两种水泥立磨终粉磨系统的比较研究

0　引言

　　在水泥生产过程中，需要消耗大量的能量，水泥粉磨电耗占水泥生产过程中总电耗的三分之一以上。多年来，降低水泥粉磨电耗一直是水泥行业技术人员研究的重要课题。 

　　目前在中国的水泥工业中，水泥粉磨主要有管式磨、立磨和辊压机三种粉磨方式，采用辊压机和管式磨组合成的预粉磨、联合粉磨成为主流水泥粉磨技术路线。而立磨由于其能耗低、运行稳定、操作简单、维护工作量小，在水泥生料粉磨和煤粉磨中取得了很大成功。近年来，通过国内外科研工作者的努力，以立磨为代表的新一代水泥粉磨技术在水泥工业上得到了应用和发展[1]，尤其是水泥立磨终粉磨技术，以其工艺系统简单、单位电耗低等优点而获得诸多应用，尤其是在国外，水泥立磨终粉磨技术已日趋成熟且应用广泛[1-2]。

　　目前市场上普遍采用的水泥立磨终粉磨均属内循环立磨，即立磨本体上方设有选粉机。由于要由喷嘴环高速的喷射气流将大部分物料吹起并带入选粉区域，立磨内部需要通入大量风，且本体阻力损失大，因此这种内循环立磨系统的风机消耗功率比较大，即使是水泥终粉磨系统，其成品电耗也要在28~34kWh/t[3]，粉磨节能优势并不是非常明显。

　　为进一步发挥水泥立磨终粉磨的技术优势，我公司在自主研发外循环立磨装备的基础上，将外循环立磨用于水泥终粉磨系统已获得成功。本文就针对外循环和内循环两种不同形式的水泥立磨终粉磨系统进行比较分析与探讨。

1　水泥立磨终粉磨工艺流程比较

1.1　内循环立磨终粉磨流程

　　内循环水泥立磨终粉磨系统工艺流程见图1。来自水泥配料站的物料经提升机、喂料皮带经锁风阀喂入内循环立磨，物料在立磨中随着磨盘的旋转从其中心向边缘运动，同时受到磨辊的挤压而被粉碎。粉碎后的物料在磨盘边缘处被从喷嘴环进入的高速气流带起，粗颗粒落回到磨盘再粉磨；较细颗粒被带到选粉区域，经过选粉机(布置在立磨上方，与立磨成为一个整体)进行分选，分选后的粗粉由内部锥斗返回到磨盘进行循环粉磨，合格细粉被带出立磨，进入袋除尘器收集为水泥成品。部分难磨的大颗粒物料在风环处不能被风带起，通过排渣口排出后进入排渣斗式提升机，经过斗式提升机再次进入立磨与新喂物料一起粉磨。出除尘器的水泥成品通过空气输送斜槽、提升机等设备送入到成品库中。

图1　内循环水泥立磨终粉磨系统工艺流程示意

1.2　外循环立磨终粉磨流程

　　外循环水泥立磨终粉磨系统工艺流程见图2。来自水泥配料站的物料经配料皮带机喂入立磨，物料在立磨中随着磨盘的旋转从中心向边缘运动，同时受到磨辊的挤压而被粉碎。粉碎后的物料从磨盘边缘甩出，并由立磨下部刮料板刮出至循环提升机，循环提升机将物料送至设置在磨外的V型选粉机进行初步分选，分选后粗料再次进入立磨粉磨，细料则随风带入精细选粉机，由精细选粉机再次分选，粗料返回立磨继续粉磨，合格水泥成品由袋除尘器收集后经斜槽、提升机等设备送入成品库中储存。出选粉机气体经除尘器收尘后由系统风机送出，排入大气。

图2　外循环水泥立磨终粉磨系统工艺流程示意

1.3　工艺流程对比

　　从以上两种立磨终粉磨系统的比较可以看出，内循环和外循环立磨的工艺流程基本相似，其区别在于：内循环立磨将动态选粉机集成在设备本体，物料仅部分外循环（排渣），大部分料需在立磨内部靠气流输送进入选粉区域。外循环立磨将选粉系统置于立磨之外，并分成粗选和精选两部分，物料全部经过机械输送进入选粉系统。比较而言，外循环立磨工艺流程上虽稍为复杂，但物料全部用机械提升较气力提升更节能，选粉系统的外置也为系统的精细化、个性化的设计和操作提供了可能。

2　系统运行状况比较

2.1　外循环水泥立磨终粉磨系统水泥配比

　　山东某厂为淘汰管磨机等高能耗落后产能，新建一条年产100万吨水泥粉磨生产线，主要生产P·O42.5R水泥。采用KVM46.4-C外循环水泥立磨终粉磨系统，其水泥配比见表1。

            表1　水泥配比　　         　%

本文比较的内循环立磨厂家较多，其配比不再一一列出。诸多研究表明，对水泥原料易磨性影响显著的原料主要有熟料和矿渣，因此，本文在比较不同水泥立磨终粉磨系统的指标时，仅列出各系统所用原料中熟料（含矿渣）的比例，便于比较。

2.2　不同水泥立磨终粉磨系统电耗比较

　　表2为国内外一些内循环立磨以及我公司在山东某厂投运的外循环立磨实际运行数据。

表2　外循环水泥立磨与内循环水泥立磨实际运行数据[3-4]

注：1）外循环立磨电耗为从配料站至水泥入库的整个粉磨系统总电耗，包含设备、水、气及车间照明等；

2）内循环立磨数据参考相关文献报道，其中标“*”电耗指“立磨+排风机+选粉机”电耗，其他内循环立磨电耗统计范围不详。

　　从表2可以看出，在水泥原料配比接近，比表面积控制指标相当时，外循环水泥立磨系统电耗远比内循环水泥立磨系统电耗低。由此可见，采用外循环立磨终粉磨系统，在充分利用立磨料床粉磨的优势上，系统节能优势也得以充分发挥，使得单位水泥电耗进一步降低。

2.3　系统单位水泥粉磨电耗组成

　　两种立磨终粉磨系统电耗组成比较见表3[4]。

表3　两种立磨终粉磨系统电耗组成比较

从表3可以看出，外循环立磨系统主机电耗较内循环立磨稍低，一方面，可能是由于磨机本体磨辊、磨盘结构形式决定的；另一方面，外循环立磨独特的操作方式以及料层控制，提高了磨机粉磨效率；而出现显著差异的是，外循环立磨系统风机电耗仅为内循环立磨系统风机的45%。由此可见，采用机械提升能大幅降低单位产品的能耗。

2.4　系统阻力

　　外循环立磨系统袋除尘器出口压力在-3700Pa，入V型选粉机压力一般在-300~-500Pa，即整个系统的阻力损失为3200~3400Pa；内循环立磨由于其立磨内的喷嘴环阻力大，一般而言，仅立磨本身的压损就达6000Pa，再加上收尘系统阻力损失，整个系统阻力损失可达7500Pa[4]。由此可见，外循环水泥立磨系统阻力损失远远小于内循环立磨系统，对循环风机（或排风机）全压要求低，有助于降低风机功耗，使得系统电耗较低。

3　产品性能

　　长期以来，水泥立磨终粉磨的水泥产品一直存在颗粒形貌、颗粒级配、标准稠度用水量等问题。针对这些问题，本文分析了两种不同立磨终粉磨系统的水泥细度、颗粒分布、标准稠度用水量等指标，其结果见表4和表5。

表4　外循环立磨水泥性能

表5　内循环立磨水泥性能[4]

　　通过表4和表5的比较可以看出，两种立磨终粉磨的水泥标准稠度用水量均在27%以下。在水泥粒度分布方面，相比而言，所分析的外循环立磨水泥细度较细，对水泥强度起主要作用的颗粒为3~32μm，其含量达到了71.26%，而所分析的内循环立磨，其5~30μm的含量仅为45.6%。 若进一步降低内循环立磨系统的水泥成品粒度，产量将会适当降低，电耗要适当增加，标准稠度用水量可能会上升。

4　结束语

　　通过对不同类型水泥立磨终粉磨系统的工艺流程、运行情况以及水泥产品性能的比较，可以看出，外循环立磨终粉磨系统较现有的内循环立磨终粉磨系统工艺流程稍复杂，由于系统阻力小，循环风机(或排风机)功耗低，系统产品电耗远比内循环立磨系统低。在水泥性能上，两系统产品标准稠度用水量相当，外循环立磨的颗粒分布更为合理(选粉机在设计与调节上更为灵活)，对水泥强度发挥更有利。