揚長避短挖掘半終粉磨的節電效益

（中國硅酸鹽學會工程技術分會，北京 100831）

半終粉磨技術，作為一項主要的節電措施，曾經在水泥行業名聲大噪，大有一統水泥粉磨的趨勢。實踐證明其節電是肯定的、而且節電效果顯著，但隨著時間的推移，其推廣速度遠遠不及預期。那么，人們在擔心什么、還有沒有推廣價值，首先來講一個真實的故事。

1 一個特殊的半終粉磨案例

2014年初，豫中某水泥公司在一番調研后，加了1臺三分離選粉機，將自己的1臺φ4.2 m×13 m水泥輥壓機聯合粉磨系統，改造為輥壓機半終粉磨系統，其改造后的系統流程見圖1。

圖1 豫中某公司水泥半終粉磨系統圖

改造后，生產P·C 32.5水泥產量比原來的每小時270 t提高了20%以上，電耗尚未詳細統計，但肯定有較大的降低。水泥強度，特別是大家強調的水泥需水量，看不到有什么變化。老板興奮地說，“我說行，你們說不行，這不很好，設計院不是說需水量會增大嗎？”

一周后，該公司總經理突然接到施工單位的電話，說水泥質量出問題了。該公司有全面的質量指標檢驗和統計，生產中沒發現任何問題，施工中又怎么會有質量問題呢？該總經理立即趕到現場，結果看到墻上的水泥砂漿難以推平，小車中拌好的砂漿表面浮著10多mm厚的一層水。壞了，是水泥的保水性出問題了。

該總經理回廠后立即下令停止了試生產，并給三分離選粉機加了一個旁路管道，恢復了聯合粉磨生產系統。該總經理十分納悶地說，設計院不是說需水量會有問題嗎，沒有人說過保水性出問題呀！老板這一次又有話說了。

實際上，老板和總經理都不要怪設計院，輥壓機半終粉磨系統不利于控制水泥需水量，這話沒有說錯，是一個共性問題。該公司的問題肯定有其特殊性，是一個個性問題，要具體問題具體分析。

事后了解到，該公司P·C 32.5水泥的粉煤灰摻加量達到30%以上，而且摻加的是經過二級粉煤灰選剩的余灰，細度總體較粗，微粉已經很少。“成也蕭何敗也蕭何”也，需水量沒出問題，保水性出了問題都是這個粉煤灰的原因。

需水量之所以沒有象其它公司一樣增大，是因為其摻有大量的粉煤灰。粉煤灰本身為球形顆粒，一部分未通過輥壓機的粉煤灰，經風路被直接選進水泥成品中，不會惡化水泥的總體顆粒形狀；同時，由于粉煤灰總體較細，另一部分即使經過了輥壓機的粉煤灰，因為在其他組分大顆粒的掩護下，粉煤灰的顆粒形狀也不會有多大改變。如此，輥壓機半終粉磨系統對水泥的顆粒形狀改變不大，所以其需水量也不會有多大變化。

那水泥的“保水性”為什么會出問題呢？粉煤灰是表面致密的球形顆粒，吸附水的能力本來就差，大摻量粉煤灰水泥的保水性，即使沒出問題也已經處于臨界狀態。保水性與粒度成反比，該公司所摻的粉煤灰又是經過二級粉煤灰選剩的余灰，細度總體較粗，微粉已經很少，再不經過球磨機研磨改善，水泥的保水性肯定要惡化。

實際上，還有一個沒有引起大家重視的問題，選粉機的分選原理是按物料的粒徑切割分離的，其選粉性能與各組分的體積密度和容重密切相關。選粉機對粒徑的切割，依賴于氣流施予物料的速度，以及選粉機轉籠葉片（或導風板）作用于物料的失速回彈，兩個因素對不同容重的物料其選粉效率是不同的。

對于容重大的熟料，由于其表面積小，獲得的通過速度較小，而受到的回彈力較大，通過選粉機轉籠的機會就少；對于容重小的粉煤灰，由于其表面積大，獲得的通過速度較大，受到的回彈力較小，通過選粉機轉籠的機會就大。選粉機對粉煤灰和熟料的選粉性能是不會“一碗水端平”的，其選出的產品中熟料較細，而粉煤灰較粗，等于放松了對影響保水性的粉煤灰的把關。

如此分析，該公司也不一定就要把輥壓機半終粉磨系統廢掉，可以通過調整選粉機，把水泥成品細度控制得再細一點，就有可能解決其保水性問題。當然，調整后產量就高不了那么多了，電耗就降不了那么多了。在不得已的情況下應該退而求其次，在電耗與保水性之間找一個平衡點，看看是否還能有利可圖。

2 半終粉磨的工藝概念

所謂半終粉磨，準確的說就是在粉磨系統的終粉磨之前，提前選出一部分細度已經合格的半成品，將其直接加入到成品中，這就是半終粉磨。讓細度上已經合格的產品提前離開粉磨系統，不再接受后續粉磨，從而提高整個粉磨“系統的”選粉效率，減少過粉磨現象、減少粉磨能的浪費，提高“系統的”粉磨效率。

半終粉磨工藝，實際上是利用選粉設備附加于系統的選粉性能，將閉路工藝進一步應用到預粉磨甚至原料工序，是對原有粉磨系統的一種深度優化。根據所選預粉磨設備和選粉設備的不同，半終粉磨有多種具體形式，但由于“系統的”選粉效率的提高，（不僅是選粉設備本身選粉效率的提高），故能提高系統的粉磨效率是肯定的。

現在多數說到半終粉磨，實際上指的是輥壓機半終粉磨，就是將輥壓機閉路系統收集的部分細粉直接加入到水泥成品中。實際上，半終粉磨遠不至此，比如早期的2臺球磨機串聯粉磨工藝（第1臺是閉路的），就是最早的半終粉磨；比如近年有將生料中卸烘干磨改造成的水泥磨，應屬于緊湊型的半終粉磨。

更有在半終粉磨取得一定的業績以后，各企業根據其原理、結合自有裝備的現實情況，開發或改造的立磨半終粉磨、風選磨半終粉磨、超細破半終粉磨；如果水泥原料中含有較多的微粉，即使沒有預粉磨設備，在終粉磨前增加選粉設備將細度合格的微粉直選進入成品，也屬于半終粉磨。這就是⑦沒有預粉磨設備的半終粉磨。

這些優化的理念都沒有錯，節電更是企業努力追求的目標，但不是唯一的目標。水泥是一種商品，商品的質量，必須首先滿足用戶的需要，這是追求節電的前提條件。然而，半終粉磨在節電的同時，事實證明對水泥質量是有影響的，尤其是關乎到用戶成本的水泥需水量。

實際上，在半終粉磨這個概念提出以前，輥壓機聯合粉磨系統的單風機優化方案，就已經形成了不太徹底的輥壓機半終粉磨系統，由天津院設計的單風機方案見圖2。其優化的目的，主要是從工藝上取消磨損嚴重的循環風機，順便簡化系統流程、降低裝機功率和粉磨電耗。

圖2 天津院設計的單風機聯合粉磨系統圖

這個單風機方案，將輥壓機系統的粗粉分離器與水泥磨系統的選粉機組合在一起，事實上完成了一定的半終粉磨功能。只是這一組合從設備上弱化了粗粉分離器的效率，從工藝上弱化了來自輥壓機系統的、細度上已經合格的水泥的分選功能，由于其半終得不夠徹底，與隨后形成的、專題設計的輥壓機半終粉磨系統相比，提產有限、節電有限，但水泥需水量增加的也不多。

其他半終粉磨工藝及配置，在國內的應用案例，有成功的、有失敗的、也有在酌情使用的，已不是鳳毛麟角的新鮮事，在各種會議上、雜志上也多有報道供大家參考，這里就不再舉例贅述。

3 半終粉磨的質量問題

關于半終粉磨工藝對水泥需水量的影響，幾種半終粉磨工藝不盡相同，具體要看其：在預粉磨階段采用什么設備。提前選出的這部分細度已經合格的半成品，與原有的成品有何不同。導致最終成品中的微粉含量、顆粒級配、顆粒形狀有何變化。

微粉含量的增加、顆粒級配的窄化、顆粒形狀的異化（非球形化），都是導致水泥需水量增加的原因，應具體情況具體分析。

以最有代表性的輥壓機半終粉磨為例見圖3。就是將輥壓機閉路系統中一部分細度已經合格、但未加整形的水泥顆粒，直接加進了水泥成品之中。由于整個粉磨系統的選粉效率得以提高，使細度上已經合格的部分物料不用再通過球磨機粉磨，提高產量和降低電耗那是必然的，這一點兒毋容置疑。

電耗確實降了，至于其最終產品水泥的需水量，理論上既取決于水泥的微粉含量（水化速度）、顆粒級配（堆積密度），還與水泥的顆粒形狀（流動內摩擦）有關。微粉含量的減少、級配的拓寬能降低水泥的需水量，但顆粒形狀的異化（非球形化）又能增加水泥流動的內摩擦、增加水泥的需水量。

實踐證明，多數輥壓機半終粉磨系統的產品水泥，其需水量總體上是增加的。至于增加多少，與進入輥壓機的原始物料的特性及細度有關，即輥壓機閉路對水泥顆粒級配的窄化程度、輥壓機本身對水泥顆粒形狀的異化程度。

由于其在V選與旋風收塵器之間加了1臺選粉機，從而確保了旋風收塵器收集的物料，從細度上全部達到水泥成品的要求，并將其直接加入到水泥成品之中。這種改進會產生兩種后果，①能提高粉磨系統的產能、降低粉磨電耗。②降低了對成品水泥顆粒級配的拓寬能力，這對降低水泥的需水量是不利的。

我們姑且不論是否能拓寬顆粒級配的分布范圍，但可以肯定，這部分物料主要是沒有通過球磨機整形的輥壓機細粉，其顆粒的球形度是較差的。影響水泥需水量的堆積密度和流動性，除與水泥的顆粒級配有關外，還與水泥的顆粒形狀關聯性較強。圓度系數（與顆粒投影面積相等的圓的周長與顆粒投影面積的實際周長之比）越小，水泥顆粒的內摩擦就越大，與水的接觸表面積就越大，標準稠度需水量就越大。

輥壓機為料床擠壓一次破碎，效率高，但球形度不好；球磨機為多次沖擊研磨，效率低，但球形度高。這也正是輥壓機甩不掉球磨機的主要原因，甚至輥壓機配單倉短球磨的試驗也尚未成功。

所以，半終粉磨系統不可能改善水泥的需水量；事實證明，半終粉磨系統生產的水泥需水量比較高，不太受用戶歡迎。

4 并不是否定半終粉磨

講半終粉磨對水泥質量有影響、尤其對水泥需水量影響較大，并不是要否定半終粉磨技術，不等于說半終粉磨系統就沒用了，反倒可以說是精細化管理的一項成果。多數半終粉磨雖然具有水泥需水量高的缺點，但對提高粉磨系統的產量和降低電耗還是確實有效的。

上升到哲學角度來講，任何事物某一性能的提高，都伴隨著針對性提高和適應性下降。但只要我們能結合自己的條件用其長避其短，半終粉磨還是能有所作為的，既不能只看其好處、也不該對其全盤否定。

比較適應半終粉磨的條件：

①對異化顆粒形狀小的物料（比如較細的粉煤灰）。②對水泥需水量不敏感的市場和用戶。③對于大部分低標號水泥。④對于水泥開路粉磨系統。⑤對于比表面積控制比較低的水泥。⑥對于需水量不高的熟料。⑦對于外摻礦渣微分的水泥。

圖3 天山蘇州水泥公司的半終粉磨流程圖

不太適合半終粉磨的因素：

①對水泥需水量要求苛刻的市場和用戶。②對于大部分高標號水泥。③對于水泥閉路粉磨系統。④對于比表面積控制比較高的水泥。⑤對于需水量高的熟料。⑥對于比較差的石灰石礦山。⑦對于堿含量比較高的原料。

實際上，上述條件都不是一成不變的，有時適應有時不適應。我們可以設計為“半終粉磨”和“聯合粉磨”并存、且能夠切換的工藝，以實現按需切換，各取所長，互相彌補。在具備條件的情況下，把產能發揮到最大，把電耗降到最低。

半終粉磨也并不總是會增大水泥的需水量。比如2臺球磨機串聯粉磨（第1臺是閉路的），不僅能提高粉磨效率，還能減少過粉磨現象，減少水泥的微粉含量，能降低水泥的需水量；比如風選磨半終粉磨；比如改造的中卸烘干水泥磨，由于其不存在料床擠壓破碎，對水泥顆粒形狀的異化程度較小，對水泥需水量的增加也較小。如果考慮拓寬水泥的顆粒級配，降低其需水量。將球磨機磨內通風的收塵粉直接加入成品中更加合適。但要注意收塵粉的細度，如果存在過粗的顆粒，則可以在袋除塵器之前加1級旋風除塵器。而現有的粉磨工藝，多數將這部分收塵粉送進了選粉機，不僅不利于電耗的降低，而且使水泥的顆粒級配窄化、提高了水泥的需水量。對直選原料中微粉的半終粉磨、對顆粒形狀不容易異化物料的半終粉磨，系統對需水量的增加也不明顯。

5 退而求其次的案例

任何事物都是一分為二的，輥壓機半終粉磨也不例外。雖然具有增加水泥需水量的缺點，但對提高產量和降低電耗卻是實實在在的。輥壓機半終粉磨工藝，可以說是對聯合粉磨系統精細化管理的一次深入探討。

對任何事物我們追求至善至美沒有錯，但在某一方面不能退讓時，必須懂得從另一方面退而求其次，用其所長避其所短，尋求一個兩方面都能接受的平衡點。

華東某水泥公司原有4條水泥生產線，均為φ1.7 m×1.2 m輥壓機＋φ4.2 m×13 m球磨機＋O-Sepa4000選粉機的聯合粉磨系統。系統裝機容量約8500 kW，生產P·O42.5水泥，配料為：熟料81%、粉煤灰2%、石膏5%、礦渣5%、石灰石7%，比表面積340～350 m2/kg，臺時產量220 t/h，標準稠度用水量在26.8%～27.5%之間，綜合電耗為32～35 k Wh/t。

該公司先對其中1臺水泥磨進行了輥壓機半終粉磨改造，將V型選粉機后續的旋風分離器更換成FV4000型渦流選粉機，并進行了一系列的適應性調整和產質量平衡后，產量穩定在了270 t/h。

與相同條件未改的4號粉磨系統相比，在臺時產量提高了20%的情況下，標準稠度用水量達到了可以接受的27%～28%之間。水泥需水量雖然有所增大，但依然在控制范圍之內。

起初，因改造后系統阻力的增加，使得風速下降，V型選粉機中占比較大的中粉無法進入磨機系統，球磨機因“吃不飽”使磨內溫度升高，超過了磨瓦報警溫度而頻繁停機。同時，系統產量不僅沒有增加，反而從220 t/h下降到180 t/h。解決辦法是優化系統工藝布置，降低系統阻力，同時提升風機性能，克服系統阻力，系統產量迅速提升到320 t/h。

在系統產量大幅度提高的同時，隨之而來的是水泥需水量的同步上升，最高時達到了29.5%，嚴重制約了水泥的銷售。隨后，在調試過程中對熟料與混合材的配比、水泥的細度等方面進行了調整，將系統的產量降回到270 t/h，水泥需水比才得以穩定在27.5%左右。

該公司在對其1套水泥磨系統進行了半終粉磨綜合改造及調試后，總結了以下3點注意事項，具有一定的參考價值。

（1）不可一味追求高產量，更不應夸大宣傳，這樣會對用戶會產生誤導作用。無論提產的空間有多大，必須先保證產品的質量，具體表現在水泥的需水量和早期強度兩個方面。

（2）產量提高20%時，水泥的需水量和抗壓強度3天、28天強度幾乎不發生變化。

產量提高25%時，需水量增加了3%～5%，水泥的3天、28天強度都不同程度出現小幅下降；產量提高30%以上時，水泥的需水量就超出了市場的承受能力。改造后的提產幅度要適而可止，要懂得退而求其次，一般控制在20%～25%為宜。

（3）輥壓機半終粉磨導致了入磨物料的微粉減少，打破了原有一、二倉能力的平衡。實踐證明，在一倉加入一定數量φ80 mm的鋼球是必要的；為彌補在預粉磨系統中選出的水泥顆粒形狀不好的缺陷，使得通過球磨機的水泥顆粒的形狀更加重要，應控制好球磨機的磨內流速，減小磨內通風和增設擋料環。