水泥厂球磨机节电十法

水泥生产中粉磨所需的动力占生产总耗电量的75%左右，而用于粉碎和研磨的理论能量只占磨机耗电量的约 3%，其余大部分能量都做了无用功，均消耗于研磨体之间以及研磨体与衬板之间的碰撞与磨损上，并以声、热、振动等多种形式消耗掉。一般来说，轴承、齿轮等纯机械损失占 12.3%，随产品散失热量占47.6%,从磨机筒体表面散失的辐射热量占 6.4%，空气带走的热量占 31.4%，因此，提高磨机的粉磨效率和用能效率，进而实现磨机节电，二者相辅相成，异曲同工。对大部分水泥企业而言，球磨机系统节电潜力较大，且具有良好的经济效益和社会效益。笔者认为可从以下十个方面入手实现球磨机节电：

1 合理选择磨机及粉磨工艺流程

一般而言，以大磨机取代小磨机，可以增产节电。同时还可以为错峰用电创造条件与可能。按照我省目前峰谷分时电价的政策，高峰时段的电价是低谷电价的 2.48 倍。因此，调整传统的磨机规格选型及配套方式，有着节约电能和降低成本的双重意义。

从水泥厂粉磨工艺而言，目前主要有开路和闭路 2种。前者优点是工艺流程简捷、设备少，操作简单，物料出磨后即为成品。缺点是物料在磨内流速慢，滞留时间长，为保证出磨物料的粒度全部符合要求，其中已磨细的物料也不能及时排出磨机，经常造成过粉磨现象。开路磨系统生产能力相对较低，能耗较高，不可能随时灵活地调整出磨物料的细度。闭路粉磨则加设了选粉设备，可及时地将已磨细的细粉排出磨外，有效地避免了过粉磨现象，并可通过调节选粉机的工作参数灵活调节成品水泥的细度。此外，闭路磨内物料流速加快，各仓的研磨体分别恰当地承担着粉碎或粉磨任务，故产量提高，电耗降低，尤其是对水泥细度要求较高时，其高产低耗的优点更加明显。

可以说，采用闭路粉磨是水泥粉磨工艺的必然趋势。

由于球磨机干法粉磨时的能量利用率仅为 2%~3%，国内外工程技术人员经过多年的科学研究和生产实践，提出了“多破少磨，以破代磨“的预粉碎工艺。原因是，球磨机作为粉磨设备是比较理想的，但作为粉碎或破碎设备，它却是低效率的。将粒度较大的十几毫米甚至数十毫米的物料破碎过程从磨内移至磨外，在专门的粉碎设备中进行，使得入磨物料的粒径缩小到3 mm~5 mm 甚至更小，是提高球磨机生产能力的有效途径。“多破少磨”，即努力减小入磨物料粒度是多年来水泥粉磨作业实践向人们昭示的宝贵经验，因而预粉碎（磨）工艺的应运而生就是十分自然的了。根据粉碎理论，脆性物料从数十毫米破碎至数毫米，其碎裂的本质是内部裂纹的不断产生和扩展，而促使这一过程的外界因素即是以一定的方式对其施加的强大作用力 -粉碎力。通常采用压缩粉碎和冲击粉碎方式，相应的系统有辊压机＋球磨机和冲击粉碎机＋球磨机两种预粉碎（磨）工艺。使磨机的产量大幅度提高，粉磨电耗也明显降低，增产节能效果很好。

1.1 辊压机＋球磨机粉磨工艺。

我国辊压机及挤压粉磨技术经过近 20 年的研究与应用已日趋成熟，尤其是通过工艺系统的深入研究和主机可靠性的提高，辊压机系统运转率已达到球磨机系统的水平，挤压粉磨的高效节能特点更加充分地发挥出来。辊压机采用的是高压料层粉碎原理使物料得以粉碎，属大能量一次性输入方式。为了实现连续性作业，采用一对相向运动的辊子（其中一只固定辊一只活动辊），液压力通过活动辊将楔入两辊之间的物料压实粉碎。辊压机辊子两端设有侧挡板以减少漏料。

由于辊压机具有边缘效应、选择性粉碎等固有缺陷，当其作为预粉碎设备时，一般都配套有分级设备，常见的分级设备有 V 型选粉机和打散分级机。辊压机、分级设备与球磨机共同组成各种挤压粉磨系统，其中以预粉磨、联合粉磨、半终端粉磨三种工艺较为常见，此外还有混合粉磨和辊压机终端粉磨等。

目前应用较多的是由“辊压机 + 分级设备 + 球磨机”组成的挤压联合粉磨系统。该系统可分为：开路挤压联合粉磨和闭路挤压联合粉磨。物料经挤压、打散并分选后，粒径 0.5 mm～2 mm 的细粉先送入球磨机粉磨,开路系统则由球磨机直接粉磨至成品；闭路系统先由球磨机粉磨后送入选粉机选出成品，粗粉再返回磨内继续粉磨。其特点是所有的成品完全通过球磨机再次粉磨完成，产品颗粒分布宽、微粉含量高，因而适合应用于水泥成品粉磨。

据国外资料介绍和国内众多应用实例的统计表明：采用辊压机预粉磨工艺可使原单纯球磨机系统提高产量为 30%～40%，降低电耗约 20%（3 kW·h/t～4 kW·h/t）；而采用挤压联合粉磨工艺则提产幅度可超过 100%，粉磨系统电耗降幅大于 30%（8 kW·h/t～10 kW·h/t），节电效果十分显著。

1.2 冲击式破碎机＋球磨机粉磨工艺。

从 20 世纪 80 年代的细碎颚式破碎机到近年来的各种冲击式细碎机，有力地推动了水泥粉磨工艺的改革和创新。这些细破碎设备大致有如下几种：细颚式破碎机（PEX 型）、立轴反击式破碎机（PFXL 型）、高细锤式破碎机（PCX 型）、立轴锤式细碎机、高效节能破碎机、立式冲击制砂机（第三代制砂机）和涡动冲击破碎机等。它们的平均出料粒度均可达 3 mm 以下，其中立式冲击破碎机的出料平均粒径＜2.5 mm。这些细碎破碎机的共同特点是破碎比大，产品粒度小，金属消耗少，单产电耗低。将细碎机与球磨机串联作为与粉碎设备，可以大幅减小入磨物料粒径，充分发掘球磨机粉磨做功的潜力，一般情况下，该系统可以提高产量 30%～60%，节电 10%～25%，与带辊压机的挤压粉磨系统相比，该系统结构简单，造价低，维护费用少，易于实现。

应该指出的是，无论是辊压机还是上述各种细破碎机，技术上的突出问题是辊面或粉碎工作部件的使用寿命，只有工作部件具有高硬度和高耐磨性，才能保证它们长期有效地工作；否则，较短的使用寿命和更换周期势必影响系统的运转率和生产能力，同时也会增大材料消耗，不利于经济效益的提高。

2 控制合适的入磨物料水分和粒度

物料的水分直接影响着配料的准确性和磨机的产量与电耗。当入磨水分偏大时，在运转过程中易出现糊球、糊衬板、隔仓板篦缝堵塞等现象，甚至出现“饱磨”而被迫停磨处理。一般情况下，入磨物料综合水分每增加 1%，磨机产量会降低 8%~10%；当水分大于 5%时，干法粉磨作业基本上就无法进行。但水分偏低时易出现静电吸附团聚等效应，也影响磨机产量，这也是大型水泥磨机粉磨回转窑熟料时，在磨内喷水的原因之一。

实践证明入磨物料平均水分在 1.0％左右为好。

降低入磨物料粒度，可降低单位产品电耗，据统计，破碎机电能的有效利用率为 30％左右，而球磨机电能有效利用率不足 3％，上述第一节中所述的各种先进粉磨工艺，其重要特点也是为了实现“多破少磨”，减少入磨物料粒度。生产实践证表明，当入磨物料平均粒径从 25 mm 分别降至 5 mm、3 mm、2 mm 时，则磨机产量可分别提高 38%、53%、66%。但入磨物料粒度不宜过小，因随着破碎产品粒度的减少，破碎单位产品所消耗的功率在增加。对于一定的物料而言，进入磨机的粒度存在一个最佳值，在这一点物料的碎、磨综合能耗最低，根据经验，最佳入磨粒度一般为 0.005D（D 为磨机筒体有效内径）。

3 加强磨内通风

当物料水分偏大而磨机通风不良时，磨内水蒸气排放困难，不仅潮湿细粉粘附隔仓板堵塞篦缝，降低了单位时间内物料的通过量及流速，而且研磨体在研磨物料时由于静电原因还会使细粉在衬板工作表面附着形成缓冲垫现象，从而导致研磨体对物料的冲击破碎功能大大减弱。当衬板表层粘附细粉厚度达到 1 mm时，能使研磨体对物料的冲击力减至无料时的 33%，进而导致磨机产量下降，粉磨电耗上升。而加强通风则有利于加快磨内流速，提高磨机产量，且可达到收集细粉的目的，同时因提高产量相应地降低了磨机电耗。但通风量过大将使收尘颗粒增大，从而影响粉磨产品细度，对质量不利，当通风量增大到一定程度时，会使粉磨单位产品电耗增加，实践证明磨机最大产量与粉磨系统最小电耗范围内存在一最佳通风量。闭路粉磨的球磨机，磨内风速应保持在 0.8 m/s~1.2 m/s，而开路粉磨时应控制在 1.2 m/s~1.5 m/s，这样才能适应磨机节能、高产的要求。

4 合理的钢球级配和装载量

合理的钢球装载量对降低电耗有利。磨内研磨体的体积占球磨机筒体有效容积的比值称为填充率。每台磨机在工艺条件相对稳定的情况下，都存在一个最佳的填充率，此时产量最高而电耗又最低。实践证明，每增加 1 t 研磨体，球磨机台时产量约能增加 0.8 t~1.1 t，创造条件增加研磨体装载量是磨机节能高产的有效途径。近年来，随着“轴承磨”的推广，不少企业以滚动轴承代替原来的滑动轴承，研磨体装载量普遍增加了10%~15%，磨机产量明显提高，电耗相应下降。近年来国内外厂商（如马克托公司）开发的新型磨机衬板重量大幅度减轻，也为磨机增加装载量提供了空间。磨机存在一个单位电耗较低的最佳钢球装载量值。具体数值应在粉磨系统最佳装载量和球径配比试验中确定，根据最新生产实践，现磨内填充率由原来传统工艺规范中的 29%～31%已能提高到 36%~40%。

研磨体的级配与入磨物料的粒径、粉磨流程等因素有直接关系，入磨物料粒度如有变化，研磨体的级配则应做相应的调整。当球磨机粉磨系统增加预粉碎工艺后，在维持原装载量不变的情况下，要降低各仓的平均球径。如果入磨物料粒度均齐，则应将大规格钢球捡出；如入磨物料粒度不够均齐，则也应适当减少大球，同时增补相同装载量的小球。

5 改善物料易磨性和喂料均匀性

物料的易磨性又叫易碎性，是物料本身的特性，表示其被粉磨的难易程度。易磨性的大小是用易磨系数来表示的。易磨系数大表示物料容易磨细，小则相反。易磨系数的大小与物料的结构有很大关系，即使同一类物料，它的易磨系数也可能不一样。熟料的易磨性与各矿物组成的含量，以及冷却方式有很大关系，实际上这也是熟料矿物组成和岩相结构对易磨性的影响的反映。实践证明，熟料中硅酸三钙的含量较多、冷却得快，它的质地较脆，易磨系数就大；如果硅酸二钙和铁铝酸四钙含量多，冷却慢，或者因还原气氛而结大块，则这种熟料的韧性大，较致密，易磨系数小，因而难磨。

对刚出炉的熔融高炉矿渣进行急冷处理，可得疏松多孔、颗粒细小的水淬矿渣，易磨系数大，约为1.2~1.3；但是，温度已明显降低才给予水淬的矿渣，就出现结晶颗粒致密，易磨系数比较小，约为 0.7~0.9 之间。

由此可知，选择原料及烧制熟料对磨机产量和电耗有很大影响。为了改善物料易磨性，在可能条件下应尽量选用或生产易磨性大的原料。如生产硅酸三钙含量高且冷却快的熟料。出窑熟料经过一段时间贮存，使熟料块产生一些细微的裂纹，对于改善其易磨性也是一个有效的措施。

均匀喂料是磨机稳产、高产、节电的基础，同时又是保证磨机正常运转的重要因素。生产过程中调整喂料时应均衡、逐渐地进行，以免突然增大或减少，并要根据物料的变化，如粒度、水分、硬度及磨头仓存料的多少等，及时调整操作，不要等到粉磨情况发生显著变化时才采取措施。

6 选用先进的磨内结构

磨内结构是指磨机筒体内的衬板、篦板、隔仓板和进出料装置等。球磨机的机型、直径、长度、转速、内部结构和研磨体选择都应根据物料特性来确定。但对已有设备，由于机型、规格已经确定，可供优化选择的余地有限，除改变物料品种、粒度、水分等控制指标之外，主要是进行磨内结构及研磨体级配的优化，以控制磨内物料流速在适宜范围，达到最佳的粉磨效率和用能效率。

对老式磨机可按物料特性选择带筛分功能的隔仓板和出料篦板。不仅增加了控制料流及平衡各仓粉碎能力的功能，而且具有粗细颗粒的分级作用。磨内可选用双曲面衬板等新型衬板，在轴向和圆周方向均有倾斜曲面，不仅能够增加钢球的横向分级，还能提高钢段、钢球的研磨效率。在较长的仓内安装活化环，能为研磨体创造三维运动条件，强化研磨能力，使钢球与物料更充分接触，从而使研磨体的能量利用率和粉磨效率大幅提高。

磨内物料的破碎能力应与研磨能力相匹配与平衡，其关键在于磨内研磨体的填充率与级配。如今进相机、变频调速器的使用和滚动轴承代替滑动轴承等技术应用，使得磨内填充率由传统实践的 29%~31%提高到 36%~40%，磨机转速也提高了 5%~10%，有的甚至接近临界转速，研磨体装载量也相应增加等，磨机优质、节能、高产，效果明显。

磨内结构改造的范例是近年来兴起的各种开流高细磨。其中江苏科宝公司开发的 KBM 型高细磨具有一定的代表性。

KBM 磨内改造技术是对普通开流水泥磨机进行内部改造，设置选粉装置，细磨仓采用小钢段来实现的。物料从粗磨仓进入细磨仓时，通过选粉装备分选，将粗粉通过扬料装置自动送回粗磨仓，而让细粉通过回料结构顺利进入细磨仓。选粉装置像一台选粉机，它能分离出合格粒度的物料，相当于磨外的选粉机移到磨机内部，从而解决了球仓内的过粉磨现象，提高了粗磨仓的效率。由于进入细磨仓的物料相对较细，在细磨过程中所需要的能量小，对磨细起决定作用不再是冲击力的大小，而是研磨次数大小和研磨表面积的大小。KBM磨内改造采用小钢段的数量是普通钢段的 20 倍，而每吨直径 12×12 钢段的比表面积是直径 30×35 钢段的比表面积的 1.8 倍，对细粉的研磨次数及表面积相应增加，研磨能力大为增强。为了改善远离筒体衬板表面钢段层因不能有效带动而减弱其运动程度所形成的“滞留区”对粉磨效率的影响，进而加强各段层的运动，提高粉磨效率，钢段仓内安装了多道活化衬板。

总之，KBM 磨内改造技术及装备是将高产磨、高细磨、筛分磨技术优化组合在一起，以选粉装置、双层隔仓板、活化衬板、料位调节装置、挡料圈等代替原有的普通隔仓板及球段仓部分衬板；以合理优化的球段级配，代替原有的级配方式；同时根据各厂磨机、物料情况及产量、质量要求，对磨机仓长，选粉装置位置进行优化调整，彻底解决过粉磨现象，最终保证生产出高比表面积和高产量的成品。

使用该技术改造传统磨机后，产量可提高 30%～50%，仅节电一项 4～6 个月即可收回全部投资。同时磨内改造工期较短，一般为 2～4 天。只需在磨进行局部改造和球段级配调整，不需增加任何附属机电设备。

7 合理确定细度目标值

细度目标控制值的表示方法，通常采用 0.08 mm方孔筛筛余和比表面积（m2/kg）2 种。它直接影响生料的活性或水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理化学性能。在实际生产中，无论对于生料还是对于水泥而言，如果确定的粉磨产品细度值偏低，可抵消其它措施的作用，从而制约着磨机产量的提高，对降低电耗不利。虽然一定程度地提高细度目标控制值对降低电耗有利，但须要在满足质量的要求，在保证质量的前提下，选取合理的细度目标值。

在一定的粉磨工艺条件下，出磨细度控制值越小，球磨机的产量越低。以水泥细度控制值取 0.08 mm 方孔筛筛余 10%时的磨机产量为 1，其他细度控制值时的磨机产量见表 1。

因此，在实际生产中，应根据物料的性质（如水分、易磨性，强度等）灵活掌握并及时调整细度指标，使其在满足相关要求的前提下，兼顾磨机的节能降耗。

8 充分挖掘机电设备节电潜力

8.1 匹配相应的进相机可降低电耗

球磨机多用异步电动机，它有两大缺点：一是不能经济调速；二是激磁电流由电网供给，加大了无功功率，使功率因数变小，浪费电力。要提高异步电动机功率因数，补偿无功的最佳节电措施是加装微机控制静止式进相机，功率因数可提高到 0.99。

微机控制静止式进相机是一种用于提高大中型绕线式异步电动机功率因数的新型无功功率补偿设备。它串接于绕线式电机的转子回路，可有效地提高电机的功率因数，减小定子电流，降低电机和电力系统的损耗，节约电能消耗。静止式进相机采用交流变频和微机控制技术开发而成，是取代老旧感应式旋转进相机的新型进相装置，带有自诊断和自修复等智能化技术。具有工作安全可靠，参数调节容易，环境适应性好，使用寿命长，维护方便等特点,可适配 75—3000 kW 的高低压三相绕线式异步电动机。投入进相后可使绕线式电机的功率因数提高到 0.95 以上，降低无功功率 60％，定子电流减少 10％以上，节约铜耗和线损 20%～30%，同时可降低电机温升，提高球磨机的过载能力和电机效率。该机设有过流、过载、过温保护及投入与解除进相的自动转化装置，安装调试及维修保养时不影响正常生产，可长期连续工作。

山西晋牌水泥集团在其水泥磨主电机（2 800 kW）安装了静止式进相机后，电机电流下降了 14.5%，有利于进一步挖掘电机潜力，并使电机温升明显降低。

8.2 机械设备降低电耗的措施

由于磨机是靠电机拖动的机械，不可避免地存在各种各样的传动损耗，降低这些损耗是设备管理的主要目的，首先设备安装时要认真执行相关的技术规范，严格控制安装误差，确保安装精度，减少各种不利的附加载荷造成的能量损耗。同时应保持良好的润滑，减少摩擦损耗。应使润滑油油质清洁，油量充足，油路畅通。另外，由于球磨机通常采用滑动轴承润滑，轴颈与轴瓦

接触角一般为 75°～90°，摩擦力矩较大，近来小接触角（30°～40°），大侧隙的新型刮瓦方式已被成功地运用到生产实践上，我们已知的许多大型磨机均采用以上新方式，降低电耗作用较为明显，其原理在于减小了摩擦力矩，而 Φ2.4 m 以下的小型磨机也可使用滚动轴承代替滑动轴承，因显著降低摩擦阻力而降低磨机能耗，使用滚动轴承代替滑动轴承用在中小型磨机上，其技术已日趋成熟。

9 选用助磨剂

在水泥熟料的粉磨过程中，加入少量的外加物质，能够显著提高粉磨效率或降低能耗，而又不损害水泥性能的这种化学添加剂通称为水泥助磨剂。常见水泥助磨剂有液体和粉体（固体）两种，都能显著地提高磨机产量，或提高产品质量，或降低粉磨电耗。

在实践中，助磨剂以用在大型水泥磨机上粉磨水泥效果较好。由于助磨剂价格较高，其对降低电耗，提高产量的作用应与成本的变化比较，最终来确定是否选用。使用水泥助磨剂后，在磨机状况不改变的条件下可提高磨机产量 10%~30%，同时可有效减少过粉磨现象，优化水泥颗粒级配；或者维持原磨机产量不变或小幅度增产的条件下，提高水泥粉磨细度及比表面积，使水泥强度提高 3 MPa~5 MPa；并且能大幅度降低粉磨过程中形成的静电吸附包球现象及超细颗粒的再次聚结趋势，进而显著改善水泥流动性，提高磨机的研磨效果和选粉机的选粉效率，从而降低粉磨能耗。使用助磨剂生产的水泥具有较低的压实聚结趋势，有利于水泥的装卸，并可减少水泥库的挂壁现象。作为一种化学添加剂，助磨剂能改善水泥颗粒分布并激发水化动力，有利于提高水泥早期和后期强度。

在闭路粉磨系统中使用助磨剂，要注意将出磨细度（筛余）控制在正常范围内，避免出磨筛余值逐渐增大的现象发生，否则，不仅磨机产量会降低，而且还会引起循环负荷率增加，磨尾提升机过载、堵塞，造成停产事故。

10 加强磨机系统的运行管理

a) 加强操作人员的技能水平和业务素质的培训教育，提高设备操作、检修和维护保养的精细化管理水平，保障磨机系统设备的连运、稳产，也是节能降耗的重要途径；

b) 在一定范围内，磨机实际功率随着产量的增大而增大，由于磨机中存料与磨机自重相比，所占比例相对较小，磨机电流在完全无料空载时和满载工况下相差不到 10％，所以正常运行时，给料量的增加并不明显地增大磨机电耗，因此，磨机应尽量在满负荷（最大给料量）情况下运行；

c) 适时加装钢球，钢球在磨机运行中会逐渐磨损，导致产量降低，为了保证磨机产量，一是要采用耐磨性好的钢球，二是必须适时地补充钢球。但补球时，一定要注意到粉磨过程中不同规格的钢球磨损尺寸并不一致，例如通过实验测试得出：当 Φ90 mm 的钢球磨损至 Φ80 mm 时，同时 Φ80 mm 的钢球变为 Φ71.11 mm；Φ70 mm 的钢球磨损至 Φ63.20 mm 时，Φ60 mm 的钢球已变成为 Φ56.20 mm。显然，若定期只补 Φ90 mm的大球，则磨内研磨体级配会渐渐发生变化，平均球径会有变大的趋势。

综上所述，水泥厂球磨机节电工作是一项较复杂的系统工程，做好该项工作势必要求水泥企业要提高综合管理水平及专业技术水平，并不断跟踪行业节电技术的新进展，才能实现良好的经济与社会效益。