提高選粉效率對水泥閉路粉磨系統增產效果的定量分析

鄭林昌，杜鳳懷，唐永河

（1.云南省建筑材料科學研究設計院有限公司 云南 昆明 650221）（2.四川信達五星節能科技有限公司 四川 綿陽 622651）

1 閉路系統的理論依據

在球磨機粉磨水泥的過程中，粗顆粒物料總是逐漸粉磨到合格的粒度。開始的時候，細粉少，粗粉多，粉磨效果好，細度快速下降，隨著合格細粉的增多，粗粉變少，造成研磨體多數時間是對已合格的細粉的過粉磨，而粗粉在細粉的掩蓋下，沒有得到足夠的粉磨，為了獲得足夠的合格細粉，必須延長粉磨時間，降低了磨機產量。這種現象可以從磨機內的細度篩分曲線得以確認。

為此，在有部分合格細粉的時候，就將粉體排出磨機進行分選，合格細粉作為成品收集，不合格粗粉再回到磨機重新粉磨，就能保持磨內始終處于粗粉量較多，有利于粉磨的條件下，從而提高磨機產量。這是閉路粉磨系統的理論依據。

2 系統的主要工藝流程及選粉效率現狀

現有的水泥閉路粉磨系統基本上都是由輥壓機、V型選粉機、球磨機和磨尾選粉機組成（見圖1）。

按照閉路粉磨系統所能增產的理論依據，最理想的情況是排出磨機的粉體中的細粉能全部選出來，也就是選粉效率為100%，使得回磨的粉體全部是粗粉。

現有的選粉機采用的是空氣分選，選粉效率不可能達到100%，加之受到體積、能耗、價格、操作等的影響，實際使用的選粉機很多運行在選粉效率40%~50%之間。其運行情況如圖1：

圖1 典型的輥壓機、球磨機、選粉機系統

（1） 輥壓機擠壓后經V型選粉機分選所得的入磨粉料中，小于45μm的顆粒占到20%~50%；

（2） 球磨機出磨粉料中小于45μm的顆粒占50%~70%；

（3） 選粉后回到磨機的粗粉中小于45μm的顆粒占40%~60%；

（4） 選粉效率約40%~50%；

（5） 循環負荷率為200%~350%。

由此可見，現有閉路粉磨系統選粉效率低，循環負荷率高，有大量合格的細粉沒有選出來，而是回到磨內反復研磨，占用了磨內空間，降低了粉磨產量。

3 提高產量的主要方式

為了提高現有粉磨系統的產量，主要有3種方式。

第一種是更換大規格的輥壓機，直接增加粉碎能力，提高磨機產量，利用輥壓機比球磨機能耗低的特性，達到增產節能的目的，這種方式效果明顯、可靠，但一次性投資大。

第二種方式是通過對磨內襯板、隔倉板的重新設計，改變物料在磨內的流動狀態，從而提高磨機產量。這種方式的優點是可在磨機定期更換舊的襯板、隔倉板時直接使用新設計的襯板、隔倉板。因此造價低，投資小。缺點是磨內實際運動狀態不可測定、不可控制，無法定量設計、計算，增產效果不穩定。

第三種方式是進一步提高選粉機的效率，分選出更多的細粉，從而提高磨機系統的產量。

基于筆者的研究經歷，主要探討提高選粉機的選粉效率對粉磨系統增產效果的定量關系。

之前已有一些企業采用了更換選粉機的方式來提高磨機產量的做法，但實際效果不夠理想。一些觀點認為是磨機粉磨能力的問題，提出還需要對磨機進行改造才能達到提高產量的效果。這種說法把人們的關注點轉到影響粉磨系統產量的多種因數討論上，從而掩蓋了在現有的選粉機改造項目中，選粉機效率沒有顯著提高這一根本事實。造成人們對通過提高選粉機效率提高磨機產量這一方法的懷疑。

為了能準確、定量的描述選粉效率的提高對粉磨系統產量的影響，本文基于現有實踐經驗和相關理論，建立了一個近似的數學模型，并利用此數學模型，定量的確認了不同條件下，選粉機效率提高的量對應的粉磨系統所能提高的產量。

4 提高選粉效率對水泥閉路粉磨系統增產效果的定量分析

4.1 基本概念

4.1.1基本概念與參數

根據圖1所示的粉磨系統的各項關系。

設定：

a—出磨物料篩余%

b—回磨物料篩余%

c—選粉機成品篩余%

v—V選成品篩余（新增入磨物料篩余）%

Q—粉磨系統產量（等于V選成品量）

Qm—磨機內物料總流量（等于系統產量+回磨料量）

N—循環負荷率：

（回磨物料量是成品量的倍數）

η—選粉效率：

（成品中的細粉量占出磨料中細粉總量的百分比）

由于選粉效率公式中的參數隨不同的操作習慣而不同，影響了計算結果的一致性。因此，比較不同選粉機的選粉效率，應該在兩者產品細度相同（偏差小于±1%），出磨細度相近（偏差小于±5%）的情況下，比較其選粉效率的高低。

4.1.2基本前提：

第一：對于現有的閉路粉磨系統，其達到正常產量時，系統的相關參數是基本穩定的，包括：磨機產量、細度、循環負荷率、選粉效率等參數。特別是在其正常運行時，單位時間內經過磨內粉磨的物料總量不變（既不空磨也不飽磨）即：

第二：磨內研磨體對物料研磨過程中，一部分作用于細粉（已達到細度要求）上，未能形成磨機的產量。一部分作用于粗粉上，將其中一定比例的粗粉研磨成合格的細粉，形成磨機的產量。對于原有的粉磨系統，綜合各種影響磨機產量的因數后，當磨內粗粉總量變化不大時，這一比例基本不變，可視為常數。

基于以上前提條件，本文提出一個新的概念：

磨機的粉磨系數：

其中：

△X=Xc-Xv—粉磨后新增加的細粉量，等于選粉后產品中的細粉總量減去新增入磨物料帶入的細粉總量（V選成品帶入的細粉量）。

=（Ya+Yb+Yv）/2—磨內平均粗粉量，等于入磨時的粗粉總量加出磨時的粗粉總量除以2，在其它條件變化不大的情況下，粉磨系數基本不變。因此，增加磨內平均粗粉量的比例（磨內物料總量不變），則粉磨后新增加的細粉量也就相應的增加。提高選粉效率，就能夠減少回磨物料中的細粉量，增加回磨的粗粉量，也就增加了磨機的產量。

各參數間相互關系如下：

4.2 選粉效率提高對磨機產量的影響：

（1） 在成品細度控制不變，且新增入磨物料中的細粉百分含量不變時，即V選成品的篩余v不隨Q的變化而改變時。即：c=c0，v=v0時。

設原有穩定運行狀態下的各參數為：

則有：

對選粉機改造并提高選粉效率后，其K值不變，令：K=K0

則：

為了保持磨機工作穩定，磨內物料的總流量不變，即：

故：

公式（10） 即為選粉效率改變后，對應的磨機增產的百分量的計算公式，只要將原有系統的各項參數代入，以及改造后的選粉機效率數據代入，就可得到改造后的磨機系統的產量數據。

為了直觀的獲得選粉效率增加對應的磨機增產的百分量，可在明確原有的系統參數的條件下，得到效率增加與產量增加的關系曲線，即：η—Q曲線。例如：在以下常見的原有工況條件下，

當：c0=8%=0.08，N0=250%=2.5，η0=45%=0.45時，可得：

獲得如圖二中曲線1的增產百分量曲線。

由圖中曲線1可見：當選粉效率提高5%時，磨機產量提高6%；選粉效率提高20%時。磨機產量提高22%。即磨機產量隨選粉效率的提高基本成線性提高，且產量提高的百分率高于選粉效率增加的百分率。

圖2 選粉效率增加值與增產百分率的關系

（2） 實際情況偏差：在輥壓機規格能力較小時，其產生的細粉量不能隨產量的增加而同比例的增加，極限狀態是合格的細粉量固定不變，此時：

得：

公式（14）即為在輥壓機能力不夠，輥壓機產生的細粉量固定的情況下，選粉效率改變后，對應的磨機增產的百分量的計算公式，同樣，只要將原有系統的各項參數代入，以及改造后的選粉機效率數據代入，就可得到改造后的磨機系統的產量數據。

由此公式得出如圖二中的η—Q曲線2。從曲線2可以看到：當選粉效率提高5%時，磨機產量提高5%；選粉效率提高20%時。磨機產量提高17.5%。即磨機產量隨選粉效率的提高基本成線性提高，且產量提高的百分率略低于選粉效率增加的百分率。

實際增產量應介于曲線1和曲線2之間，即磨機產量隨選粉效率的提高基本成線性提高，且產量提高的百分率約等于選粉效率增加的百分率，其最終結果取決于輥壓機的能力。

4.3 在以上選粉機效率增加的條件下，其它因數對增產效果的影響：

我們還可在已知選粉效率提高了多少百分量的基礎上，判斷原有各參數的不同，對產量增加的影響，例如：根據公式（10）

設：η-η0=15%，即選粉效率提高15%的情況下：

（1） 當：c0=8%=0.08，η0=45%=0.45

得到原有循環負荷率的不同對增產的影響曲線：即N0-Q曲線。如圖三中的曲線3所示：即原有循環負荷率越低，增產效果越顯著。

（2） 當：N0=250%=0.25，η0=45%=0.45

圖3 原始循環負荷率與增產百分率的關系

圖4 成品細度與增產百分率的關系

得到原有產品細度的不同對增產的影響曲線：即曲線,如圖四中的曲線4。

即原有產品越細，增產效果越顯著

（3） 當：c0=8%=0.08，N0=250%=2.5，

得到原有選粉效率的不同對增產的影響曲線：即曲線，如圖五中的曲線5。即原有選粉效率值越低，增產效果越顯著。

4.4 半終粉磨系統對磨機產量的影響

現在還有一種做法半終粉磨系統：在輥壓機V選之后增加一臺選粉機，新增的入磨物料預先分選，將部分合格的細粉提前選出來進入成品，減少入磨的細粉量，留出新增產量的空間，下面對此方式能達到的效果進行定量分析。圖6為典型的輥壓機半終粉磨系統圖：

圖5 原始選粉效率與增產百分率的關系

V選的成品量為Q，經過新增加的動態選粉機預選后，一部分合格細粉Q'提前進入產品系統，其余的部分 進入磨機粉磨。

圖6 典型的輥壓機、動態選粉機、球磨機、選粉機系統

設動態選粉機的選粉效率為η'，則：

因輥壓機成品細度不變，磨尾原有選粉機也沒有改變，且最終的產品細度也保持不變。即：c=c0，η=η0，v=v0令：K'=K0

經過換算（篇幅所限，過程省略），可得：

目前的動態選粉機效率和磨尾選粉機效率處在同一水平，即：

η'=η0可得到半終粉磨系統能達到的產量公式：

按目前閉路粉磨系統的普遍運行情況，其基本參數為：

由公式（24）則可獲得V選成品的細度v0與磨機產量Q的關系曲線，即：v0-Q曲線，如圖7中的曲線7。

圖7 半終粉末系統V選篩余量與增產百分率的關系

從圖中曲線可以看出，輥壓機產品的細度越粗，增產比例越低。在V選篩余為80%時，可增產5%；小于60%時，可增產10%；小于40%時，增產可達15%。當然，這是在選粉機效率不降低，特別是輥壓機能力足夠的條件下的結果。

5 結語

（1） 綜合以上的圖表及公式可知：在穩定運行的常規閉路粉磨系統中，單位時間內通過磨機的總物料量是穩定的（波動不大），當磨內條件變化不大時，其粉磨系數（粉磨能力）可視為常數。當提高選粉效率時，減少了磨內的細粉總量，增加了磨內的粗粉量，從而增加了可磨細的粗粉量，達到產量的提高。通常情況下，磨機產量提高的百分量約等于選粉機選粉效率提高的百分率。

（2）當改造或更換的選粉機選粉效率比原有選粉機增加15%以上，且現有閉路系統選粉效率低于50%，循環負荷低于250%，細度低于8%時，增產效果更加顯著。

（3） 對于半終粉磨系統，其適合于輥壓機能力富裕，V選后合格細粉含量大于40%以上的情況，在保證原有選粉效率不下降，且新增加的動態選粉機效率不低于原有選粉機的條件下，系統產量可增加10%到15%。如果V選后合格細粉含量小于30%，或選粉效率也有所下降，則系統產量的增加值會小于10%，甚至低于5%。

（4）對于通過提高選粉效率獲得磨機系統增產的技改方案。應保證改造或新增的選粉機效率比原來提高15%以上。選粉效率應在同等條件（成品細度和出磨細度相同）下測試。

（5）對于輥壓機能力強，尤其是目前的大輥壓機（立磨）+小球磨，V選后合格細粉含量大于50%以上的系統，采用半終粉磨系統來達到增產的目的效果顯著。