浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力

结合Φ3.2×13.0m水泥磨系统改造方案的对比

浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力王志凌2013年6月

合肥水泥研究设计院中建材（合肥）粉体科技装备有限公司浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力目录一、前言二、系统改造方案介绍三、系统改造方案对比分析

四、结束语浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力一、前言

随着国家主管部门针对水泥行业产能严重过剩，坚决遏制新建项目的实施。所以水泥企业更多的只有依靠内部改造来进一步节能降耗。而且2009年9月中国水泥协会出台了《水泥行业准入条件》（征求意见稿），其中在水泥粉磨生产规模上，明确规定必须达到年产60万吨及以上（包括单线粉磨系统）。目前国内许多中小水泥企业有大量的φ3.2×13.0m球磨机面临着改造，而以往φ3.2×13.0m球磨机的单线粉磨系统即使是加了辊压机预粉碎的基础上，规模最多也只能做到年产50万吨，只有系统运转率在90%以上的的前提下，才能勉强达到年产60万吨的规模。针对这种状况，我们在保留辊压机加球磨机组成开路挤压联合粉磨系统的基础上，通过水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合，提出了诸多全新的工艺方案，下面就这些工艺方案进行详细的阐述和比较，希望结合水泥企业中φ3.2×13.0m水泥磨的改造，在进一步提高产能规模和节能降耗上提供更新的思路，从而达到小磨机也可以做大文章的效果。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力二、系统改造方案介绍1、方案一主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG140-80型辊压机、HFV2000X型气流分级机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到80t/h以上，系统电耗30kW.h/t以下。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力图1.系统工艺流程图：1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.辊压机；8.料饼提升机；9.气流分级机；10.气箱脉冲袋收尘器；11.收尘风机；12.球磨机；13.翻板阀；14.出磨提升机；15.成品斜槽；16.气箱脉冲袋收尘器；17.磨尾排风机；18.手动蝶阀表1.系统技术经济指标:浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表1.系统经济技术指标:序号技术指标单位辊压机+气流分级机+高效筛分磨1水泥品种42.5级普硅水泥2生产规模万吨/年≥603产品比表面积m2/kg≥3504系统产量t/h≥805系统运转率%≥856系统单产电耗kW.h/t≤30（从来料皮带机至成品斜槽）7系统总装机功率kW3100（新增1420）8吨水泥装机功率kW/t

38.759新增占地面积m212×15=18010新增建筑面积m2800浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表1续序号经济指标单位辊压机+气流分级机+高效筛分磨1投资总额万元

8002建筑工程费803设备费6504电气费305安装费406吨水泥基建投资万元/吨

10.0浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力2、方案二主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG150-80型辊压机、HFV2500X型气流分级机、DSM-2500（Ⅱ）下进风选粉机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机和下进风选粉机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到100t/h以上，系统电耗29kW.h/t以下。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力图2.系统工艺流程图：1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.启动棒闸；8.辊压机；9.料饼提升机；10.气流分级机；11.下进风选粉机；12.双翻板锁风卸灰阀；13.气箱脉冲袋收尘器；14.高压排风机；15.球磨机；16.翻板阀；17.出磨提升机；18.成品斜槽；19.气箱脉冲袋收尘器；20.磨尾排风机；21.手动蝶阀浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表2.系统经济技术指标:序号技术指标单位辊压机+气流分级机+下进风选粉机+高效筛分磨1水泥品种42.5级普硅水泥2生产规模万吨/年≥753产品比表面积m2/kg≥3504系统产量t/h≥805系统运转率%≥856系统单产电耗kW.h/t≤28.5（从来料皮带机至成品斜槽）7系统总装机功率kW3820（新增2140）8吨水泥装机功率kW/t

38.209新增占地面积m212×15=18010新增建筑面积m2800浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表2续序号经济指标单位辊压机+气流分级机+下进风选粉机+高效筛分磨1投资总额万元

11402建筑工程费803设备费9804电气费305安装费506吨水泥基建投资万元/吨

11.40浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力3、方案二、三应用实例

方案二的典型实例有曲阜中联水泥有限公司泰安粉磨站（原泰安金鲁城水泥有限公司），江西万年青赣州章贡粉磨站等，共有30多家水泥企业采用了该方案进行改造和新建，都达到或超出了预期的效果，这里就不单独叙述。由于方案三是近期针对Φ3.2×13.0m磨机改造和新建使用最为频繁的工艺系统，所以我们介绍一个典型实例，即南方水泥建德三狮水泥有限公司新建年产100万吨水泥粉磨站，目前该公司在整个南方水泥浙江片区，每次对标结果一直名列前茅，是集团内其他子公司学习的典范。其φ3.2×13.0m水泥挤压联合粉磨系统已于2010年1月份投产，系统具体技术经济指标见以下调试报告。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力

合肥水泥研究设计院HFCG型辊压机

南方水泥建德三狮水泥有限公司HFCG150-100辊压机浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力4、方案三主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG160-140型辊压机、HFV3500X型气流分级机、DSM-3500（Ⅱ）下进风选粉机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机和下进风选粉机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到120t/h以上，系统电耗29kW.h/t以下。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力图3.系统工艺流程图：1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.启动棒闸；8.辊压机；9.料饼提升机；10.气流分级机；11.下进风选粉机；12.双翻板锁风卸灰阀；13.旋风筒；14.翻板阀；15.循环风机；16.气箱脉冲袋收尘器；17.收尘排风机；18.半成品斜槽19.球磨机；20.翻板阀；21.出磨提升机；22.成品斜槽；23.气箱脉冲袋收尘器；24.磨尾排风机；25.电动蝶阀；26.电动蝶阀；27.手动蝶阀浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表3.系统经济技术指标:序号技术指标单位辊压机+气流分级机+下进风选粉机+高效筛分磨1水泥品种42.5级普硅水泥2生产规模万吨/年≥903产品比表面积m2/kg≥3504系统产量t/h≥1205系统运转率%≥856系统单产电耗kW.h/t≤29（从来料皮带机至成品斜槽）7系统总装机功率kW5020（新增3320）8吨水泥装机功率kW/t

40.169新增占地面积m224×15=36010新增建筑面积m21440浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表3续序号经济指标单位辊压机+气流分级机+下进风选粉+高效筛分磨1投资总额万元

16602建筑工程费1503设备费14004电气费405安装费706吨水泥基建投资万元/吨

13.28浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力5、方案四主机设备为合肥水泥研究设计院研制的HFCG180-160型辊压机、HFV4500X型气流分级机、DSM-4500（Ⅱ）下进风选粉机，并且原有φ3.2×13.0m的水泥磨采用合肥水泥研究设计院的技术进行筛分磨改造。其中，辊压机与气流分级机和下进风选粉机构成独立回路，将辊压机挤压出的物料经分级后，大于一定粒径（0.5mm）的物料返回辊压机重新挤压，小于一定粒径的物料作为半成品送入带有特殊磨内筛分装置，开路操作的球磨机继续粉磨至水泥成品，系统产量达到150t/h以上，系统电耗29kW.h/t以下。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力图4.系统工艺流程图：1.皮带机；2.金属探测仪；3.自动带式除铁器；4.来料提升机；5.稳流称重仓；6.棒闸；7.启动棒闸；8.辊压机；9.料饼提升机；10.气流分级机；11.下进风选粉机；12.双翻板锁风卸灰阀；13.旋风筒；14.翻板阀；15.循环风机；16.气箱脉冲袋收尘器；17.收尘排风机；18.半成品斜槽19.球磨机；20.翻板阀；21.出磨提升机；22.成品斜槽；23.气箱脉冲袋收尘器；24.磨尾排风机；25.电动蝶阀；26.电动蝶阀；27.手动蝶阀浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表4.系统经济技术指标:序号技术指标单位辊压机+气流分级机+下进风选粉机+高效筛分磨1水泥品种42.5级普硅水泥2生产规模万吨/年≥1103产品比表面积m2/kg≥3404系统产量t/h≥1505系统运转率%≥856系统单产电耗kW.h/t≤28.5（从来料皮带机至成品斜槽）7系统总装机功率kW6330（新增4650）8吨水泥装机功率kW/t

42.209新增占地面积m230×15=45010新增建筑面积m21800浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表4续序号经济指标单位辊压机+气流分级机+下进风选机+高效筛分磨1投资总额万元

23302建筑工程费1803设备费20004电气费505安装费1006吨水泥基建投资万元/吨

15.53浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力6、方案三、四应用实例使用方案三的企业有湖州市南浔圣船水泥有限公司Ф3.2×13m水泥磨改造项目，福建春驰新丰水泥有限公司Ф3.2×13m水泥磨改造项目，广东湛江国强水泥有限公司新建年产100万吨水泥粉磨站项目等，这些项目目前都在实施阶段，即将投产。使用方案四目前只有广东罗浮山水泥集团惠阳双新水泥公司，其原有一套Ф3.2×13m开路水泥磨系统，生产42.5普通硅酸盐水泥，产量45t/h，细度R0.08<2%,比面积370～390m2/kg，系统电耗为36kWh/t。2012年委托合肥院对其系统进行改造，合肥院采用增加一套HFCG180-160辊压机，装机功率为2×1600kW，与球磨机的装机功率比达到2，设计指标为生产42.5普通硅酸盐水泥，产量>140t/h,细度R0.08<2%,比面积370～390m2/kg，系统电耗<31kWh/t。经过改造于2012年底投入运行，下面是该公司改造前后运行数据对比表:浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力表5.运行数据对比表:水泥品种产量(t/h)水泥细度(R0.08)比表面积(m2/kg)水泥温度(℃)系统电耗(kW.h/t)改造前PO42.5级45＜2370～390120～13036改造后PO42.5级152＜1.5380～40080～9029浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力广东罗浮山水泥集团惠阳双新水泥公司HFCG180-160辊压机浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力1、方案一和方案二对比分析方案一和方案二在工艺流程上的主要区别在于，方案二增加了下进风选粉机，原因在于：（1）方案一中辊压机规格为HFCG140-80，最大处理量为360t/h，系统产量要求80t/h，所以辊压机系统的循环负荷为（360−80）÷80=350%，正是由于该循环负荷较小，故入磨半成品比表面积只有180～200m2/kg，若再增加下进风选粉机，则因为受辊压机处理量所限，很难选出更细的入磨半成品来满足水泥磨80t/h的要求，所以方案一只采用了气流分级机进行一次粗选；方案二则不然，其辊压机规格为HFCG150-100，最大处理量为500t/h，系统产量要求100t/h，所以辊压机系统的循环负荷为（500−100）÷100=400%，该循环负荷较大，这样通过增加下进风选粉机进行二次精选，使入磨半成品比表面积达到200～220m2/kg，同时满足水泥磨100t/h的要求。三、系统改造方案对比分析浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力（2）通过表2和表4可以看出，方案一和方案二的吨水泥装机功率分别为38.75kW/t和38.20kW/t，差别不大，但方案一和方案二的系统产量差20t/h，所以方案二比方案一更省电，系统单产电耗至少差1～2kW.h/t。（3）方案二采用的气流分级机+下进风转子式选粉机，有效地提高了辊压机系统的分级效率，不仅使系统电耗进一步降低，同时改善了喂入辊压机物料层。（4）通过以上对比可以得出，尽管方案二比方案一的系统投资更高，但方案二的年产量可以多15万吨，而且系统能耗更低，可以进一步避峰利用低谷电进行生产，调节手段更灵活。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力2、方案三、四和方案一、二的对比分析方案三和方案四在工艺流程上的基本一致，只是系统设备规格有所不同，相对于前两个方案，有以下区别：（1）方案一、二都是把收尘器主要做为生产设备用来收集入磨的半成品，而方案三、四则是采用旋风筒来收集入磨的半成品。由于方案一、二系统设备规格相对较小，设备造价更低，为了使系统工艺更简单，故采用一级收尘的方式来收集入磨的半成品，这样系统风机几乎没有大的磨损，但对收尘器的滤袋寿命要求提高。而方案三、四系统设备规格相对较大，设备造价更高，为了降低系统投资，故采用二级收尘的方式来收集入磨的半成品，这样对系统循环风机叶轮的寿命要求提高。（2）方案三和方案四由于系统产量大幅度提高，使物料带走球磨机内部的热量成倍地增加，从而降低水泥温度，从表5显示可以降低20-40℃。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力（3）方案三中辊压机规格为HFCG160-140，最大处理量为780t/h，系统产量要求120t/h，所以辊压机系统的循环负荷为550%，其入磨半成品比表面积为220～250m2/kg；方案四中辊压机规格为HFCG180-160，最大处理量为1050t/h，系统产量要求150t/h，所以辊压机系统的循环负荷为600%，其入磨半成品比表面积达到250～280m2/kg，正是由于循环负荷进一步加大，所以这两个方案都采用了下进风选粉机进行二次精选，增加入磨半成品的比表面积，为水泥磨产量的大幅度提高打下良好的基础。（4）方案三和方案四进一步充实并完善了料层粉碎论，使这一先进的粉碎理论和辊压机等基于料层粉碎理论存在的高效粉碎设备节能潜能得以更加充分地发挥。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力3、四种方案综合对比分析分类比较内容方案一方案二方案三方案四系统主机设备辊压机HFCG140-80HFCG150-100HFCG160-140HFCG180-160处理量250～360t/h410～500t/h670～780t/h930～1050t/h装机功率2×500kW2×710kW2×1120kW2×1600kW气流分级机HFV2000XHFV2500XHFV3500XHFV5500X下进风选粉机DSM-2500(Ⅱ)DSM-3500(Ⅱ)DSM-4500(Ⅱ)球磨机Ф3.2×13.0mФ3.2×13.0mФ3.2×13.0mФ3.2×13.0m表6.技术参数综合对比表:浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力分类比较内容方案一方案二方案三方案四产能指标

系统产量80～90t/h100～110t/h120～130t/h150～160t/h生产规模60～70万吨/年75～85万吨/年90～100万吨/年110～120万吨/年质量指标

半成品比表面积180～200m2/kg220～220m2/kg220～250m2/kg250～280m2/kg成品比表面积350m2/kg350m2/kg350m2/kg350m2/kg循环负荷

辊压机系统（360−80）÷80=350%（500−100）÷100=400%（780−120）÷120=550%（1050−150）÷150=600%表6续浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力分类比较内容方案一方案二方案三方案四系统装机及装机功率比

系统总装机

3100kW

3820kW5020kW

6330kW改造后新增

1420kW2140kWkW33204650kW辊压机与球磨机装机功率比

2×500÷1600=0.6252×710÷1600=0.88752×1120÷1600=1.42×1600÷1600=2.0系统分布电耗辊压机单产电耗2×500×0.6÷80=7.5kW.h/t2×710×0.6÷80=8.52kW.h/t2×1120×0.6÷120=11.2kW.h/t2×1600×0.6÷150=12.8kW.h/t球磨机单产电耗1600×0.9÷80=18.0kW.h/t1600×0.9÷100=14.4kW.h/t1600×0.9÷120=12.0kW.h/t1600×0.9÷150=9.6kW.h/t系统辅机单产电耗

4.5kW.h/t5.58kW.h/t5.8kW.h/t6.1kW.h/t系统电耗30kW.h/t28.5kW.h/t29kW.h/t28.5kW.h/表6续浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力分类比较内容方案一方案二方案三方案四总平面指标新增占地面积

12×15=180m212×15=180m224×15=360m230×15=450m2新增建筑面积800m2800m21440m21800m2系统经济指标系统总投资800万元1140万元1660万元2330万元建筑工程费80万元80万元150万元180万元设备费650万元980万元1400万元2000万元电气费30万元30万元40万元50万元安装费40万元50万元70万元100万元吨水泥指标吨水泥基建投资10.00万元/吨11.40万元/吨13.28万元/吨15.53万元/吨吨水泥装机功率38.75kW/h38.20kW/h40.16kW/h42.20kW/h表6续浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力分析结果：（1）从表6中我们可以看出，从方案一到方案四，随着辊压机规格的不断加大，辊压机与球磨机的装机功率比持续增加，一般装机功率比大于1时，我们称之为“大辊压机配小球磨机联合粉磨系统”，所以方案三和方案四就属于此类型，它们都是粉磨工艺与设备选型优化组合的产物，而且都具备良好的节能潜力。（2）从表6中我们还可以看出，结合Ф3.2×13.0m磨机的改造，针对年产60～80万吨的规模，可以考虑方案一和方案二，但在资金充裕的前提下，方案二应该作为首选方案；针对年产100万吨左右的规模，可以考虑方案三和方案四，同样在资金充裕的前提下，方案四应该作为优先方案；另外由于方案三、四的系统产能较大，在有峰谷电价的地区，可以完全用谷电生产，取得更好的经济效益，所以别看Ф3.2×13.0m磨机规格不大，但通过“大辊压机小球磨机联合粉磨系统”的理念，仍然可以大有作为。浅谈水泥粉磨工艺与设备选型的优化组合及其节能潜力（3）通常在水泥挤压联合粉磨系统中，球磨机的功耗一般为15～20kWh/t左右，辊压机对物料有效功