VPM 预粉磨辊磨及粉磨工艺探析

周烈，张建华



VPM 预粉磨辊磨及粉磨工艺探析

周烈，张建华

VPM辊磨是专为预粉磨而设计的，与辊压机相比，具有更高的粉磨效率与运转可靠性。本文通过分析VPM辊磨与球磨机组成的不同工艺系统，寻找水泥粉磨系统的最佳工艺系统，以达到节能降耗的目的。

VPM预粉碎辊磨；球磨机；粉磨效率

在水泥生产过程中，粉磨电耗（原料粉磨+水泥粉磨）占水泥生产总电耗的65%左右，因此如何降低粉磨电耗是水泥工业节能的关键。而原料辊磨作为原料粉磨设备，其技术及装备水平已经非常完善且被广泛应用于水泥厂，取得了显著的节能效果。目前采用预粉磨技术粉磨水泥是粉磨系统节能降耗的主要措施之一，我公司的VPM辊磨是顺应节能降耗的要求，在吸收日本CKP技术基础上开发出的新型水泥专用预粉磨设备。

1水泥预粉磨及相关问题探讨

目前水泥粉磨系统主要有3种：球磨机系统、辊磨终粉磨系统、预粉碎设备+球磨机的联合粉磨系统。

球磨机系统具有运转率高、水泥颗粒形貌优、产品质量好的特点，但由于其粉磨效率低、系统电耗大、系统产量低，已经不符合节能降耗的要求。

辊磨作为水泥终粉磨设备，虽然粉磨效率高，单位电耗低，但由于其生产的水泥成品的颗粒级配及颗粒形貌的原因，致其需水量大、水泥早期强度发展不利，其产品不受终端用户欢迎。

预粉碎设备+球磨机的联合粉磨工艺综合了前两种粉磨方式的优点，不仅粉磨效率高，而且水泥颗粒特征也得到了明显改善，水泥相关物理性能均较优，水泥粉磨电耗较球磨机系统节约20%以上，目前已经作为主要的水泥粉磨工艺在水泥行业推广应用。

预粉磨设备主要为料床挤压类设备：辊压机和辊磨。

辊压机目前作为预粉磨设备已经在国内大量使用，但由于其采用超高压力（国内辊投影压力：5 000～6 000kN/m2，国外洪堡：8 500～10 000kN/m2）对物料进行一次碾压，使其对机械部件（轴承、液压件、辊面耐磨材料等）的要求苛刻，导致其具有辊面寿命短、设备故障率高、运转率低等缺点，且由于其还有对物料水分要求高、喂料颗粒太敏感、旁路失效、循环率大、动静打散等工作特性，增加了二次耗能。

我公司在吸收日本CKP技术基础上开发了VPM辊磨，由于其采用1 500～2 000kN/m2的辊面投影压力，对物料进行3～4次的挤压与碾磨，与辊压机相比，具有以下优点，见表1。

2 VPM辊磨各种粉磨工艺及其粉磨效率

我们引用粉磨效率η概念来表明VPM磨机的节能降耗效果，其公式为：

W0=Wm+η WP→η=（W0-Wm）/WP（1）

式中：

W0——未用预粉碎设备时球磨机的单位电耗，kWh/t

Wm——应用预粉碎设备时球磨机的单位电耗，kWh/t

WP——预粉碎设备的单位电耗，kWh/t

η——预粉碎设备的粉碎效率。即预粉碎设备每做1kWh功相当于球磨机做ηkWh的功。η越大，粉磨效率越高

η取决于预粉磨设备的型式、相关工艺参数、粉磨流程、在系统中吸收的功率等。据测定，随着预粉磨设备吸收的功耗增加，η值会略有降低。

2.1预粉磨系统

如图1所示，熟料与混合材经VPM辊磨上部溜子进入辊磨，经辊磨粉磨后的物料通过辊磨下料溜子全部进入循环斗式提升机，通过分料挡板，一部分进球磨机，另一部分重新进辊磨。

此工艺主要应用于辊磨与球磨机功率比＜0.4的场合，主要优点是系统简单，设备少，运转率高，系统投资少。采用此工艺，相对于单球磨机系统，系统产量最大可以增加50%以上，单位电耗可下降15%～20%左右。

表2为两家工厂采用此工艺线的运转实绩。经计算，两条生产线辊磨的粉磨效率分别为1.95和2.05，粉磨效率很高。

2.2联合粉磨系统

图1　预粉磨系统

表1　VPM辊磨与辊压机的比较

表2　预粉磨系统运转实绩

如图2所示，熟料、混合材、石膏与经VPM辊磨粉磨后的物料一起，通过循环斗式提升机进入V型选粉机进行分选，＜0.5mm的物料进球磨机粉磨，而粗颗粒返回辊磨重新粉磨。

图2　联合粉磨系统工艺流程图

此工艺运用于VPM辊磨功率与球磨机功率比值＞0.5的场合，该系统主要优点是系统产量高（增产100%以上），单位电耗低。

表3为VPM170在广东JISN的运转实绩（联合粉磨系统）。

我们对广东JYSN水泥厂（图2联合粉磨系统）的VPM出料以及经V型选粉机选粉后旋风筒收集的与收尘器收集的进球磨机的两种物料进行取样，做颗粒级配分析，结果见表4、5。

表3　联合粉磨系统运转实绩

对以上数据进行分析，进球磨机的半成品中，＜34.674μm的颗粒占44.63%，约44t/h。此粒径的颗粒是水泥成品中的主要颗粒，完全可以用选粉机选出，作为水泥成品直接送到水泥库。这样可以减少球磨机负担，减少过粉磨现象，提高球磨机效率。通过对VPM辊磨出口物料分析，VPM出口物料＜0.5mm占66.3%，共有130t/h左右。这部分料如果将＜34.674μm选出33t/h左右（按选粉效率80%计算），＜0.5mm的仍然有100t/h左右，完全有能力提供给球磨机。

另外，虽然辊磨产品的颗粒形貌不及球磨机产品，但比辊压机好，且辊磨可以作为水泥终粉磨使用。为此在球磨机的水泥产品中加入一部分VPM辊磨的成品，不会对水泥质量造成影响，只要严格控制选粉机，可确保这部分成品的粒径和比表面积合格。

根据以上分析，我们认为联合粉磨系统可以较大幅度增加产量、降低电耗。

2.3联合半终粉磨（图3）

表4　VPM辊磨出口物料（VPM磨机通过量：200t/h左右）

表5　V型选粉机选粉后进球磨机的半成品（100t/h）

在我公司承担工艺设计并提供主机设备（VPM辊磨+球磨机）的江苏沭阳沂淮水泥有限公司年产100万吨水泥粉磨生产线中，采用如图3所示的联合半终粉磨系统。该系统于2015年3月投入生产，系统运转稳定、产量高、电耗低。尤其是VPM2400辊磨，加压压力为12MPa，运转功率为1 950～2 000kW（额定功率的95%），振动在0.9～1.5mm/s，辊磨运行平稳、高效。表6为该系统的运转实绩。

表6　联合半终粉磨系统运转实绩

表7　水泥质量对比

表8　辊磨半终粉磨系统与辊压机半终粉磨系统水泥细度及比表面积对比

图3　联合半终粉磨系统工艺流程图

关于水泥质量，我们与该厂老生产线（ϕ3.2m 13m开流磨系统）所生产的水泥进行对比，结果见表7。

水泥质量相对于球磨机开流系统没有降低，相反，在熟料少使用2%的情况下，3d强度反而提高了2.5MPa，这主要是因为水泥比表面积比老线提高300cm2/g。

同时，在辊压机联合半终粉磨系统中出现水泥标准稠度需水量大幅度提高的现象（基本上＞29%），在此系统中没有出现，反而比老线降低了0.6%（27.8%→27.2%）。这主要是出辊磨的细粉以块状和棱柱状居多，而出辊压机细粉颗粒以片状和条状居多，辊磨细粉的颗粒形貌更好，出辊磨的细粉比出辊压机的成品更适合做水泥成品［1］。

另外，我们对辊磨半终粉磨中出辊磨的水泥成品与辊压机半终粉磨中出辊压机的水泥成品进行取样，做细度与比表面积对比，结果见表8。

出辊压机的水泥成品45μm筛筛余比出辊磨的水泥成品45μm筛筛余小很多，但其比表面积却比出辊磨的水泥成品小，这表明出辊压机的水泥成品颗粒级配不合理，＜10μm尤其是3μm的颗粒含量少，而大颗粒含量多；而出辊磨的水泥成品其比表面积与45μm筛筛余的关系与球磨机水泥成品相当，表明出辊磨的水泥成品颗粒级配更接近球磨机产品。另外，为了提高出辊压机的水泥成品的比表面积，势必要提高选粉机转速，选出的成品量就要减少，系统增产量就会下降。

2.4各种工艺粉磨效率与节能效果对比（表9）

表9　各种工艺粉磨效率与节能效果对比

3　结语

（1）VPM辊磨粉磨效率高，而且根据工艺的不同，其效率也明显不同（1.95～2.51）。只有采取合适的工艺，才能最大程度地发挥辊磨效率，提高磨机产量。

（2）VPM辊磨半终粉磨系统中，辊磨效率为2.51，为几种工艺系统中的最高值。该工艺系统产量最高，单位电耗最低，且相对于联合粉磨系统只增加了一台涡流选粉机及很少的装机功率，系统投资也增加不多，在今后的新线建设与老线改造中可大力推广。

（3）相对于辊压机半终粉磨系统，无论从产品颗粒形貌还是产品颗粒级配，VPM辊磨半终粉磨系统均占优，VPM辊磨更适合半终粉磨系统。通过系统调整，其生产的水泥强度、需水量、流动度等与球磨机相比无明显变化。

［1］康宇，钟根.辊磨与辊压机碾磨后的物料颗粒形貌对比分析［J］.中国水泥，2014（5）：76-79.

Analysis of VPM Pregrinding Roller Mill and Grinding Process

ZHOU Lie，ZHANG Jianhua （Jiangsu Pengfei Group Co.，Ltd.，Haian Jiangsu 226623，China）

VPM（vertical pregrinding mill）is specially designed for cement pregrinding，which has the advantages of higher grinding efficiency and higher running stability compared with the roller press system. In this paper，the cement grinding process system composing of VPM and tube mill has been optimized in order to decrease the energy consumption.

VPM（vertical pregrinding mill）；tube mill；grinding efficiency

TQ172.632.5

A

1001-6171（2016）02-0042-05

通讯地址：江苏鹏飞集团股份有限公司，江苏海安226623；2015-07-27；编辑：赵莲