大型生料球磨机效能低问题及其对策
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） | ||
|
破碎机型号 |
功率 |
磨机型号 |
功率 | |||
|
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） | ||
|
破碎机型号 |
功率 |
磨机型号 |
功率 | |||
|
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） | ||
|
破碎机型号 |
功率 |
磨机型号 |
功率 | |||
|
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） | ||
|
破碎机型号 |
功率 |
磨机型号 |
功率 | |||
|
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 | |||
|
破碎机 |
功率KW |
单耗
KW/t |
球磨机 |
电机
KW | |||
|
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
|
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 |
|
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≈0.184DiVinφ(6.16-5.75φ)·q
磨机隔仓板的通料能力取决于隔仓板（篦缝）的面积S，S= πDi2，这样，单位面积隔仓板需要的通料量：Q2=Q/S= k 2Di1.5（k 2——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。
3、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
1.1 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。
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 | ||||
|
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
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
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
