水泥工业先进粉磨技术(译)

水泥工业先进粉磨技术原刊于ZKG INTERNATIONAL 2003年第3期《水泥－石灰－石膏》集团公司海外事业部翻译概要由于像立磨这样的现代节能粉磨工艺的使用，球磨在水泥工业中的重要性已经开始下降。

尤其是联合粉磨工艺的使用使得现有使用球磨的粉磨工艺效率得到了很大的提高，但是工厂的结构却愈显复杂。

目前很多新建工厂更青睐于单级粉磨工艺。

以下说明阐述了基于不同目的下的市场倾向，并讨论了不同工艺的市场份额。

1. 简介生料，煤和水泥熟料的粉磨车间可以占据水泥工厂电耗的60-75%，目前基本在95至110kWh/t之间。

近100年来具有相对较低效率的球磨主宰了水泥工业的粉磨技术。

30年代，随着用于粉磨原料和熟料的立磨的问世，优于球磨的高效率粉磨工艺得到了首次使用。

起初立磨通常仅用于粉磨生料和煤。

随后在80年代高压粉磨辊磨（辊压机）问世，起初是与球磨机共同运行的，有时可使熟料粉磨的能量消耗减少50%，同时也提高了球磨机产量。

在80年代末期，通过立磨配置在球磨机上游被作为“预粉磨设备”的也获得了相同的结果。

联合工艺意味着球磨机获得了新生，但同时粉磨工艺也变得复杂起来。

随着90年代初期水平辊磨（筒辊磨）的问世，大大地提高了单级粉磨工艺的重要性。

多年来，水泥工业产生了许多现代粉磨工艺，有关他们的工艺技术以及市场份额将在下面给予说明。

2. 现代粉磨工艺水泥工厂中所使用的四种基本原料：生料，煤，熟料和矿渣，必须粉磨到不同的要求细度。

产量，原料的易磨性，进料粒度和湿度通常相差很大，因而相应使用球磨机，立磨，辊压机和筒辊磨这四种类型的磨机。

图1汇总了2000至2002年间全球新磨机订购情况。

共订购了299台磨机，也就是每年100台，其中166台即56%为立磨，32%为球磨机，8%为辊压机，4%为筒辊磨。

主要针对的是熟料和水泥粉磨，大约占比例的40%，其次为32%的生料粉磨。

图1 2000-2002新磨机订购量2.1 生料粉磨生料需要量大概是所产水泥量的1.7倍。

使用的原料主要是石灰石，但也会使用泥灰岩，粘土，白垩，砂子以及其它原料。

通常差异性很大的几种成份通过粉磨可以成为一种均质的生料。

通常进料湿度在3%至8%之间，但在某些情况下可以高达20%。

进料粒度为100-200mm时，细度要求通常为90um筛孔＜10%至15%的筛余量（200um筛孔＜1-2%的筛余量）。

图2 用于原料粉磨的磨机类型图2中显示的是：目前立磨占所有新型粉磨工艺的百分比是84%，这是由于立磨相对较低的电力消耗，在磨机内可以同时进行粉磨，烘干及分选，以及30-100%的较宽的物料流量控制范围的这些原因。

当石灰石硬度适中并且粉磨筛余量为0.09mm筛孔12%时，可获得小于10kWh/t的单位能量消耗。

球磨机的使用率仍然占到12%，它的使用主要用于较干燥原料或耐磨原料的粉磨。

辊压机几乎专用于提升现有球磨机的产量，其占订单数的1%，还有像占3%的筒辊磨，但他们在原料粉磨中不占有重要地位。

立磨的产量已经可以适应窑生产线日益增长的产量，完全符合“一窑一磨”的原则。

具有4个磨辊（图3）的立磨原则上更适合大于7500tpd的水泥生产线，并且其550t/h的粉磨量也优于具有3个磨辊（图4）的磨机。

原因是，对于产量相同而磨辊数量较少，磨辊直径增加以及因此产生的运动部件质量会上升，并导致磨机内部产生高载荷并在粉磨期间引起震动。

图3：Polysius 的原料粉磨 图4：FLS ATOX 的原料粉磨图5：配有立磨的原料粉磨的流程图图5 显示的是配有立磨的原料粉磨系统的一个现代化的流程图。

现今所有供应商都使用外部机械循环系统来制作磨机。

外部循环量是否相当于喂料量的20%—200%之间，取决于立磨的类型和设计。

循环的物料被送进粉磨盘或者直接送进磨机分级机。

对于需要巨大烘干能力的磨机，设计可使用恰当的物料产生的温度超过600℃的热气体。

通过一个用于窑启动的中间料仓，磨机第一次将生料成品直接供给预热器，所以他们不需要任何下游生料均化仓。

2.2 熟料和水泥粉磨迄今为止建造的用于熟料粉磨的最大的磨机的设计为300t/h成品；产量取决于水泥的细度以及更大细度的降低。

每台磨机的产量经常在100到200t/h，即 ，即在中型熟料生产线也需要几台磨机。

细度的要求取决于需要的水泥质量以及在比表面积在布莱恩3000到4500g/cm2之间；在极少的情况下他们可以更高，比如，火山灰水泥产品。

不仅是细度而且颗粒尺寸分布的范围以及今后水泥的可使用性特征，都在随狭窄颗粒级配分布而需水量增加的过程中起重要作用。

来自球磨和球磨联合粉磨工艺具有较宽颗粒级配分布的水泥都常常优于来自其他粉磨工艺的水泥狭窄颗粒级配分布的水泥。

图6：用于水泥/熟料粉磨的磨机类型图6 显示球磨仍然占新设备中所有磨机的几乎60%，其次是立磨和辊压机，每个占17%，筒辊磨占7%。

在近代，配有高性能选粉机的闭路球磨差不多得到广泛的应用；在与常规开路球磨或者配有常规机械空气分离器的闭路球磨相比较时，他们可以节电10—25%。

在80年代，高压研磨辊压机（图7）被引进来实现更大的节能效果。

在不到15年的时间里，其在水泥部分已售出超过400台。

类似的快速增长被按照“预粉磨”（图8）设计的立磨实现了，其在较短时间内卖出了70台。

然而，在过去，作为高压粉磨辊压机的景气年份的1993/94每年卖出超过40台，像作为预粉磨景气年份的1995/96每年卖出15台。

图7：用于水泥粉磨的洪堡辊压机 图8：用于水泥粉磨的川崎CKP磨图9：联合粉磨工艺的水泥粉磨布置图图9 显示的是一个配有整体高压粉磨辊压机的联合粉磨工厂的布置图。

此类型的系统与球磨机相比较能达到节能40%的效果。

其可以将现有球磨的产量增加100%以上并且球磨机可以按照一个单仓磨机来操作。

在高压粉磨辊压机中粉磨的半成品的比例越大，就越节能。

一些不带球磨的高压粉磨辊压机也用于成品研磨。

除了上述提及的磨机，冲击式磨机有时候也用于增加球磨的产能；粗粒尺寸减小的现象发生在上游冲击磨机中实际上能比在球磨粗粒粉磨仓中获得能效更大。

在90年代初，关于单级粉磨工艺的重要的一步是筒辊磨的引进（图10）。

在最初的大型化问题之后，现在已卖出30台其中19台应用于或者有意用于水泥粉磨。

现在这些磨机运行在130t/h和比表面积在布莱恩3800g/cm2。

与等效球磨相比，筒辊磨和下游高性能选粉机达到的节能总计大约为在3000g/cm2时33%，在4500g/cm2时40%。

产品的可使用性特性与来自球磨的水泥的相同。

图10：用于水泥粉磨的FCB筒辊磨现在数量不停增长的立磨被用于水泥的成品粉磨。

迄今为止，运行的磨机在3200cm2/g 状况下生产CEMⅠ水泥的产量达到160t/h，在4200cm2/g状况下生产CEM Ⅱ水泥的产量是180t/h。

所有立磨的一个优势是使快速改变水泥型号成为可能，这是因为在其变化之后，物料在磨机中停留时间变短，使得质量和产量参数很快地建立起来。

这是以混合粉磨和分别粉磨方式生产不同波特兰复合水泥过程中的关键基础。

图11：不同磨机用于水泥粉磨时详细电耗基准图11显示一个水泥细度的函数，在不同水泥工艺中水泥研磨可能节约的能源。

与球磨相比，，节约能源随着细度的增加成指数增长。

经证明，辊压机最佳，4000 cm2/g 布莱恩可节约能源50%。

立磨节约能源实际上是不受外部材料循环再利用的范围的制约的。

但是，通过增加外部材料再循环以及在喂至颗粒分级器之前的多次研磨能够使立磨获得所需的较大的粒度分布。

2.3 矿渣粉磨通常，粒化高炉矿渣比水泥熟料更细，因为矿渣具有潜在水化性能，和熟料不同，在细度为4 000 cm2/g 布莱恩时，强度进一步增加。

因此，高炉矿渣通常应用的细度为4 200 cm2/g 至 5 600 cm2/g。

根据欧洲水泥标准，高炉渣水泥包含至少20%的熟料，但是，纯矿渣水泥不含熟料，在英美国家也被批准用于混凝土生产。

但是，要求所使用的高级矿渣水泥的细度非常高。

其他问题是高炉矿渣的易磨比熟料更差，比熟料低30-50%，，并且其含水量高达15%。

在过去3年中，用于矿渣研磨（图12）的立磨的市场占有率达到了60%。

这主要是由于其较好的研磨能力以及所使用的磨机能够节能，相对的降低磨损耗（有时候只用5g/t 材料），以及其进行干燥、研磨和在一个设备中分级的能力。

球磨占22%的比率，辊压机占15%，筒辊磨占4%。

辊压机大多用于混合粉磨以减少球磨的高功率消耗。

英美国家主要使用球磨机来研磨，使其细度达到6 000 cm2/g 布莱恩。

但是，在产量为80t/h时，同样可以使用立磨来达到上述结果6 000 cm2/g （图13）。

外部循环量大于研磨生料和熟料，因为在循环再利用的材料中，在主要成分中的铁已经通过鼓式磁力分离器被移除了。

图12：用于矿渣粉磨的磨机类型图13：用于矿渣粉磨的莱歇2+2立磨2.4 煤磨固体燃料，例如，焦炭，无烟煤和干污泥的可磨性有很大的差别。

要求不同的细度，除了褐煤和原煤，这些被用于越来越多的水泥厂来提高经济效益。

不同类型焦炭，其易磨性由低至高相应变化范围为10至110 °HG。

可磨性的增长可以通过使用易磨性较低的材料来发现。

在焦炭和无烟煤为90μm时，产品的细度大约为＜0.5-5 %筛余；一般煤为90μm产品细度＜10-15 %筛余，当两者200μm筛余均应为0%。

煤粉的更精细研磨使来自于排放减少，但是同时，减少了煤磨的输出功率，增加了研磨的单位能耗。

窑生产线的NOx则在90μm筛余每减少2%，粉磨电功率增加了大约1 kWh/t，。

研磨的比电耗取决于所需细度以及易磨性，但是，磨机磨损从本质上取决于煤中石英和硫化铁矿的存在比率。

图14：用于原煤粉磨的磨机类型图14显示只有两种磨机仍然应用于水泥工业中的煤磨。

立磨占86%，球磨占14%。

后者几乎只用于不易磨碎的燃料的研磨。

水泥厂使用立磨进行煤研磨，产量为40t/h，并具有一个明显的向高产量发展以及提高窑能力的趋势。

供给各种不同燃料的立磨必须能够灵活处理不同要求并允许快速转换。

在多数情况下的研磨压力以及在某些情况下的磨盘速度，能够完全自动调节。

3.现代磨机类型以及工艺程序控制3.1磨机类型表1 表明从主供货商的现有工厂的列表中概括出水泥工业中现代磨机类型。

根据销售情况，2000-2002年的数字被分为A-D类别，至少销售13台A类磨机，销售7-12台B类磨机，销售3-6台C类磨机，0-2台D类磨机。

A类需求只有5例；这与史密斯的ATOX磨机以及莱歇公司的LM磨机有关，这两种磨机都可用于生料和煤的研磨；非凡兄弟MPS只用于生料研磨。

史密斯和伯利休斯涵盖了在所有情况下两种不同类型磨机进行生料研磨的整个产品范围。