨系统生产的成品共同混合入库，成品颗粒级配范围仍然比开路操作时要窄，且由辊压机制造的水泥颗粒球形度非常低，其颗粒形貌多呈不规则的长条状、多角形等；

7、采用辊压机高效率料床粉磨设备制得的水泥颗粒分布范围相对集中（分布窄），即颗粒粒径更均匀，均匀性系数n值增大，颗粒之间空隙增多，水泥粉体颗粒堆积密度就小，难以形成最紧密堆积，当达到相同流动度时需要多加水，水则变成了填充物，充填于水泥颗粒之间的空隙、穴道，导致水泥标准稠度需水量增大；水泥制成系统的粉磨效率越高，对增产、节电越有利，但成品水泥需水量增大现象则会越突出，这就是半终粉磨闭路工艺系统水泥标准稠度需水量偏大的主要原因之一；

8、该系统因辊压机段挤压生产的水泥中≤5μm以下微细颗粒含量较高、成品水泥比表面积与抗压强度一般均偏高，为综合利用工业废渣，大掺量制备复合水泥、降低水泥生产成本创造了先决条件。该系统应权衡水泥使用性能与系统高效、增产、节电等几个方面的关系，并对系统中相关控制参数、管磨机内部结构以及所用混合材料品种等做出相应调整，以使水泥成品性能满足混凝土制备要求；

9、该系统中管磨机磨尾配置有单独的通风、收尘设备，收尘风机采用变频调速控制，便于生产过程中磨内通风量的调节与操作；

九、O-sepa涡流选粉机

高效选粉机关键技术环节：“均匀分散是前提、有效分级是核心、高效收集是保证”。

问世近四十年，改进较少，实际应用中存在：撒料、分散不均匀、不能形成均匀料幕；通风不均匀、蜗壳易积灰、三次风作用小；分级效果差、部分成品又回到磨内循环；选粉效率低、回料中成品量多、易造成过粉磨、影响系统产量及粉磨电耗等问题。

粉磨工艺设计：磨尾配置单风机或双风机系统

1、O-sepa选粉机系统操作要点

1.1、不同规格O-Sepa选粉机设计有两个或四个进料口及三个进风管道。其中，一次风为主风，进风比例约占总风量的67.5%，二次风占22.5%，三次风占10%；（N-3000以上选粉机未设置三次风）进风形式:一、二次风为切向进风，随导风叶片分配及笼型转子旋转形成平面涡流，对入机物料进行分散与分级。三次风则由下锥体圆周上水平180º均布的两个风管或120º均布的三个相同直径（配置调节阀门）的风管进入；

1.2、确保各入料口料量均匀、不偏料，保证均匀分散效果；

1.3、可对一次、二次进风管道实施改进，提高选粉室空气流场的稳定性及对入机物料分散效果；

1.4、应定期或不定期对系统风机实际风量、风压进行检测，确保风量、风压满足选粉要求（利用停机时间清理积灰）；

1.5、由于O-sepa选粉机以负压抽吸形式收集成品，通过选粉室上端出风口管道与布袋收尘器联接收集分选后的合格水泥，粉磨系统中选粉机（管磨机尾部）常用的配风形式有两种：

a.单风机共用风系统

管磨机磨尾通风管道与选粉机一次风管相联，通过负压收集磨内通风中的成品颗粒，称为单风机系统。

特点：少用一台风机与一台收尘器 （需要在磨机至选粉机一次风之间设置辅助调节风阀）。

b.双风机单列风系统

管磨机的磨内通风收尘与选粉机供风均系由各自单列的风机完成，称为双风机（磨收尘风机与选粉机系统风机）系统。

特点：多用一台收尘器及一台风机，收尘与选粉两台主机设备风路互不干扰。

实际生产中，成品水泥细度细，比表面积不一定高；而水泥细度适当放粗时，比表面积反而提高；其影响因素主要是水泥的均匀性系数n值，即水泥的颗粒分布范围宽窄程度，颗粒分布范围宽，比表面积相应高；选粉效率高，n值高。

助磨剂的应用：表面活性剂会改变（善）水泥颗粒之间的透气性能，同时也会相应提高n值，导致水泥比表面积测定值降低，但同时45μm筛余值也下降。

此时，建议成品水泥控制45μm筛余值，比表面积值作为参考。

十、重视系统除铁提高粉磨效率

粉磨过程中，随着管磨机筒体旋转，通过衬板将能量递给研磨体做功，研磨体个体之间、研磨体与衬板、物料之间摩擦、研磨，完成磨细物料作业的同时，产生噪声及热量。研磨体、衬板与磨内其他抗磨件材质多为合金铸铁或铸钢，属于强铁磁性材料或弱铁磁性材料（研磨体及其他抗磨件磨损，被磨物料部分带入），在双闭路联合粉磨系统和一级闭路粉磨系统中细铁屑或小铁粒会磨损管道、选粉机撒料盘、导风叶片、输送设备等，且循环量随磨机规格增大而增大，将严重影响粉磨效率，降低系统产量，必须予以去除。

可在磨尾、选粉机喂料部位或选粉机回料过程中安装除铁、除渣装置解决，以进一步提高粉磨效率。

十一、管磨机的技术特点与不足

粉磨机理：

1、研磨体经旋转筒体上衬板提升、抛落随机做功，依靠其“集群研磨效应”，不能形成料床；

2、细磨能力有余（闭路系统成品细度调节更方便）；

3、粗（碎）磨能力不足；

4、适宜于粉磨片状、粗粉状物料；对于大水份、大粒径、难磨物料、衬板打滑、研磨体串仓、隔仓板（篦板）堵塞通风排料不畅、磨内高温、衬板及研磨体表面粘附、装载量不足等因素极其敏感；生产过程中，应对被磨物料性能进行控制，改善磨内结构及研磨体级配与通风等技术参数进行优化组合；

5、筒体与衬板、研磨体重量大，主电机功率大，无磨前预处理措施时，粉磨效率低、电耗高；

6、金属耐磨材料磨损量大、磨耗成本高；

7、管磨机筒体工作转速恒定，磨内需要不同工作表面形状的衬板进行组合，实现“磨内磨细”；

8、联合（半终）粉磨系统实现了“分段粉磨”，能够充分发挥管磨机细磨功能（优化水泥颗粒分布及颗粒整形，提高水泥球形度）；

十二、影响管磨机效率的主要因素

1、磨内粘附：衬板工作表面、研磨体表面；隔仓板及出磨篦板篦缝；

2、隔仓板、出磨篦板堵塞：破碎的研磨体及物料颗粒堵塞篦缝，影响通风及过料（或材质硬度低造成篦缝延展）；

3、研磨体与衬板之间切向滑动：衬板表面磨损无花纹、对研磨体牵制能力大大降低（摩擦系数低、打滑或无活化环消除死区）；

4、研磨体串仓：（隔仓板破漏）导致各仓功能紊乱；闭路系统应防止磨尾泄漏、必须有排渣筛；增加除铁装置；

5、物料易磨性极差：物料水份大、入磨粒径大（或这些因素叠加）；

6、研磨体硬度低、变形、破损未定期清仓；研磨体装载量偏少、未定期补充；

7、衬板尺寸选择不当等…

十三、水泥联合（半终）粉磨系统稳定高产低消耗的有效技术途径

1、“磨前处理是关键、磨内磨细是根本、磨后选粉是保证”，真正实现“分段粉磨”（重视熟料及混合材易磨性、温度及水份）

2、优化设计、合理选取磨内结构技术参数；

3、仓长比例、各仓衬板工作表面形状、活化（挡料）装置、双（单）层隔仓板（球径、锻径小）、出磨篦板缝形状、尺寸及过料能力（优选自清洁设计）、磨尾排渣圆筛、除铁装置设置；

4、选用优质研磨体（高硬度、低磨耗、低破损率、良好的表面光洁度、稳定合理的级配）；

5、重视物料磨前除铁及磨尾除铁（开路、闭路必须设置，采用气箱悬浮除铁、除渣专利技术）；

6、采用优质助磨剂（优良的分散性能、消除磨内粘附、充分发挥研磨体细磨能力）；

7、配置机械性能、分级性能优良的磨尾分级与成品收集设备（闭路系统）；

8、主机、辅机、风机设备选型应留有富裕量、运行无瓶颈；

9、高效除尘、良好的磨内通风（降温）实现“系统高效稳定”；

十四、水泥企业可应用的技术与节能产品

（一）节能电机与节能风机应用

（二）陶瓷研磨体与陶瓷衬板应用

（三）辊压机新型耐磨柱钉辊面应用

（四）金属复合陶瓷以及柱钉立磨磨辊应用

（五）新型打散分级一体机应用

（六）新型高效选粉机应用

（七）新型设计筒体衬板及应用

（八）新型设计活化环应用

（九）新型设计隔仓板、出磨篦板应用