大型生料球磨機(jī)效能低問題及其對(duì)策

　　近幾年來，我國(guó)水泥企業(yè)發(fā)展速度較快，特別是新型干法水泥生產(chǎn)線的建設(shè)更是突飛猛進(jìn)。在生料粉磨方面，日產(chǎn)4000噸以上新型干法生產(chǎn)線多采用立磨，立磨的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、電耗低，缺點(diǎn)是投資大、運(yùn)轉(zhuǎn)率低、維修難度大；而日產(chǎn)2500噸以下的新型干法生產(chǎn)線多采用球磨機(jī)，例如日產(chǎn)1000噸生產(chǎn)線多選用φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨、日產(chǎn)2500噸生產(chǎn)線多選用φ4.6×10＋3.5m烘干中卸磨、日產(chǎn)3000噸生產(chǎn)線多選用φ5.0×10.5m風(fēng)掃烘干磨生料球磨，球磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是投資省、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、維修簡(jiǎn)單，因此受到眾多水泥企業(yè)的青睞，但其缺點(diǎn)是產(chǎn)量低，電耗高。球磨機(jī)從10年前國(guó)內(nèi)普遍用φ2.2m或φ2.4m發(fā)展到目前普遍用φ4.2m或φ4.6m以及φ5.0m大型球磨機(jī)，其規(guī)格越來越大型化了。生料球磨機(jī)向大型化發(fā)展的目的一則為工藝布局便利，二則為提高粉磨效率，降低單產(chǎn)電耗。然現(xiàn)實(shí)結(jié)果卻是粉磨效率隨著磨機(jī)大型化反而降低了，噸生料綜合電耗最高竟達(dá)29-30度，幾乎高于優(yōu)秀小磨機(jī)的一倍，這無疑影響了相關(guān)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮并與設(shè)計(jì)者初衷大相徑庭。

1、生料磨機(jī)的調(diào)查數(shù)據(jù)

1.1 φ5.0×10.5m 球磨機(jī)                                              

表1

企業(yè)名稱	破碎系統(tǒng)		磨機(jī)系統(tǒng)		臺(tái)時(shí)產(chǎn)量（ｔ／ｈ）	綜合電耗（kwh/t）
	破碎機(jī)型號(hào)	功率	磨機(jī)型號(hào)	功率
BJBZ	TPC20.22	800kw	φ5.0×10.5m		195	29.6
四會(huì)駿馬	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

1.3 φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨                                            表3                                                                        

1.4 φ2.2m或φ2.4m球磨機(jī)                                           表4                                                                         

1.5 φ2.2m或φ2.4m球磨機(jī)＋細(xì)碎機(jī)                                     表5                                                                          

2、生料磨機(jī)綜合電耗比較

2.1 生料磨機(jī)綜合電耗趨勢(shì)圖

 

2.2 綜合電耗比較單位：                             kwh/t              表6

生產(chǎn)線規(guī)格	3000噸/日	2500噸/日	1000噸/日	8.8萬噸/年	10萬噸/年
磨機(jī)規(guī)格  項(xiàng)目	φ5.0m	φ4.6m	φ3.8m	φ2.2m 或φ2.4m	φ2.2m或φ2.4m ＋細(xì)碎機(jī)
平均綜合電耗（kwh/t）	28.9	26.18	25.67	19.53+2.5*	16.52+2.5*
與φ2.2m或φ2.4m＋細(xì)碎機(jī)比較多耗電能 （kwh/t）	9.88	+7.16	+6.65	+3.01	+0
	151.94%	137.64%	134.96%	115.82%	100%
折合熟料多耗電（kwh/t）	15.3	11.1	10.3	5.12	0
每噸熟料多耗電折合金額（元/t）	9.18	6.9	6.18	3.07	0
全年多消耗電（萬元/年）	908.8	549.5	203.9	27.6	/

^*注：為了便于比較，“+2.5 kwh/t”為烘干用電調(diào)整量。

3、 經(jīng)濟(jì)效益比較

3.1 以1000噸/日新型干法生產(chǎn)線生料磨機(jī)φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨與φ2.2m生料磨或φ2.4m球磨機(jī)＋細(xì)碎機(jī)系統(tǒng)比較，前者比后者每噸生料多耗電6.65度，每度電按0.6元計(jì)算，則每噸生料成本增加3.99元，每天需要生料約1600噸，則每天增加成本約0.638萬元，每年按300天生產(chǎn)，則每年因此增加成本203.9萬元。

3.2 以2500噸/日新型干法生產(chǎn)線生料磨機(jī)φ4.6×10＋3.5m中卸烘干磨與φ2.2m生料磨或φ2.4m球磨機(jī)＋細(xì)碎機(jī)系統(tǒng)比較，前者比后者每噸生料多耗電7.16度，每度電按0.6元計(jì)算，則每噸生料成本增加4.296元，每天需要生料約4000噸，則每天增加生產(chǎn)成本約1.72萬元，每年按300天生產(chǎn)，則每年因此增加成本549.5萬元。

3.3 而以配備了φ5.0m磨機(jī)的3000噸/日生產(chǎn)線與φ2.2＋細(xì)碎機(jī)相比一噸生料粉耗電竟高出近10度，一噸熟料多耗電15度，僅此一項(xiàng)一年竟多消耗908.8萬元，這簡(jiǎn)直是匪夷所思。

通過上述數(shù)據(jù)的分析比較可以看出大型生料磨機(jī)與小型生料磨機(jī)相比，其效能低，綜合電耗高，生產(chǎn)成本高，這是大型生料磨機(jī)普遍存在的嚴(yán)重問題，在能源日益緊張（特別是煤炭資源相對(duì)緊張的省份）的今天，應(yīng)當(dāng)引起我們的高度重視！

二、 原因分析

1、大型球磨機(jī)生產(chǎn)效能的發(fā)揮受到隔倉板通料能力束縛

   根據(jù)托瓦洛夫公式，磨機(jī)產(chǎn)量為：Q=q·N₀≈0.184D_iV_inφ(6.16-5.75φ)·q

   當(dāng)物料特性、磨機(jī)填充率及磨機(jī)長(zhǎng)徑比確定后，以上公式可簡(jiǎn)化為：

                       Q= k ₁d_i^3.5(k₁——常數(shù))

　　即磨機(jī)產(chǎn)量Q與磨機(jī)直徑D_I的3.5次方成正比。

   磨機(jī)隔倉板的通料能力取決于隔倉板（篦縫）的面積S，S= πD_i²，這樣，單位面積隔倉板需要的通料量：Q₂=Q/S= k ₂D_i^1.5（k ₂——常數(shù)）

     上式表明：?jiǎn)挝幻娣e隔倉板的通料能力與磨機(jī)直徑的1.5次方成正比，隨著磨機(jī)直徑的增大，隔倉板通料能力嚴(yán)重束縛了磨機(jī)產(chǎn)量的增加，這正是影響大型球磨機(jī)生產(chǎn)效能發(fā)揮的重要因素之一。

2、大型球磨機(jī)單位時(shí)間做功頻率低。

　　眾所周知，小型球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速比大型球磨機(jī)要高，例如：φ2.2m球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為22r/min,而φ4.6×10＋3.5m中卸烘干磨的轉(zhuǎn)速為15r/min，就單個(gè)鋼球而言，φ2.2m球磨機(jī)的鋼球每分鐘可沖擊物料22次，而φ4.6m磨機(jī)的鋼球每分鐘只能沖擊物料15次，所以，小型球磨機(jī)的鋼球比大型球磨機(jī)的鋼球每分鐘作功次數(shù)多，效率高。

3、磨機(jī)直徑越大研磨體滯留帶的不利影響越大

    球磨機(jī)內(nèi)的研磨體必須產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)才能對(duì)物料進(jìn)行沖擊與研磨，沖擊與研磨的能量主要由襯板提帶研磨體所獲得。襯板將運(yùn)動(dòng)傳遞給緊靠襯板的第一層研磨體，該層研磨體在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)再將運(yùn)動(dòng)傳遞給第二層研磨體。研磨體依此向縱深傳遞運(yùn)動(dòng)的過程中，必然會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，傳遞的速度將一層層地減弱下去。如果研磨體的層數(shù)非常多，在磨內(nèi)必然存在一部分研磨體無法獲得能量而處于相對(duì)靜止不動(dòng)的狀態(tài)，這部分研磨體即形成滯留帶。國(guó)外專家的研究認(rèn)為，當(dāng)球徑小于磨機(jī)直徑的1/80時(shí)，磨內(nèi)將形成滯留帶。因此，磨機(jī)直徑越大研磨體滯留帶的不利影響越大。

4、入磨物料粒度太大且粒徑分布過寬

新型干法水泥廠在石灰石破碎系統(tǒng)一般選用單段（反擊）錘式破碎機(jī)，其理想出料粒度指標(biāo)為90%≤25mm（這是老的《工藝管理規(guī)程》的基本要求），但錘頭磨損到中、后期，其出料粒度會(huì)大大增加，有的達(dá)到40mm甚至50mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于φ4.6m球磨機(jī)的最佳經(jīng)濟(jì)入料粒度15mm（詳見內(nèi)部資料《磨外預(yù)粉碎的幾個(gè)共性問題》），同時(shí)入磨物料粒度從0～40mm甚至50mm分布太寬、級(jí)差太大，而磨內(nèi)研磨體級(jí)配無法綜合兼顧，細(xì)碎粗磨、細(xì)磨的能力難以平衡，進(jìn)一步影響磨機(jī)效能的發(fā)揮。因此，粉磨效率低，電耗高。盡管說大型球磨機(jī)對(duì)研磨體的提升高度大、對(duì)入磨物料的沖擊力大，但是，就破碎來講，破碎機(jī)的電能利用率比球磨機(jī)要高數(shù)十倍早已有定論。

5、“過粉磨”問題 

由于輸送設(shè)備和分級(jí)設(shè)備的制約，大型生料磨機(jī)的循環(huán)負(fù)荷率未必達(dá)到最佳值，因而“過粉磨”現(xiàn)象必然存在。

三、 對(duì)策及實(shí)例分析

1.1 對(duì)新上新型水泥生產(chǎn)線生料磨盡量采用節(jié)能效果明顯的立磨；

1.2 對(duì)現(xiàn)有大型生料球磨機(jī)的使用廠家，要盡快選用大型細(xì)碎機(jī)把主要原料——石灰石進(jìn)行充分細(xì)碎。

2、實(shí)例分析

2.1 浙江兆山新星集團(tuán)公司

浙江兆山新星水泥集團(tuán)第一條新型干法生產(chǎn)線是一條日產(chǎn)1000t/d熟料新型干法生產(chǎn)線，其石灰石破碎系統(tǒng)采用的是一臺(tái)PCF1616破碎機(jī)，生料制備系統(tǒng)采用的是一臺(tái)φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨。自2001年9月18日投產(chǎn)以來，磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量一直徘徊在80噸左右，不能滿足窯系統(tǒng)的需求，嚴(yán)重制約公司經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升，有時(shí)影響到公司的生產(chǎn)的順利進(jìn)行，針對(duì)這種狀況，公司決定對(duì)生料磨系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

改造方案是在保持原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，（2004年5月）在生料磨入磨前增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)，即在磨機(jī)入磨前增設(shè)一臺(tái)鄭州鼎盛公司制造的PCF200細(xì)碎機(jī)，增加一臺(tái)入磨提升機(jī)，總增加裝機(jī)功率250KW。

A 增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)前后部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比表

B 數(shù)據(jù)分析

a.磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量大幅度提高。增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)后，磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量明顯提高，在未增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)前的2004年3月份平均臺(tái)時(shí)產(chǎn)量?jī)H有79.6t/h，比設(shè)計(jì)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量85t/h低5.4t/h，而增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)后的2004年7月份磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量平均達(dá)到92.36t/h，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高12.76t/h，增產(chǎn)幅度為16.03%。

b.生料粉磨單位電耗大幅度降低。增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)前，生料磨機(jī)單位電耗為25.51kwh/t，增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)后，生料粉磨單位電耗為22.64kwh/t，降低單位電耗為2.87kwh/t，降低幅度為11.25%。

C 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估   

生料磨采用預(yù)破碎系統(tǒng)后，不但提高了生料磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，滿足了窯熟料煅燒的需要，而且直接降低了生產(chǎn)單位電耗，按每生產(chǎn)一噸生料節(jié)約電2.87度，每度電0.6元計(jì)算，每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約電費(fèi)1.722元，扣除增加細(xì)碎機(jī)后每噸耐磨件材料消耗0.3元/噸，每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約成本為1.422元，按年產(chǎn)熟料30萬噸，需耗用48萬噸生料粉，則按此計(jì)算一年可節(jié)約電費(fèi)68.26萬元。

2.2廣東四會(huì)駿馬公司

　　廣東四會(huì)市駿馬水泥有限公司原有4條機(jī)立窯生產(chǎn)線，其石灰石破碎系統(tǒng)原采用兩條φ600×900鄂破＋細(xì)鄂破+錘破三級(jí)破碎生產(chǎn)線，因破碎粒度不理想，磨機(jī)產(chǎn)量低，難以滿足窯的需求，后將其中一條線的二級(jí)三級(jí)破碎拿掉，改用鄭州鼎盛公司生產(chǎn)的PCF100細(xì)碎機(jī)，φ2.2×6.5m生料磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到30t/h,增產(chǎn)幅度高達(dá)25%。然后立即將另一條生產(chǎn)線作了同樣改造，也去得了令人滿意的效果。嘗到甜頭后，該公司立即對(duì)水泥磨進(jìn)行改造，在磨前增設(shè)2臺(tái)PCF70細(xì)碎機(jī)，4臺(tái)φ2.2×6.5m水泥磨產(chǎn)量均達(dá)到19t/h， 增產(chǎn)節(jié)能效果非常明顯。經(jīng)過幾次合作，該公司對(duì)設(shè)備廠家的售后服務(wù)也十分滿意。因此，當(dāng)該公司新建3000t/日新型干法生產(chǎn)線時(shí)，業(yè)主特別指定所有破碎設(shè)備全部選用鄭州鼎盛公司的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)單位因從未設(shè)計(jì)如此巨大細(xì)碎機(jī)而與業(yè)主產(chǎn)生意見分歧，最后在業(yè)主強(qiáng)烈堅(jiān)持要求下，最終與業(yè)主和鄭州鼎盛公司達(dá)成一致，分別選用了鄭州鼎盛公司的1臺(tái)DLPC2022B單段破碎機(jī)破碎石灰石、2臺(tái)PCF300高效細(xì)碎機(jī)用于生料磨和水泥磨前，1臺(tái)DPX90單段細(xì)碎機(jī)用于石膏與混合材破碎。

該公司新建3000t/日新型干法生產(chǎn)線生料制備系統(tǒng)的工藝流程

A φ5.0×10.5m風(fēng)掃烘干磨使用細(xì)碎機(jī)與不使用細(xì)碎機(jī)  臺(tái)時(shí)、電耗比較表

B 數(shù)據(jù)分析

a 磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量大幅度提高。使用細(xì)碎機(jī)后，磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量明顯提高，由不使用細(xì)碎機(jī)時(shí)的209.0t/h，提高到266.7t/h，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高57.7t/h，增產(chǎn)幅度為27.61%。

b 生料粉磨單位電耗大幅度降低。不使用細(xì)碎機(jī)時(shí)，生料磨機(jī)單位電耗為28.2kwh/t，使用細(xì)碎機(jī)后，生料粉磨單位電耗為24.41kwh/t，降低單位電耗為3.79kwh/t，降低幅度為   13.44%。

C 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

生料磨采用細(xì)碎機(jī)后，不但提高了生料磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，而且直接降低了生產(chǎn)單位電耗，按每生產(chǎn)生料節(jié)約電3.79kwh/t，每度電0.6元計(jì)算，每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約電費(fèi)2.274元，扣除增加細(xì)碎機(jī)后每噸耐磨件材料消耗0.3元/噸，每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約成本為1.974   元，按年產(chǎn)熟料100萬噸，需耗用155萬噸生料粉，則按此計(jì)算一年可節(jié)約電費(fèi)305.97萬元，該項(xiàng)目總投資僅節(jié)電一項(xiàng)不足半年即可全部收回。

四、 結(jié)論

1、大型球磨機(jī)生產(chǎn)效能的發(fā)揮受到隔倉板通料能力束縛，磨機(jī)直徑越大，該問題越嚴(yán)重。

2、大型球磨機(jī)轉(zhuǎn)速低，單個(gè)鋼球單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)少，造成做功密度不足，粉磨效率低。

3、磨機(jī)直徑越大研磨體滯留帶的不利影響越大。

4、不可片面理解“大型球磨機(jī)帶球高度大粗碎能力強(qiáng)”，就破碎來講，破碎機(jī)的電能利用率高比球磨機(jī)高數(shù)十倍，必須重視入磨物料的粒度，并嚴(yán)格控制其級(jí)差。

5、選用大型細(xì)碎機(jī)，將入磨物料粒度降至“最佳經(jīng)濟(jì)入磨粒度”，并嚴(yán)格控制少量大顆粒入磨物料存在，是提高大型生料球磨機(jī)效能的非常有效措施之一。