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大型生料球磨机效能低问题及其对策

水泥 2007-08-17

一、大型生料球磨机效能低问题

　　近几年来，我国水泥企业发展速度较快，特别是新型干法水泥生产线的建设更是突飞猛进。在生料粉磨方面，日产4000吨以上新型干法生产线多采用立磨，立磨的优点是产量高、电耗低，缺点是投资大、运转率低、维修难度大；而日产2500吨以下的新型干法生产线多采用球磨机，例如日产1000吨生产线多选用φ3.8×7.5m风扫烘干磨、日产2500吨生产线多选用φ4.6×10＋3.5m烘干中卸磨、日产3000吨生产线多选用φ5.0×10.5m风扫烘干磨生料球磨，球磨机的优点是投资省、运转率高、维修简单，因此受到众多水泥企业的青睐，但其缺点是产量低，电耗高。球磨机从10年前国内普遍用φ2.2m或φ2.4m发展到目前普遍用φ4.2m或φ4.6m以及φ5.0m大型球磨机，其规格越来越大型化了。生料球磨机向大型化发展的目的一则为工艺布局便利，二则为提高粉磨效率，降低单产电耗。然现实结果却是粉磨效率随着磨机大型化反而降低了，吨生料综合电耗最高竟达29-30度，几乎高于优秀小磨机的一倍，这无疑影响了相关企业经济效益的发挥并与设计者初衷大相径庭。

1、生料磨机的调查数据

1.1 φ5.0×10.5m 球磨机

表1

企业名称	破碎系统		磨机系统		台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
企业名称	破碎机型号	功率	磨机型号	功率	台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
BJBZ	TPC20.22	800kw	φ5.0×10.5m		195	29.6
四会骏马	DLPC20.22	800kw	φ5.0×10.5m	3800kw	209	28.2
平均						28.9

1.2 φ4.6×10＋3.5m中卸烘干磨

表2

企业名称	破碎系统		磨机系统		台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
企业名称	破碎机型号	功率	磨机型号	功率	台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
ZJJY	PE1200×1500 PDC20.18		φ4.6×10＋3.5m	3550kw	230	24.5
ZJSF	TPC-20.18	710kw	φ4.6×10＋3.5m	3550kw	210	25.5
CXZS	DPC20.18/2台		φ4.6×10＋3.5m	3550kw	230	25.5
ZSHZ	TPC20.22	800kw	φ4.6×10＋3.5m	3550kw	190	29.2
平均						26.18

1.3 φ3.8×7.5m风扫烘干磨表3

企业名称	破碎系统		磨机系统		台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
企业名称	破碎机型号	功率	磨机型号	功率	台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
ZSXX	PCF16.16		φ3.8×7.5m		80	27.3
ZJHL	PCF16.16 PCX100		φ3.8×7.5m		108	24.0
QLS	PE600×900/2台立式破碎机		φ3.8×7.5m		85	25.7
平均						25.67

1.4 φ2.2m或φ2.4m球磨机表4

企业名称	破碎系统		磨机系统		台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
企业名称	破碎机型号	功率	磨机型号	功率	台时产量（ｔ／ｈ）	综合电耗（kwh/t）
KHMJ	PE400×600 φ1000立破		φ2.2×6.5m		22.5	19.6
LYHL	PE400×600 φ1000立破		φ2.2×7m		23	19.5
TCS	PE400×600 φ1000立破		φ2.2×7m		23.5	19
TTS	PE600×900 φ1000立破		φ2.4×7m		31	20
平均						19.53

1.5 φ2.2m或φ2.4m球磨机＋细碎机表5

使用厂家	破碎系统			粉磨系统		台时产量 t/h	综合电耗 Kwh/t
使用厂家	破碎机	功率KW	单耗 KW/t	球磨机	电机 KW	台时产量 t/h	综合电耗 Kwh/t
广州石井	PE400×600 PCF40D	30 75	3.5	φ2.4×8.0	475	45	16.50
镇江长江	PE400×600 PCF40D	30 75	3.5	φ2.2×7.0	380	35	16.55
河南偃师	PE400×600 PCF70 YK1220	30 90 5.5	3.8	φ2.2×7.0	380	36	16.50
平均							16.52

2、生料磨机综合电耗比较

2.1 生料磨机综合电耗趋势图

2.2 综合电耗比较单位： kwh/t 表6

生产线规格	3000吨/日	2500吨/日	1000吨/日	8.8万吨/年	10万吨/年
磨机规格项目	φ5.0m	φ4.6m	φ3.8m	φ2.2m 或φ2.4m	φ2.2m或φ2.4m ＋细碎机
平均综合电耗（kwh/t）	28.9	26.18	25.67	19.53+2.5^*	16.52+2.5^*
与φ2.2m或φ2.4m＋细碎机比较多耗电能（kwh/t）	9.88	+7.16	+6.65	+3.01	+0
与φ2.2m或φ2.4m＋细碎机比较多耗电能（kwh/t）	151.94%	137.64%	134.96%	115.82%	100%
折合熟料多耗电（kwh/t）	15.3	11.1	10.3	5.12	0
每吨熟料多耗电折合金额（元/t）	9.18	6.9	6.18	3.07	0
全年多消耗电（万元/年）	908.8	549.5	203.9	27.6	/

^*注：为了便于比较，“+2.5 kwh/t”为烘干用电调整量。

3、经济效益比较

3.1 以1000吨/日新型干法生产线生料磨机φ3.8×7.5m风扫烘干磨与φ2.2m生料磨或φ2.4m球磨机＋细碎机系统比较，前者比后者每吨生料多耗电6.65度，每度电按0.6元计算，则每吨生料成本增加3.99元，每天需要生料约1600吨，则每天增加成本约0.638万元，每年按300天生产，则每年因此增加成本203.9万元。

3.2 以2500吨/日新型干法生产线生料磨机φ4.6×10＋3.5m中卸烘干磨与φ2.2m生料磨或φ2.4m球磨机＋细碎机系统比较，前者比后者每吨生料多耗电7.16度，每度电按0.6元计算，则每吨生料成本增加4.296元，每天需要生料约4000吨，则每天增加生产成本约1.72万元，每年按300天生产，则每年因此增加成本549.5万元。

3.3 而以配备了φ5.0m磨机的3000吨/日生产线与φ2.2＋细碎机相比一吨生料粉耗电竟高出近10度，一吨熟料多耗电15度，仅此一项一年竟多消耗908.8万元，这简直是匪夷所思。

通过上述数据的分析比较可以看出大型生料磨机与小型生料磨机相比，其效能低，综合电耗高，生产成本高，这是大型生料磨机普遍存在的严重问题，在能源日益紧张（特别是煤炭资源相对紧张的省份）的今天，应当引起我们的高度重视！

二、原因分析

1、大型球磨机生产效能的发挥受到隔仓板通料能力束缚

根据托瓦洛夫公式，磨机产量为：Q=q·N₀≈0.184D_iV_inφ(6.16-5.75φ)·q

当物料特性、磨机填充率及磨机长径比确定后，以上公式可简化为：

Q= k₁d_i^3.5(k₁——常数)

　　即磨机产量Q与磨机直径D_I的3.5次方成正比。

磨机隔仓板的通料能力取决于隔仓板（篦缝）的面积S，S= πD_i²，这样，单位面积隔仓板需要的通料量：Q₂=Q/S= k₂D_i^1.5（k₂——常数）

上式表明：单位面积隔仓板的通料能力与磨机直径的1.5次方成正比，随着磨机直径的增大，隔仓板通料能力严重束缚了磨机产量的增加，这正是影响大型球磨机生产效能发挥的重要因素之一。

2、大型球磨机单位时间做功频率低。

　　众所周知，小型球磨机的转速比大型球磨机要高，例如：φ2.2m球磨机的转速为22r/min,而φ4.6×10＋3.5m中卸烘干磨的转速为15r/min，就单个钢球而言，φ2.2m球磨机的钢球每分钟可冲击物料22次，而φ4.6m磨机的钢球每分钟只能冲击物料15次，所以，小型球磨机的钢球比大型球磨机的钢球每分钟作功次数多，效率高。

3、磨机直径越大研磨体滞留带的不利影响越大

球磨机内的研磨体必须产生运动才能对物料进行冲击与研磨，冲击与研磨的能量主要由衬板提带研磨体所获得。衬板将运动传递给紧靠衬板的第一层研磨体，该层研磨体在运动的同时再将运动传递给第二层研磨体。研磨体依此向纵深传递运动的过程中，必然会产生相对运动，传递的速度将一层层地减弱下去。如果研磨体的层数非常多，在磨内必然存在一部分研磨体无法获得能量而处于相对静止不动的状态，这部分研磨体即形成滞留带。国外专家的研究认为，当球径小于磨机直径的1/80时，磨内将形成滞留带。因此，磨机直径越大研磨体滞留带的不利影响越大。

4、入磨物料粒度太大且粒径分布过宽

新型干法水泥厂在石灰石破碎系统一般选用单段（反击）锤式破碎机，其理想出料粒度指标为90%≤25mm（这是老的《工艺管理规程》的基本要求），但锤头磨损到中、后期，其出料粒度会大大增加，有的达到40mm甚至50mm，远远大于φ4.6m球磨机的最佳经济入料粒度15mm（详见内部资料《磨外预粉碎的几个共性问题》），同时入磨物料粒度从0～40mm甚至50mm分布太宽、级差太大，而磨内研磨体级配无法综合兼顾，细碎粗磨、细磨的能力难以平衡，进一步影响磨机效能的发挥。因此，粉磨效率低，电耗高。尽管说大型球磨机对研磨体的提升高度大、对入磨物料的冲击力大，但是，就破碎来讲，破碎机的电能利用率比球磨机要高数十倍早已有定论。

5、“过粉磨”问题

由于输送设备和分级设备的制约，大型生料磨机的循环负荷率未必达到最佳值，因而“过粉磨”现象必然存在。

三、对策及实例分析

1、对策

1.1 对新上新型水泥生产线生料磨尽量采用节能效果明显的立磨；

1.2 对现有大型生料球磨机的使用厂家，要尽快选用大型细碎机把主要原料——石灰石进行充分细碎。

2、实例分析

2.1 浙江兆山新星集团公司

浙江兆山新星水泥集团第一条新型干法生产线是一条日产1000t/d熟料新型干法生产线，其石灰石破碎系统采用的是一台PCF1616破碎机，生料制备系统采用的是一台φ3.8×7.5m风扫烘干磨。自2001年9月18日投产以来，磨机台时产量一直徘徊在80吨左右，不能满足窑系统的需求，严重制约公司经济效益的进一步提升，有时影响到公司的生产的顺利进行，针对这种状况，公司决定对生料磨系统进行技术改造。

改造方案是在保持原有设备的基础上，（2004年5月）在生料磨入磨前增设预破碎系统，即在磨机入磨前增设一台郑州鼎盛公司制造的PCF200细碎机，增加一台入磨提升机，总增加装机功率250KW。

A 增设预破碎系统前后部分数据对比表

项目	月份	产量t		台时t/h		耗电量kwh		吨电耗kwh/t
项目	月份	本月	累计	本月	累计	本月	累计	本月	累计
破碎 (未加PCF200)	3	39009	121934	/	/	72119	266621	1.85	2.19
原料磨 (未加PCF200)	3	41007	129145	79.6	78.66	1046058	3523803	25.51	27.29
破碎 (增设PCF200)	7	39869	294391	/	/	80148	601975	2.01	2.04
原料磨 (增设PCF200)	7	41479	314443	92.36	86.78	938914	7713507	22.64	24.53
3-7月比较				12.76	8.12			-2.87	-2.76
3-7月增长幅度（%）				+16.03				-11.25

B 数据分析

a.磨机台时产量大幅度提高。增设预破碎系统后，磨机台时产量明显提高，在未增设预破碎系统前的2004年3月份平均台时产量仅有79.6t/h，比设计台时产量85t/h低5.4t/h，而增设预破碎系统后的2004年7月份磨机台时产量平均达到92.36t/h，台时产量提高12.76t/h，增产幅度为16.03%。

b.生料粉磨单位电耗大幅度降低。增设预破碎系统前，生料磨机单位电耗为25.51kwh/t，增设预破碎系统后，生料粉磨单位电耗为22.64kwh/t，降低单位电耗为2.87kwh/t，降低幅度为11.25%。

C 经济效益评估

生料磨采用预破碎系统后，不但提高了生料磨的台时产量，满足了窑熟料煅烧的需要，而且直接降低了生产单位电耗，按每生产一吨生料节约电2.87度，每度电0.6元计算，每生产一吨生料可节约电费1.722元，扣除增加细碎机后每吨耐磨件材料消耗0.3元/吨，每生产一吨生料可节约成本为1.422元，按年产熟料30万吨，需耗用48万吨生料粉，则按此计算一年可节约电费68.26万元。

2.2广东四会骏马公司

　　广东四会市骏马水泥有限公司原有4条机立窑生产线，其石灰石破碎系统原采用两条φ600×900鄂破＋细鄂破+锤破三级破碎生产线，因破碎粒度不理想，磨机产量低，难以满足窑的需求，后将其中一条线的二级三级破碎拿掉，改用郑州鼎盛公司生产的PCF100细碎机，φ2.2×6.5m生料磨台时产量达到30t/h,增产幅度高达25%。然后立即将另一条生产线作了同样改造，也去得了令人满意的效果。尝到甜头后，该公司立即对水泥磨进行改造，在磨前增设2台PCF70细碎机，4台φ2.2×6.5m水泥磨产量均达到19t/h，增产节能效果非常明显。经过几次合作，该公司对设备厂家的售后服务也十分满意。因此，当该公司新建3000t/日新型干法生产线时，业主特别指定所有破碎设备全部选用郑州鼎盛公司的产品，设计单位因从未设计如此巨大细碎机而与业主产生意见分歧，最后在业主强烈坚持要求下，最终与业主和郑州鼎盛公司达成一致，分别选用了郑州鼎盛公司的1台DLPC2022B单段破碎机破碎石灰石、2台PCF300高效细碎机用于生料磨和水泥磨前，1台DPX90单段细碎机用于石膏与混合材破碎。

该公司新建3000t/日新型干法生产线生料制备系统的工艺流程

A φ5.0×10.5m风扫烘干磨使用细碎机与不使用细碎机台时、电耗比较表

项目	破碎系统	磨机规格	台时产量（t/h）	综合电耗（kwh/t）
不使用细碎机	DLPC20.22B	φ5.0×10.5m	209.0	28.2
使用细碎机	DLPC20.22B ＋PCF300	φ5.0×10.5m	266.7	24.41
用与不用细碎机的比较			+57.7	-3.79
变化幅度			+27.61%	-13.44%

B 数据分析

a 磨机台时产量大幅度提高。使用细碎机后，磨机台时产量明显提高，由不使用细碎机时的209.0t/h，提高到266.7t/h，台时产量提高57.7t/h，增产幅度为27.61%。

b 生料粉磨单位电耗大幅度降低。不使用细碎机时，生料磨机单位电耗为28.2kwh/t，使用细碎机后，生料粉磨单位电耗为24.41kwh/t，降低单位电耗为3.79kwh/t，降低幅度为 13.44%。

C 经济效益评估

生料磨采用细碎机后，不但提高了生料磨的台时产量，而且直接降低了生产单位电耗，按每生产生料节约电3.79kwh/t，每度电0.6元计算，每生产一吨生料可节约电费2.274元，扣除增加细碎机后每吨耐磨件材料消耗0.3元/吨，每生产一吨生料可节约成本为1.974 元，按年产熟料100万吨，需耗用155万吨生料粉，则按此计算一年可节约电费305.97万元，该项目总投资仅节电一项不足半年即可全部收回。

四、结论

1、大型球磨机生产效能的发挥受到隔仓板通料能力束缚，磨机直径越大，该问题越严重。

2、大型球磨机转速低，单个钢球单位时间内作功次数少，造成做功密度不足，粉磨效率低。

3、磨机直径越大研磨体滞留带的不利影响越大。

4、不可片面理解“大型球磨机带球高度大粗碎能力强”，就破碎来讲，破碎机的电能利用率高比球磨机高数十倍，必须重视入磨物料的粒度，并严格控制其级差。

5、选用大型细碎机，将入磨物料粒度降至“最佳经济入磨粒度”，并严格控制少量大颗粒入磨物料存在，是提高大型生料球磨机效能的非常有效措施之一。

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