水泥廠球磨機節(jié)電十法

水泥生產中粉磨所需的動力占生產總耗電量的75%左右，而用于粉碎和研磨的理論能量只占磨機耗電量的約3%，其余大部分能量都做了無用功，均消耗于研磨體之間以及研磨體與襯板之間的碰撞與磨損上，并以聲、熱、振動等多種形式消耗掉。一般來說，軸承、齒輪等純機械損失占12.3%，隨產品散失熱量占47.6%,從磨機筒體表面散失的輻射熱量占6.4%，空氣帶走的熱量占31.4%，因此，提高磨機的粉磨效率和用能效率，進而實現磨機節(jié)電，二者相輔相成，異曲同工。對大部分水泥企業(yè)而言，球磨機系統(tǒng)節(jié)電潛力較大，且具有良好的經濟效益和社會效益。筆者認為可從以下十個方面入手實現球磨機節(jié)電：

1　合理選擇磨機及粉磨工藝流程

一般而言，以大磨機取代小磨機，可以增產節(jié)電。同時還可以為錯峰用電創(chuàng)造條件與可能。按照我省目前峰谷分時電價的政策，高峰時段的電價是低谷電價的2.48倍。因此，調整傳統(tǒng)的磨機規(guī)格選型及配套方式，有著節(jié)約電能和降低成本的雙重意義。

從水泥廠粉磨工藝而言，目前主要有開路和閉路2種。前者優(yōu)點是工藝流程簡捷、設備少，操作簡單，物料出磨后即為成品。缺點是物料在磨內流速慢，滯留時間長，為保證出磨物料的粒度全部符合要求，其中已磨細的物料也不能及時排出磨機，經常造成過粉磨現象。開路磨系統(tǒng)生產能力相對較低，能耗較高，不可能隨時靈活地調整出磨物料的細度。閉路粉磨則加設了選粉設備，可及時地將已磨細的細粉排出磨外，有效地避免了過粉磨現象，并可通過調節(jié)選粉機的工作參數靈活調節(jié)成品水泥的細度。此外，閉路磨內物料流速加快，各倉的研磨體分別恰當地承擔著粉碎或粉磨任務，故產量提高，電耗降低，尤其是對水泥細度要求較高時，其高產低耗的優(yōu)點更加明顯。

可以說，采用閉路粉磨是水泥粉磨工藝的必然趨勢。

由于球磨機干法粉磨時的能量利用率僅為2%~3%，國內外工程技術人員經過多年的科學研究和生產實踐，提出了“多破少磨，以破代磨“的預粉碎工藝。原因是，球磨機作為粉磨設備是比較理想的，但作為粉碎或破碎設備，它卻是低效率的。將粒度較大的十幾毫米甚至數十毫米的物料破碎過程從磨內移至磨外，在專門的粉碎設備中進行，使得入磨物料的粒徑縮小到3mm~5mm甚至更小，是提高球磨機生產能力的有效途徑。“多破少磨”，即努力減小入磨物料粒度是多年來水泥粉磨作業(yè)實踐向人們昭示的寶貴經驗，因而預粉碎（磨）工藝的應運而生就是十分自然的了。根據粉碎理論，脆性物料從數十毫米破碎至數毫米，其碎裂的本質是內部裂紋的不斷產生和擴展，而促使這一過程的外界因素即是以一定的方式對其施加的強大作用力-粉碎力。通常采用壓縮粉碎和沖擊粉碎方式，相應的系統(tǒng)有輥壓機＋球磨機和沖擊粉碎機＋球磨機兩種預粉碎（磨）工藝。使磨機的產量大幅度提高，粉磨電耗也明顯降低，增產節(jié)能效果很好。

1.1輥壓機＋球磨機粉磨工藝。

我國輥壓機及擠壓粉磨技術經過近20年的研究與應用已日趨成熟，尤其是通過工藝系統(tǒng)的深入研究和主機可靠性的提高，輥壓機系統(tǒng)運轉率已達到球磨機系統(tǒng)的水平，擠壓粉磨的高效節(jié)能特點更加充分地發(fā)揮出來。輥壓機采用的是高壓料層粉碎原理使物料得以粉碎，屬大能量一次性輸入方式。為了實現連續(xù)性作業(yè)，采用一對相向運動的輥子（其中一只固定輥一只活動輥），液壓力通過活動輥將楔入兩輥之間的物料壓實粉碎。輥壓機輥子兩端設有側擋板以減少漏料。

由于輥壓機具有邊緣效應、選擇性粉碎等固有缺陷，當其作為預粉碎設備時，一般都配套有分級設備，常見的分級設備有V型選粉機和打散分級機。輥壓機、分級設備與球磨機共同組成各種擠壓粉磨系統(tǒng)，其中以預粉磨、聯合粉磨、半終端粉磨三種工藝較為常見，此外還有混合粉磨和輥壓機終端粉磨等。

目前應用較多的是由“輥壓機+分級設備+球磨機”組成的擠壓聯合粉磨系統(tǒng)。該系統(tǒng)可分為：開路擠壓聯合粉磨和閉路擠壓聯合粉磨。物料經擠壓、打散并分選后，粒徑0.5mm～2mm的細粉先送入球磨機粉磨,開路系統(tǒng)則由球磨機直接粉磨至成品；閉路系統(tǒng)先由球磨機粉磨后送入選粉機選出成品，粗粉再返回磨內繼續(xù)粉磨。其特點是所有的成品完全通過球磨機再次粉磨完成，產品顆粒分布寬、微粉含量高，因而適合應用于水泥成品粉磨。

據國外資料介紹和國內眾多應用實例的統(tǒng)計表明：采用輥壓機預粉磨工藝可使原單純球磨機系統(tǒng)提高產量為30%～40%，降低電耗約20%（3kW·h/t～4kW·h/t）；而采用擠壓聯合粉磨工藝則提產幅度可超過100%，粉磨系統(tǒng)電耗降幅大于30%（8kW·h/t～10kW·h/t），節(jié)電效果十分顯著。

1.2沖擊式破碎機＋球磨機粉磨工藝。

從20世紀80年代的細碎顎式破碎機到近年來的各種沖擊式細碎機，有力地推動了水泥粉磨工藝的 改革和創(chuàng)新。這些細破碎設備大致有如下幾種：細顎式破碎機（PEX型）、立軸反擊式破碎機（PFXL型）、高細錘式破碎機（PCX型）、立軸錘式細碎機、高效節(jié)能破碎機、立式沖擊制砂機（第三代制砂機）和渦動沖擊破碎機等。它們的平均出料粒度均可達3mm以下，其中立式沖擊破碎機的出料平均粒徑＜2.5mm。這些細碎破碎機的共同特點是破碎比大，產品粒度小，金屬消耗少，單產電耗低。將細碎機與球磨機串聯作為與粉碎設備，可以大幅減小入磨物料粒徑，充分發(fā)掘球磨機粉磨做功的潛力，一般情況下，該系統(tǒng)可以提高產量30%～60%，節(jié)電10%～25%，與帶輥壓機的擠壓粉磨系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)結構簡單，造價低，維護費用少，易于實現。

應該指出的是，無論是輥壓機還是上述各種細破碎機，技術上的突出問題是輥面或粉碎工作部件的使用壽命，只有工作部件具有高硬度和高耐磨性，才能保證它們長期有效地工作；否則，較短的使用壽命和更換周期勢必影響系統(tǒng)的運轉率和生產能力，同時也會增大材料消耗，不利于經濟效益的提高。

2　控制合適的入磨物料水分和粒度

物料的水分直接影響著配料的準確性和磨機的產量與電耗。當入磨水分偏大時，在運轉過程中易出現糊球、糊襯板、隔倉板篦縫堵塞等現象，甚至出現“飽磨”而被迫停磨處理。一般情況下，入磨物料綜合水分每增加1%，磨機產量會降低8%~10%；當水分大于5%時，干法粉磨作業(yè)基本上就無法進行。但水分偏低時易出現靜電吸附團聚等效應，也影響磨機產量，這也是大型水泥磨機粉磨回轉窯熟料時，在磨內噴水的原因之一。

實踐證明入磨物料平均水分在1.0％左右為好。

降低入磨物料粒度，可降低單位產品電耗，據統(tǒng)計，破碎機電能的有效利用率為30％左右，而球磨機電能有效利用率不足3％，上述第一節(jié)中所述的各種先進粉磨工藝，其重要特點也是為了實現“多破少磨”，減少入磨物料粒度。生產實踐證表明，當入磨物料平均粒徑從25mm分別降至5mm、3mm、2mm時，則磨機產量可分別提高38%、53%、66%。但入磨物料粒度不宜過小，因隨著破碎產品粒度的減少，破碎單位產品所消耗的功率在增加。對于一定的物料而言，進入磨機的粒度存在一個最佳值，在這一點物料的碎、磨綜合能耗最低，根據經驗，最佳入磨粒度一般為0.005D（D為磨機筒體有效內徑）。

3　加強磨內通風

當物料水分偏大而磨機通風不良時，磨內水蒸氣排放困難，不僅潮濕細粉粘附隔倉板堵塞篦縫，降低了單位時間內物料的通過量及流速，而且研磨體在研磨物料時由于靜電原因還會使細粉在襯板工作表面附著形成緩沖墊現象，從而導致研磨體對物料的沖擊破碎功能大大減弱。當襯板表層粘附細粉厚度達到1mm時，能使研磨體對物料的沖擊力減至無料時的33%，進而導致磨機產量下降，粉磨電耗上升。而加強通風則有利于加快磨內流速，提高磨機產量，且可達到收集細粉的目的，同時因提高產量相應地降低了磨機電耗。但通風量過大將使收塵顆粒增大，從而影響粉磨產品細度，對質量不利，當通風量增大到一定程度時，會使粉磨單位產品電耗增加，實踐證明磨機最大產量與粉磨系統(tǒng)最小電耗范圍內存在一最佳通風量。閉路粉磨的球磨機，磨內風速應保持在0.8m/s~1.2m/s，而開路粉磨時應控制在1.2m/s~1.5m/s，這樣才能適應磨機節(jié)能、高產的要求。

4　合理的鋼球級配和裝載量

合理的鋼球裝載量對降低電耗有利。磨內研磨體的體積占球磨機筒體有效容積的比值稱為填充率。每臺磨機在工藝條件相對穩(wěn)定的情況下，都存在一個最佳的填充率，此時產量最高而電耗又最低。實踐證明，每增加1t研磨體，球磨機臺時產量約能增加0.8t~1.1t，創(chuàng)造條件增加研磨體裝載量是磨機節(jié)能高產的有效途徑。近年來，隨著“軸承磨”的推廣，不少企業(yè)以滾動軸承代替原來的滑動軸承，研磨體裝載量普遍增加了10%~15%，磨機產量明顯提高，電耗相應下降。近年來國內外廠商（如馬克托公司）開發(fā)的新型磨機襯板重量大幅度減輕，也為磨機增加裝載量提供了空間。磨機存在一個單位電耗較低的最佳鋼球裝載量值。具體數值應在粉磨系統(tǒng)最佳裝載量和球徑配比試驗中確定，根據最新生產實踐，現磨內填充率由原來傳統(tǒng)工藝規(guī)范中的29%～31%已能提高到36%~40%。

研磨體的級配與入磨物料的粒徑、粉磨流程等因素有直接關系，入磨物料粒度如有變化，研磨體的級配則應做相應的調整。當球磨機粉磨系統(tǒng)增加預粉碎工藝后，在維持原裝載量不變的情況下，要降低各倉的平均球徑。如果入磨物料粒度均齊，則應將大規(guī)格鋼球撿出；如入磨物料粒度不夠均齊，則也應適當減少大球，同時增補相同裝載量的小球。

5　改善物料易磨性和 喂料均勻性

物料的易磨性又叫易碎性，是物料本身的特性，表示其被粉磨的難易程度。易磨性的大小是用易磨系數來表示的。易磨系數大表示物料容易磨細，小則相反。易磨系數的大小與物料的結構有很大關系，即使同一類物料，它的易磨系數也可能不一樣。熟料的易磨性與各礦物組成的含量，以及冷卻方式有很大關系，實際上這也是熟料礦物組成和巖相結構對易磨性的影響的反映。實踐證明，熟料中硅酸三鈣的 含量較多、冷卻得快，它的質地較脆，易磨系數就大；如果硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣含量多，冷卻慢，或者因還原氣氛而結大塊，則這種熟料的韌性大，較致密，易磨系數小，因而難磨。

對剛出爐的熔融高爐礦渣進行急冷處理，可得疏松多孔、顆粒細小的水淬礦渣，易磨系數大，約為1.2~1.3；但是，溫度已明顯降低才給予水淬的礦渣，就出現結晶顆粒致密，易磨系數比較小，約為0.7~0.9之間。

由此可知，選擇原料及燒制熟料對磨機產量和電耗有很大影響。為了改善物料易磨性，在可能條件下應盡量選用或生產易磨性大的原料。如生產硅酸三鈣含量高且冷卻快的熟料。出窯熟料經過一段時間貯存，使熟料塊產生一些細微的裂紋，對于改善其易磨性也是一個有效的措施。

均勻喂料是磨機穩(wěn)產、高產、節(jié)電的基礎，同時又是保證磨機正常運轉的重要因素。生產過程中調整喂料時應均衡、逐漸地進行，以免突然增大或減少，并要根據物料的變化，如粒度、水分、硬度及磨頭倉存料的多少等，及時調整操作，不要等到粉磨情況發(fā)生顯著變化時才采取措施。

6　選用先進的磨內結構

磨內結構是指磨機筒體內的襯板、篦板、隔倉板和進出料裝置等。球磨機的機型、直徑、長度、轉速、內部結構和研磨體選擇都應根據物料特性來確定。但對已有設備，由于機型、規(guī)格已經確定，可供優(yōu)化選擇的余地有限，除改變物料品種、粒度、水分等控制指標之外，主要是進行磨內結構及研磨體級配的優(yōu)化，以控制磨內物料流速在適宜范圍，達到最佳的粉磨效率和用能效率。

對老式磨機可按物料特性選擇帶篩分功能的隔倉板和出料篦板。不僅增加了控制料流及平衡各倉粉碎能力的功能，而且具有粗細顆粒的分級作用。磨內可選用雙曲面襯板等新型襯板，在軸向和圓周方向均有傾斜曲面，不僅能夠增加鋼球的橫向分級，還能提高鋼段、鋼球的研磨效率。在較長的倉內安裝活化環(huán)，能為研磨體創(chuàng)造三維運動條件，強化研磨能力，使鋼球與物料更充分接觸，從而使研磨體的能量利用率和粉磨效率大幅提高。

磨內物料的破碎能力應與研磨能力相匹配與平衡，其關鍵在于磨內研磨體的填充率與級配。如今進相機、變頻調速器的使用和滾動軸承代替滑動軸承等技術應用，使得磨內填充率由傳統(tǒng)實踐的29%~31%提高到36%~40%，磨機轉速也提高了5%~10%，有的甚至接近臨界轉速，研磨體裝載量也相應增加等，磨機優(yōu)質、節(jié)能、高產，效果明顯。

磨內結構改造的范例是近年來興起的各種開流高細磨。其中江蘇科寶公司開發(fā)的KBM型高細磨具有一定的代表性。

KBM磨內改造技術是對普通開流水泥磨機進行內部改造，設置選粉裝置，細磨倉采用小鋼段來實現的。物料從粗磨倉進入細磨倉時，通過選粉裝備分選，將粗粉通過揚料裝置自動送回粗磨倉，而讓細粉通過回料結構順利進入細磨倉。選粉裝置像一臺選粉機，它能分離出合格粒度的物料，相當于磨外的選粉機移到磨機內部，從而解決了球倉內的過粉磨現象，提高了粗磨倉的效率。由于進入細磨倉的物料相對較細，在細磨過程中所需要的能量小，對磨細起決定作用不再是沖擊力的大小，而是研磨次數大小和研磨表面積的大小。KBM磨內改造采用小鋼段的數量是普通鋼段的20倍，而每噸直徑12×12鋼段的比表面積是直徑30×35鋼段的比表面積的1.8倍，對細粉的研磨次數及表面積相應增加，研磨能力大為增強。為了改善遠離筒體襯板表面鋼段層因不能有效帶動而減弱其運動程度所形成的“滯留區(qū)”對粉磨效率的影響，進而加強各段層的運動，提高粉磨效率，鋼段倉內安裝了多道活化襯板。

總之，KBM磨內改造技術及裝備是將高產磨、高細磨、篩分磨技術優(yōu)化組合在一起，以選粉裝置、雙層隔倉板、活化襯板、料位調節(jié)裝置、擋料圈等代替原有的普通隔倉板及球段倉部分襯板；以合理優(yōu)化的球段級配，代替原有的級配方式；同時根據各廠磨機、物料情況及產量、質量要求，對磨機倉長，選粉裝置位置進行優(yōu)化調整，徹底解決過粉磨現象，最終保證生產出高比表面積和高產量的成品。

使用該技術改造傳統(tǒng)磨機后，產量可提高30%～50%，僅節(jié)電一項4～6個月即可收回全部投資。同時磨內改造工期較短，一般為2～4天。只需在磨進行局部改造和球段級配調整，不需增加任何附屬機電設備。

7　合理確定細度目標值

細度目標控制值的表示方法，通常采用0.08mm方孔篩篩余和比表面積（m2/kg）2種。它直接影響生料的活性或水泥的凝結、水化、硬化和強度等一系列物理化學性能。在實際生產中，無論對于生料還是對于水泥而言，如果確定的粉磨產品細度值偏低，可抵消其它措施的作用，從而制約著磨機產量的提高，對降低電耗不利。雖然一定程度地提高細度目標控制值對降低電耗有利，但須要在滿足質量的要求，在保證質量的前提下，選取合理的細度目標值。

在一定的粉磨工藝條件下，出磨細度控制值越小，球磨機的產量越低。以水泥細度控制值取0.08mm方孔篩篩余10%時的磨機產量為1。

因此，在實際生產中，應根據物料的性質（如水分、易磨性，強度等）靈活掌握并及時調整細度指標，使其在滿足相關要求的前提下，兼顧磨機的節(jié)能降耗。

8　充分挖掘機電設備節(jié)電潛力

8.1匹配相應的進相機可降低電耗

球磨機多用異步電動機，它有兩大缺點：一是不能經濟調速；二是激磁電流由電網供給，加大了無功功率，使功率因數變小，浪費電力。要提高異步電動機功率因數，補償無功的最佳節(jié)電措施是加裝微機控制靜止式進相機，功率因數可提高到0.99。

微機控制靜止式進相機是一種用于提高大中型繞線式異步電動機功率因數的新型無功功率補償設備。它串接于繞線式電機的轉子回路，可有效地提高電機的功率因數，減小定子電流，降低電機和電力系統(tǒng)的損耗，節(jié)約電能消耗。靜止式進相機采用交流變頻和微機控制技術開發(fā)而成，是取代老舊感應式旋轉進相機的新型進相裝置，帶有自診斷和自修復等智能化技術。具有工作安全可靠，參數調節(jié)容易，環(huán)境適應性好，使用壽命長，維護方便等特點,可適配75—3000kW的高低壓三相繞線式異步電動機。投入進相后可使繞線式電機的功率因數提高到0.95以上，降低無功功率60％，定子電流減少10％以上，節(jié)約銅耗和線損20%～30%，同時可降低電機溫升，提高球磨機的過載能力和電機效率。該機設有過流、過載、過溫保護及投入與解除進相的自動轉化裝置，安裝調試及維修保養(yǎng)時不影響正常生產，可長期連續(xù)工作。

山西晉牌水泥集團在其水泥磨主電機（2800kW）安裝了靜止式進相機后，電機電流下降了14.5%，有利于進一步挖掘電機潛力，并使電機溫升明顯降低。

8.2機械設備降低電耗的措施

由于磨機是靠電機拖動的機械，不可避免地存在各種各樣的傳動損耗，降低這些損耗是設備管理的主要目的，首先設備安裝時要認真執(zhí)行相關的技術規(guī)范，嚴格控制安裝誤差，確保安裝精度，減少各種不利的附加載荷造成的能量損耗。同時應保持良好的潤滑，減少摩擦損耗。應使?jié)櫥陀唾|清潔，油量充足，油路暢通。另外，由于球磨機通常采用滑動軸承潤滑，軸頸與軸瓦接觸角一般為75°～90°，摩擦力矩較大，近來小接觸角（30°～40°），大側隙的新型刮瓦方式已被成功地運用到生產實踐上，我們已知的許多大型磨機均采用以上新方式，降低電耗作用較為明顯，其原理在于減小了摩擦力矩，而Φ2.4m以下的小型磨機也可使用滾動軸承代替滑動軸承，因顯著降低摩擦阻力而降低磨機能耗，使用滾動軸承代替滑動軸承用在中小型磨機上，其技術已日趨成熟。

9　選用助磨劑

在水泥熟料的粉磨過程中，加入少量的外加物質，能夠顯著提高粉磨效率或降低能耗，而又不損害水泥性能的這種化學添加劑通稱為水泥助磨劑。常見水泥助磨劑有液體和粉體（固體）兩種，都能顯著地提高磨機產量，或提高產品質量，或降低粉磨電耗。

在實踐中，助磨劑以用在大型水泥磨機上粉磨水泥效果較好。由于助磨劑價格較高，其對降低電耗，提高產量的作用應與成本的變化比較，最終來確定是否選用。使用水泥助磨劑后，在磨機狀況不改變的條件下可提高磨機產量10%~30%，同時可有效減少過粉磨現象，優(yōu)化水泥顆粒級配；或者維持原磨機產量不變或小幅度增產的條件下，提高水泥粉磨細度及比表面積，使水泥強度提高3MPa~5MPa；并且能大幅度降低粉磨過程中形成的靜電吸附包球現象及超細顆粒的再次聚結趨勢，進而顯著改善水泥流動性，提高磨機的研磨效果和選粉機的選粉效率，從而降低粉磨能耗。使用助磨劑生產的水泥具有較低的壓實聚結趨勢，有利于水泥的裝卸，并可減少水泥庫的掛壁現象。作為一種化學添加劑，助磨劑能改善水泥顆粒分布并激發(fā)水化動力，有利于提高水泥早期和后期強度。

在閉路粉磨系統(tǒng)中使用助磨劑，要注意將出磨細度（篩余）控制在正常范圍內，避免出磨篩余值逐漸增大的現象發(fā)生，否則，不僅磨機產量會降低，而且還會引起循環(huán)負荷率增加，磨尾提升機過載、堵塞，造成停產事故。

10　加強磨機系統(tǒng)的運行管理

a)加強操作人員的技能水平和業(yè)務素質的培訓教育，提高設備操作、檢修和維護保養(yǎng)的精細化管理水平，保障磨機系統(tǒng)設備的連運、穩(wěn)產，也是節(jié)能降耗的重要途徑；

b)在一定范圍內，磨機實際功率隨著產量的增大而增大，由于磨機中存料與磨機自重相比，所占比例相對較小，磨機電流在完全無料空載時和滿載工況下相差不到10％，所以正常運行時，給料量的增加并不明顯地增大磨機電耗，因此，磨機應盡量在滿負荷（最大給料量）情況下運行；

c)適時加裝鋼球，鋼球在磨機運行中會逐漸磨損，導致產量降低，為了保證磨機產量，一是要采用耐磨性好的鋼球，二是必須適時地補充鋼球。但補球時，一定要注意到粉磨過程中不同規(guī)格的鋼球磨損尺寸并不一致，例如通過實驗測試得出：當Φ90mm的鋼球磨損至Φ80mm時，同時Φ80mm的鋼球變?yōu)?Phi;71.11mm；Φ70mm的鋼球磨損至Φ63.20mm時，Φ60mm的鋼球已變成為Φ56.20mm。顯然，若定期只補Φ90mm的大球，則磨內研磨體級配會漸漸發(fā)生變化，平均球徑會有變大的趨勢。

綜上所述，水泥廠球磨機節(jié)電工作是一項較復雜的系統(tǒng)工程，做好該項工作勢必要求水泥企業(yè)要提高綜合管理水平及專業(yè)技術水平，并不斷跟蹤行業(yè)節(jié)電技術的新進 展，才能實現良好的經濟與社會效益。

來源：山西晉牌水泥集團有限公司

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