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摘要：水泥粉磨系统是水泥生产过程中的重要环节。在保证水泥质量的情况下，最大限度地降低粉磨系统的能耗对于节约能源及提高企业经济效益具有重要的现实意义。本文介绍了目前水泥粉磨设备的选型情况，并提出选用立磨终粉磨系统将成为水泥粉磨的发展趋势。
关键词：水泥粉磨；能效；立磨
中图分类号：TQ172.63文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）06－0042－02
水泥行业是典型的高能耗行业，其能源消耗在建材工业和整个工业部门中占有相当比重。在水泥生产过程中，粉磨设备主要应用于生料制备、煤粉制备和水泥粉末等环节。水泥粉磨电耗指水泥粉磨过程的电力消耗，为从水泥熟料、石膏和各混合材配料库库底开始到水泥入水泥库整个水泥粉磨过程消耗的电量。据有关资料统计，我国水泥厂每生产1 t水泥需要粉磨30种以上各种物料，而粉磨电耗约占水泥生产系统总电耗的65%～70%（生料粉磨系统电耗约占水泥综合电耗的24%，水泥粉磨系统电耗约占水泥综合电耗的24%），粉磨成本占生产总成本的35%左右，粉磨系统维修量占全厂设备维修量的60%。因此，水泥粉磨工艺对水泥生产及企业经济效益影响极大。我国是水泥生产和消费大国，大力降低单位水泥产品粉磨过程中的能耗，对我国节能减排意义重大。
1水泥粉磨能效现状
目前水泥工业粉磨设备的选型主要有三种：管磨机（开路或闭路）粉磨系统、辊压机终粉磨系统、立磨粉磨系统。
1.1管磨机（开路或闭路）粉磨系统
管磨机的粉磨主要是由球（管）磨、选粉机、收尘器等组成的圈流系统。球磨机在水泥粉磨方面具有较高的选用率，主要原因是其研磨出的水泥颗粒形状规则、质量好，缺点是能耗高、占地大。其工作机理是依靠筒体旋转过程，将能量传递给衬板，由衬板提升、抛落研磨体对磨内物料进行冲击破碎、研磨而实现粉碎。这种作用通过研磨体表面传递给物体颗粒使其粉碎，单一物料颗粒的受力是偶然性的，而大量能量消耗在研磨体之间以及研磨体与衬板之间的碰撞和磨损，粉磨效率很低。据Ansel的测定，球磨机粉碎物料的能耗利用率不足3%，因而水泥粉磨节能是国内外长期以来亟待解决的问题。
1.2辊压机终粉磨系统
该系统典型的有由辊压机、打散机、选粉机和收尘器等组成的终粉磨系统，以及由辊压机、球磨机、选粉机和收尘器等组成的联合粉磨系统。辊压机的粉磨机理为料床粉碎，现阶段已由过去的半终粉磨引申过渡到用于水泥制备的终粉磨。辊压机的磨粉效率约为球磨机的1.6～1.8倍，系统节电30%以上。辊压机系统节电水平取决于辊压机消耗功率的大小，辊压机每消耗1 kWh/ t，主机电耗可降低0.8～1 kWh/t。辊压机系统的电耗虽低于管磨机粉磨系统，但采用辊压机粉磨在混凝土制备过程中的工作性能不如管磨机粉磨的水泥好，所制得的水泥成品颗粒形貌呈多角形结构，标准稠度需水量增大。
1.3立磨粉磨系统
立磨系统简单，布局紧凑，占地面积仅为球磨机系统的50 %，且可露天布置，直接降低了企业投资费用。立磨系统的能耗和球磨系统相比节约30%～40%；整个系统震动小、噪声低，且设备整体密封，系统在负压下工作，无粉尘外溢，环境清洁，满足国家环保要求。工作机制改变，磨损减少，机器寿命延长。
立磨作为当前水泥工业粉磨作业中的主导设备，其优点是技术成熟、系统简单、可靠性和运转率高、占地小、能耗低，且随着选粉技术的完善和当料圈、导风环等的改进，其对水泥颗粒组成及各项性能的调控手段和调控精度更为强化。
2提高水泥粉磨能效的措施
2.1采用先进的研磨方式和技术
从当前各类型粉磨系统的发展趋势看，在粉磨系统推行节能降耗，其主要途径包括：在生料粉磨系统中用立磨替代球磨机；在水泥粉磨系统中，特别是年产100万t水泥粉磨站，选用辊压机联合粉磨系统替代球磨机；在煤磨系统中，用立磨替代扫磨。
目前，国外在新装备的水泥厂中，生料几乎都是在立磨中粉磨的，当然也有采用辊压机的。与管磨相比，立磨有很多优点，因为有较好的应力状态，单位电耗比球磨（管磨）要小很多，带外部物料循环系统的立磨电耗更省。从电力使用角度来看，管磨的电耗与物料通过量关系较小，决定因素主要为粉磨介质填充率，而立磨的电耗却与物料通过量成正比，由于电力与物料流量有关，立磨在操作时可以在很大物料流量范围内达到最大电耗。
综合考虑各方面的因素，立磨是水泥生产过程中各种物料粉磨的发展趋势。如果每年有20 %的球磨机由立磨或辊压机联合粉磨系统替代，则可实现7.6亿kWh的节电量，相当于节约标准煤28万t，减排二氧化碳73万t。
2.2选用高效选粉机
圈流粉磨的必要设备是选粉机。选粉机的功能是通过将出磨料中达到一定粒径的颗粒及时选出，减少磨内过粉磨量，从而提高磨机粉磨系统效率。标准的选粉机可能具有较低的分离效率，因为一部分细颗粒也同时被回收并再次研磨，造成磨机的额外耗电量。在高效选粉机中，物料分离更清晰，从而减少了过粉磨。当然，一般来说，选粉机的效率高，系统产量也高。
选粉机主要有离心式选粉机、旋风式选粉机和高效涡流选粉机三种。高效涡流选粉作为第三代选粉机，其选粉效率一般在80%以上，与离心式或旋风式的选粉机相比，它可提高磨机产量15%～40%，节电10%～20%，体积小、重量轻、布置灵活，产品可在300～600 m2/kg的比表面积内任意调节，系统负压操作，无粉尘污染。在闭路水泥粉磨系统中，选粉机的性能好坏、效率高低，对提高产品质量和降低电力消耗具有很大的影响。
2.3改进研磨介质
改良的耐磨材料可以用作研磨介质，尤其是在球磨机中。常见的耐磨材料有料垫、铸石、合金钢板、复合钢板和陶瓷材料等。根据不同部位的磨损性质和工作条件，针对性地选择适宜的耐磨材料和防磨处理。通常根据物料的磨蚀性来选择研磨介质。实践证明，增加研磨介质的表面硬度以及磨机衬里的耐磨性，可以减少磨损，降低能源消耗。
2.4使用水泥助磨剂
水泥助磨剂是一种表面活性较高的添加剂，其作用机理是吸附在水泥颗粒表面，降低物料颗粒表面自由能，防止细颗粒的再聚合，降低了粉磨阻力，提高了细粉颗粒的分散度，使颗粒易碎性得到提高。
加入适量助磨剂可提高磨机台时产量的10%～25%，降低粉磨电耗25%左右。由不同有机物匹配和加工制作出来的优质助磨剂，不但具有助磨作用，而且还具有较好的水泥增强作用，3 d抗压强度可提高3～5 MPa，28 d抗压强度可提高6～10 MPa。一方面，水泥助磨剂的使用能提高水泥磨机的台时产量，从而降低粉磨电耗；另一方面，因水泥助磨剂的增强作用，导致吨水泥熟料的使用量减少，从而减少了因生产熟料而造成的煤电消耗。
3结束语
大幅度地降低能耗，是一项重要而长期的任务，其关键在于提高粉磨效率，降低粉磨作业电耗。当今世界水泥粉磨技术已呈多元化趋势，且粉磨设备也向大型化、低耗高效及自动化方向发展。同时随着国家节能减排工作力度的不断加大，在粉磨工业中用粉磨能效较高的立磨系统部分或全部取代传统球磨机已经成为一种必然趋势。
Exploration on improving cement grinding energy efficiency
Shi Jianhong
Abstract: The cement grinding system is one of important parts in cement production process. In the case that the quality of the cement, it has important practical significance for saving energy and improving company economic benefits to maximize reduction of grinding system. This paper introduces the present cement equipment selection, and points out that the vertical mill finishing system will be the development trend in the cement grinding.
Key words: cement grinding; energy efficiency; vertical mill
关键词：水泥粉磨；能效；立磨
中图分类号：TQ172.63文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）06－0042－02
水泥行业是典型的高能耗行业，其能源消耗在建材工业和整个工业部门中占有相当比重。在水泥生产过程中，粉磨设备主要应用于生料制备、煤粉制备和水泥粉末等环节。水泥粉磨电耗指水泥粉磨过程的电力消耗，为从水泥熟料、石膏和各混合材配料库库底开始到水泥入水泥库整个水泥粉磨过程消耗的电量。据有关资料统计，我国水泥厂每生产1 t水泥需要粉磨30种以上各种物料，而粉磨电耗约占水泥生产系统总电耗的65%～70%（生料粉磨系统电耗约占水泥综合电耗的24%，水泥粉磨系统电耗约占水泥综合电耗的24%），粉磨成本占生产总成本的35%左右，粉磨系统维修量占全厂设备维修量的60%。因此，水泥粉磨工艺对水泥生产及企业经济效益影响极大。我国是水泥生产和消费大国，大力降低单位水泥产品粉磨过程中的能耗，对我国节能减排意义重大。
1水泥粉磨能效现状
目前水泥工业粉磨设备的选型主要有三种：管磨机（开路或闭路）粉磨系统、辊压机终粉磨系统、立磨粉磨系统。
1.1管磨机（开路或闭路）粉磨系统
管磨机的粉磨主要是由球（管）磨、选粉机、收尘器等组成的圈流系统。球磨机在水泥粉磨方面具有较高的选用率，主要原因是其研磨出的水泥颗粒形状规则、质量好，缺点是能耗高、占地大。其工作机理是依靠筒体旋转过程，将能量传递给衬板，由衬板提升、抛落研磨体对磨内物料进行冲击破碎、研磨而实现粉碎。这种作用通过研磨体表面传递给物体颗粒使其粉碎，单一物料颗粒的受力是偶然性的，而大量能量消耗在研磨体之间以及研磨体与衬板之间的碰撞和磨损，粉磨效率很低。据Ansel的测定，球磨机粉碎物料的能耗利用率不足3%，因而水泥粉磨节能是国内外长期以来亟待解决的问题。
1.2辊压机终粉磨系统
该系统典型的有由辊压机、打散机、选粉机和收尘器等组成的终粉磨系统，以及由辊压机、球磨机、选粉机和收尘器等组成的联合粉磨系统。辊压机的粉磨机理为料床粉碎，现阶段已由过去的半终粉磨引申过渡到用于水泥制备的终粉磨。辊压机的磨粉效率约为球磨机的1.6～1.8倍，系统节电30%以上。辊压机系统节电水平取决于辊压机消耗功率的大小，辊压机每消耗1 kWh/ t，主机电耗可降低0.8～1 kWh/t。辊压机系统的电耗虽低于管磨机粉磨系统，但采用辊压机粉磨在混凝土制备过程中的工作性能不如管磨机粉磨的水泥好，所制得的水泥成品颗粒形貌呈多角形结构，标准稠度需水量增大。
1.3立磨粉磨系统
立磨系统简单，布局紧凑，占地面积仅为球磨机系统的50 %，且可露天布置，直接降低了企业投资费用。立磨系统的能耗和球磨系统相比节约30%～40%；整个系统震动小、噪声低，且设备整体密封，系统在负压下工作，无粉尘外溢，环境清洁，满足国家环保要求。工作机制改变，磨损减少，机器寿命延长。
立磨作为当前水泥工业粉磨作业中的主导设备，其优点是技术成熟、系统简单、可靠性和运转率高、占地小、能耗低，且随着选粉技术的完善和当料圈、导风环等的改进，其对水泥颗粒组成及各项性能的调控手段和调控精度更为强化。
2提高水泥粉磨能效的措施
2.1采用先进的研磨方式和技术
从当前各类型粉磨系统的发展趋势看，在粉磨系统推行节能降耗，其主要途径包括：在生料粉磨系统中用立磨替代球磨机；在水泥粉磨系统中，特别是年产100万t水泥粉磨站，选用辊压机联合粉磨系统替代球磨机；在煤磨系统中，用立磨替代扫磨。
目前，国外在新装备的水泥厂中，生料几乎都是在立磨中粉磨的，当然也有采用辊压机的。与管磨相比，立磨有很多优点，因为有较好的应力状态，单位电耗比球磨（管磨）要小很多，带外部物料循环系统的立磨电耗更省。从电力使用角度来看，管磨的电耗与物料通过量关系较小，决定因素主要为粉磨介质填充率，而立磨的电耗却与物料通过量成正比，由于电力与物料流量有关，立磨在操作时可以在很大物料流量范围内达到最大电耗。
综合考虑各方面的因素，立磨是水泥生产过程中各种物料粉磨的发展趋势。如果每年有20 %的球磨机由立磨或辊压机联合粉磨系统替代，则可实现7.6亿kWh的节电量，相当于节约标准煤28万t，减排二氧化碳73万t。
2.2选用高效选粉机
圈流粉磨的必要设备是选粉机。选粉机的功能是通过将出磨料中达到一定粒径的颗粒及时选出，减少磨内过粉磨量，从而提高磨机粉磨系统效率。标准的选粉机可能具有较低的分离效率，因为一部分细颗粒也同时被回收并再次研磨，造成磨机的额外耗电量。在高效选粉机中，物料分离更清晰，从而减少了过粉磨。当然，一般来说，选粉机的效率高，系统产量也高。
选粉机主要有离心式选粉机、旋风式选粉机和高效涡流选粉机三种。高效涡流选粉作为第三代选粉机，其选粉效率一般在80%以上，与离心式或旋风式的选粉机相比，它可提高磨机产量15%～40%，节电10%～20%，体积小、重量轻、布置灵活，产品可在300～600 m2/kg的比表面积内任意调节，系统负压操作，无粉尘污染。在闭路水泥粉磨系统中，选粉机的性能好坏、效率高低，对提高产品质量和降低电力消耗具有很大的影响。
2.3改进研磨介质
改良的耐磨材料可以用作研磨介质，尤其是在球磨机中。常见的耐磨材料有料垫、铸石、合金钢板、复合钢板和陶瓷材料等。根据不同部位的磨损性质和工作条件，针对性地选择适宜的耐磨材料和防磨处理。通常根据物料的磨蚀性来选择研磨介质。实践证明，增加研磨介质的表面硬度以及磨机衬里的耐磨性，可以减少磨损，降低能源消耗。
2.4使用水泥助磨剂
水泥助磨剂是一种表面活性较高的添加剂，其作用机理是吸附在水泥颗粒表面，降低物料颗粒表面自由能，防止细颗粒的再聚合，降低了粉磨阻力，提高了细粉颗粒的分散度，使颗粒易碎性得到提高。
加入适量助磨剂可提高磨机台时产量的10%～25%，降低粉磨电耗25%左右。由不同有机物匹配和加工制作出来的优质助磨剂，不但具有助磨作用，而且还具有较好的水泥增强作用，3 d抗压强度可提高3～5 MPa，28 d抗压强度可提高6～10 MPa。一方面，水泥助磨剂的使用能提高水泥磨机的台时产量，从而降低粉磨电耗；另一方面，因水泥助磨剂的增强作用，导致吨水泥熟料的使用量减少，从而减少了因生产熟料而造成的煤电消耗。
3结束语
大幅度地降低能耗，是一项重要而长期的任务，其关键在于提高粉磨效率，降低粉磨作业电耗。当今世界水泥粉磨技术已呈多元化趋势，且粉磨设备也向大型化、低耗高效及自动化方向发展。同时随着国家节能减排工作力度的不断加大，在粉磨工业中用粉磨能效较高的立磨系统部分或全部取代传统球磨机已经成为一种必然趋势。
Exploration on improving cement grinding energy efficiency
Shi Jianhong
Abstract: The cement grinding system is one of important parts in cement production process. In the case that the quality of the cement, it has important practical significance for saving energy and improving company economic benefits to maximize reduction of grinding system. This paper introduces the present cement equipment selection, and points out that the vertical mill finishing system will be the development trend in the cement grinding.
Key words: cement grinding; energy efficiency; vertical mill