大型生料球磨機(jī)效能低問(wèn)題及其對(duì)策

一、大型生料球磨機(jī)效能低問(wèn)題

  近幾年來(lái),我國(guó)水泥企業(yè)發(fā)展速度較快,特別是新型干法水泥生產(chǎn)線的建設(shè)更是突飛猛進(jìn)。在生料粉磨方面,日產(chǎn)4000噸以上新型干法生產(chǎn)線多采用立磨,立磨的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、電耗低,缺點(diǎn)是投資大、運(yùn)轉(zhuǎn)率低、維修難度大;而日產(chǎn)2500噸以下的新型干法生產(chǎn)線多采用球磨機(jī),例如日產(chǎn)1000噸生產(chǎn)線多選用φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨、日產(chǎn)2500噸生產(chǎn)線多選用φ4.6×10+3.5m烘干中卸磨、日產(chǎn)3000噸生產(chǎn)線多選用φ5.0×10.5m風(fēng)掃烘干磨生料球磨,球磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是投資省、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、維修簡(jiǎn)單,因此受到眾多水泥企業(yè)的青睞,但其缺點(diǎn)是產(chǎn)量低,電耗高。球磨機(jī)從10年前國(guó)內(nèi)普遍用φ2.2m或φ2.4m發(fā)展到目前普遍用φ4.2m或φ4.6m以及φ5.0m大型球磨機(jī),其規(guī)格越來(lái)越大型化了。生料球磨機(jī)向大型化發(fā)展的目的一則為工藝布局便利,二則為提高粉磨效率,降低單產(chǎn)電耗。然現(xiàn)實(shí)結(jié)果卻是粉磨效率隨著磨機(jī)大型化反而降低了,噸生料綜合電耗最高竟達(dá)29-30度,幾乎高于優(yōu)秀小磨機(jī)的一倍,這無(wú)疑影響了相關(guān)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮并與設(shè)計(jì)者初衷大相徑庭。

1、生料磨機(jī)的調(diào)查數(shù)據(jù)

1.1 φ5.0×10.5m 球磨機(jī)                                              

表1

企業(yè)名稱
破碎系統(tǒng)
磨機(jī)系統(tǒng)
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量(t/h)
綜合電耗(kwh/t)
破碎機(jī)型號(hào)
功率
磨機(jī)型號(hào)
功率
BJBZ
TPC20.22
800kw
φ5.0×10.5m
 
195
29.6
四會(huì)駿馬
DLPC20.22
800kw
φ5.0×10.5m
3800kw
209
28.2
平均
 
 
 
 
 
28.9

1.2 φ4.6×10+3.5m中卸烘干磨                                          

表2

企業(yè)名稱
破碎系統(tǒng)
磨機(jī)系統(tǒng)
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量(t/h)
綜合電耗(kwh/t)
破碎機(jī)型號(hào)
功率
磨機(jī)型號(hào)
功率
ZJJY
PE1200×1500
PDC20.18
 
φ4.6×10+3.5m
3550kw
230
24.5
ZJSF
TPC-20.18
710kw
φ4.6×10+3.5m
3550kw
210
25.5
CXZS
DPC20.18/2臺(tái)
 
φ4.6×10+3.5m
3550kw
230
25.5
ZSHZ
TPC20.22
800kw
φ4.6×10+3.5m
3550kw
190
29.2
平均
 
 
 
 
 
26.18

1.3 φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨                                            表3                                                                        

企業(yè)名稱
破碎系統(tǒng)
磨機(jī)系統(tǒng)
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量
(t/h)
綜合電耗(kwh/t)
破碎機(jī)型號(hào)
功率
磨機(jī)型號(hào)
功率
ZSXX
PCF16.16
 
φ3.8×7.5m
 
80
27.3
ZJHL
PCF16.16
PCX100
 
φ3.8×7.5m
 
108
24.0
QLS
PE600×900/2臺(tái)
立式破碎機(jī)
 
φ3.8×7.5m
 
85
25.7
平均
 
 
 
 
 
25.67

1.4 φ2.2m或φ2.4m球磨機(jī)                                           表4                                                                         

企業(yè)名稱
破碎系統(tǒng)
磨機(jī)系統(tǒng)
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量(t/h)
綜合電耗(kwh/t)
破碎機(jī)型號(hào)
功率
磨機(jī)型號(hào)
功率
KHMJ
PE400×600
φ1000立破
 
φ2.2×6.5m
 
22.5
19.6
LYHL
PE400×600
φ1000立破
 
φ2.2×7m
 
23
19.5
TCS
PE400×600
φ1000立破
 
φ2.2×7m
 
23.5
19
TTS
PE600×900
φ1000立破
 
φ2.4×7m
 
31
20
平均
 
 
 
 
 
19.53

1.5 φ2.2m或φ2.4m球磨機(jī)+細(xì)碎機(jī)                                     表5                                                                          

 
使用廠家
 
破碎系統(tǒng)
粉磨系統(tǒng)
臺(tái)時(shí)
產(chǎn)量
t/h
綜合
電耗
Kwh/t
破碎機(jī)
功率KW
單耗
KW/t
球磨機(jī)
電機(jī)
KW
廣州石井
PE400×600
PCF40D
30
75
3.5
φ2.4×8.0
475
45
16.50
鎮(zhèn)江長(zhǎng)江
PE400×600
PCF40D
30
75
3.5
φ2.2×7.0
380
35
16.55
河南偃師
PE400×600
PCF70
YK1220
30
90
5.5
3.8
φ2.2×7.0
380
36
16.50
平均
 
 
 
 
 
 
16.52

2、生料磨機(jī)綜合電耗比較

2.1 生料磨機(jī)綜合電耗趨勢(shì)圖
 
2.2 綜合電耗比較單位:                             kwh/t              表6
生產(chǎn)線規(guī)格
3000噸/日
2500噸/日
1000噸/日
8.8萬(wàn)噸/年
10萬(wàn)噸/年
     磨機(jī)規(guī)格 
項(xiàng)目
φ5.0m
φ4.6m
φ3.8m
φ2.2m
或φ2.4m
φ2.2m或φ2.4m
+細(xì)碎機(jī)
平均綜合電耗(kwh/t)
28.9
26.18
25.67
19.53+2.5*
16.52+2.5*
與φ2.2m或φ2.4m+細(xì)碎機(jī)比較多耗電能
(kwh/t)
9.88
+7.16
+6.65
+3.01
+0
151.94%
137.64%
134.96%
115.82%
100%
折合熟料多耗電(kwh/t)
15.3
11.1
10.3
5.12
0
每噸熟料多耗電折合金額(元/t)
9.18
6.9
6.18
3.07
0
全年多消耗電(萬(wàn)元/年)
908.8
549.5
203.9
27.6
/

*注:為了便于比較,“+2.5 kwh/t”為烘干用電調(diào)整量。

3、 經(jīng)濟(jì)效益比較

3.1 以1000噸/日新型干法生產(chǎn)線生料磨機(jī)φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨與φ2.2m生料磨或φ2.4m球磨機(jī)+細(xì)碎機(jī)系統(tǒng)比較,前者比后者每噸生料多耗電6.65度,每度電按0.6元計(jì)算,則每噸生料成本增加3.99元,每天需要生料約1600噸,則每天增加成本約0.638萬(wàn)元,每年按300天生產(chǎn),則每年因此增加成本203.9萬(wàn)元。

3.2 以2500噸/日新型干法生產(chǎn)線生料磨機(jī)φ4.6×10+3.5m中卸烘干磨與φ2.2m生料磨或φ2.4m球磨機(jī)+細(xì)碎機(jī)系統(tǒng)比較,前者比后者每噸生料多耗電7.16度,每度電按0.6元計(jì)算,則每噸生料成本增加4.296元,每天需要生料約4000噸,則每天增加生產(chǎn)成本約1.72萬(wàn)元,每年按300天生產(chǎn),則每年因此增加成本549.5萬(wàn)元。

3.3 而以配備了φ5.0m磨機(jī)的3000噸/日生產(chǎn)線與φ2.2+細(xì)碎機(jī)相比一噸生料粉耗電竟高出近10度,一噸熟料多耗電15度,僅此一項(xiàng)一年竟多消耗908.8萬(wàn)元,這簡(jiǎn)直是匪夷所思。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)的分析比較可以看出大型生料磨機(jī)與小型生料磨機(jī)相比,其效能低,綜合電耗高,生產(chǎn)成本高,這是大型生料磨機(jī)普遍存在的嚴(yán)重問(wèn)題,在能源日益緊張(特別是煤炭資源相對(duì)緊張的省份)的今天,應(yīng)當(dāng)引起我們的高度重視!

二、 原因分析

1、大型球磨機(jī)生產(chǎn)效能的發(fā)揮受到隔倉(cāng)板通料能力束縛

   根據(jù)托瓦洛夫公式,磨機(jī)產(chǎn)量為:Q=q·N0≈0.184DiVinφ(6.16-5.75φ)·q

   當(dāng)物料特性、磨機(jī)填充率及磨機(jī)長(zhǎng)徑比確定后,以上公式可簡(jiǎn)化為:
                       Q= k 1di3.5(k1——常數(shù))
  即磨機(jī)產(chǎn)量Q與磨機(jī)直徑DI的3.5次方成正比。

   磨機(jī)隔倉(cāng)板的通料能力取決于隔倉(cāng)板(篦縫)的面積S,S= πDi2,這樣,單位面積隔倉(cāng)板需要的通料量:Q2=Q/S= k 2Di1.5(k 2——常數(shù))

     上式表明:?jiǎn)挝幻娣e隔倉(cāng)板的通料能力與磨機(jī)直徑的1.5次方成正比,隨著磨機(jī)直徑的增大,隔倉(cāng)板通料能力嚴(yán)重束縛了磨機(jī)產(chǎn)量的增加,這正是影響大型球磨機(jī)生產(chǎn)效能發(fā)揮的重要因素之一。

2、大型球磨機(jī)單位時(shí)間做功頻率低。

  眾所周知,小型球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速比大型球磨機(jī)要高,例如:φ2.2m球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為22r/min,而φ4.6×10+3.5m中卸烘干磨的轉(zhuǎn)速為15r/min,就單個(gè)鋼球而言,φ2.2m球磨機(jī)的鋼球每分鐘可沖擊物料22次,而φ4.6m磨機(jī)的鋼球每分鐘只能沖擊物料15次,所以,小型球磨機(jī)的鋼球比大型球磨機(jī)的鋼球每分鐘作功次數(shù)多,效率高。

3、磨機(jī)直徑越大研磨體滯留帶的不利影響越大

    球磨機(jī)內(nèi)的研磨體必須產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)才能對(duì)物料進(jìn)行沖擊與研磨,沖擊與研磨的能量主要由襯板提帶研磨體所獲得。襯板將運(yùn)動(dòng)傳遞給緊靠襯板的第一層研磨體,該層研磨體在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)再將運(yùn)動(dòng)傳遞給第二層研磨體。研磨體依此向縱深傳遞運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,必然會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),傳遞的速度將一層層地減弱下去。如果研磨體的層數(shù)非常多,在磨內(nèi)必然存在一部分研磨體無(wú)法獲得能量而處于相對(duì)靜止不動(dòng)的狀態(tài),這部分研磨體即形成滯留帶。國(guó)外專家的研究認(rèn)為,當(dāng)球徑小于磨機(jī)直徑的1/80時(shí),磨內(nèi)將形成滯留帶。因此,磨機(jī)直徑越大研磨體滯留帶的不利影響越大。

4、入磨物料粒度太大且粒徑分布過(guò)寬

新型干法水泥廠在石灰石破碎系統(tǒng)一般選用單段(反擊)錘式破碎機(jī),其理想出料粒度指標(biāo)為90%≤25mm(這是老的《工藝管理規(guī)程》的基本要求),但錘頭磨損到中、后期,其出料粒度會(huì)大大增加,有的達(dá)到40mm甚至50mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于φ4.6m球磨機(jī)的最佳經(jīng)濟(jì)入料粒度15mm(詳見(jiàn)內(nèi)部資料《磨外預(yù)粉碎的幾個(gè)共性問(wèn)題》),同時(shí)入磨物料粒度從0~40mm甚至50mm分布太寬、級(jí)差太大,而磨內(nèi)研磨體級(jí)配無(wú)法綜合兼顧,細(xì)碎粗磨、細(xì)磨的能力難以平衡,進(jìn)一步影響磨機(jī)效能的發(fā)揮。因此,粉磨效率低,電耗高。盡管說(shuō)大型球磨機(jī)對(duì)研磨體的提升高度大、對(duì)入磨物料的沖擊力大,但是,就破碎來(lái)講,破碎機(jī)的電能利用率比球磨機(jī)要高數(shù)十倍早已有定論。

5、“過(guò)粉磨”問(wèn)題 

由于輸送設(shè)備和分級(jí)設(shè)備的制約,大型生料磨機(jī)的循環(huán)負(fù)荷率未必達(dá)到最佳值,因而“過(guò)粉磨”現(xiàn)象必然存在。

三、 對(duì)策及實(shí)例分析

1、對(duì)策

1.1 對(duì)新上新型水泥生產(chǎn)線生料磨盡量采用節(jié)能效果明顯的立磨;

1.2 對(duì)現(xiàn)有大型生料球磨機(jī)的使用廠家,要盡快選用大型細(xì)碎機(jī)把主要原料——石灰石進(jìn)行充分細(xì)碎。

2、實(shí)例分析

2.1 浙江兆山新星集團(tuán)公司

浙江兆山新星水泥集團(tuán)第一條新型干法生產(chǎn)線是一條日產(chǎn)1000t/d熟料新型干法生產(chǎn)線,其石灰石破碎系統(tǒng)采用的是一臺(tái)PCF1616破碎機(jī),生料制備系統(tǒng)采用的是一臺(tái)φ3.8×7.5m風(fēng)掃烘干磨。自2001年9月18日投產(chǎn)以來(lái),磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量一直徘徊在80噸左右,不能滿足窯系統(tǒng)的需求,嚴(yán)重制約公司經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升,有時(shí)影響到公司的生產(chǎn)的順利進(jìn)行,針對(duì)這種狀況,公司決定對(duì)生料磨系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

改造方案是在保持原有設(shè)備的基礎(chǔ)上,(2004年5月)在生料磨入磨前增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng),即在磨機(jī)入磨前增設(shè)一臺(tái)鄭州鼎盛公司制造的PCF200細(xì)碎機(jī),增加一臺(tái)入磨提升機(jī),總增加裝機(jī)功率250KW。

A 增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)前后部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比表

項(xiàng)目
月份
產(chǎn)量t
臺(tái)時(shí)t/h
耗電量kwh
噸電耗kwh/t
本月
累計(jì)
本月
累計(jì)
本月
累計(jì)
本月
累計(jì)
破碎
(未加PCF200)
3
39009
121934
/
/
72119
266621
1.85
2.19
原料磨
(未加PCF200)
3
41007
129145
79.6
78.66
1046058
3523803
25.51
27.29
破碎
(增設(shè)PCF200)
7
39869
294391
/
/
80148
601975
2.01
2.04
原料磨
(增設(shè)PCF200)
7
41479
314443
92.36
86.78
938914
7713507
22.64
24.53
3-7月比較
 
 
 
12.76
8.12
 
 
-2.87
-2.76
3-7月
增長(zhǎng)幅度(%)
 
 
 
+16.03
 
 
 
-11.25
 

B 數(shù)據(jù)分析

a.磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量大幅度提高。增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)后,磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量明顯提高,在未增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)前的2004年3月份平均臺(tái)時(shí)產(chǎn)量?jī)H有79.6t/h,比設(shè)計(jì)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量85t/h低5.4t/h,而增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)后的2004年7月份磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量平均達(dá)到92.36t/h,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高12.76t/h,增產(chǎn)幅度為16.03%。
b.生料粉磨單位電耗大幅度降低。增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)前,生料磨機(jī)單位電耗為25.51kwh/t,增設(shè)預(yù)破碎系統(tǒng)后,生料粉磨單位電耗為22.64kwh/t,降低單位電耗為2.87kwh/t,降低幅度為11.25%。
C 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估   

生料磨采用預(yù)破碎系統(tǒng)后,不但提高了生料磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量,滿足了窯熟料煅燒的需要,而且直接降低了生產(chǎn)單位電耗,按每生產(chǎn)一噸生料節(jié)約電2.87度,每度電0.6元計(jì)算,每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約電費(fèi)1.722元,扣除增加細(xì)碎機(jī)后每噸耐磨件材料消耗0.3元/噸,每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約成本為1.422元,按年產(chǎn)熟料30萬(wàn)噸,需耗用48萬(wàn)噸生料粉,則按此計(jì)算一年可節(jié)約電費(fèi)68.26萬(wàn)元。

2.2廣東四會(huì)駿馬公司

  廣東四會(huì)市駿馬水泥有限公司原有4條機(jī)立窯生產(chǎn)線,其石灰石破碎系統(tǒng)原采用兩條φ600×900鄂破+細(xì)鄂破+錘破三級(jí)破碎生產(chǎn)線,因破碎粒度不理想,磨機(jī)產(chǎn)量低,難以滿足窯的需求,后將其中一條線的二級(jí)三級(jí)破碎拿掉,改用鄭州鼎盛公司生產(chǎn)的PCF100細(xì)碎機(jī),φ2.2×6.5m生料磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到30t/h,增產(chǎn)幅度高達(dá)25%。然后立即將另一條生產(chǎn)線作了同樣改造,也去得了令人滿意的效果。嘗到甜頭后,該公司立即對(duì)水泥磨進(jìn)行改造,在磨前增設(shè)2臺(tái)PCF70細(xì)碎機(jī),4臺(tái)φ2.2×6.5m水泥磨產(chǎn)量均達(dá)到19t/h, 增產(chǎn)節(jié)能效果非常明顯。經(jīng)過(guò)幾次合作,該公司對(duì)設(shè)備廠家的售后服務(wù)也十分滿意。因此,當(dāng)該公司新建3000t/日新型干法生產(chǎn)線時(shí),業(yè)主特別指定所有破碎設(shè)備全部選用鄭州鼎盛公司的產(chǎn)品,設(shè)計(jì)單位因從未設(shè)計(jì)如此巨大細(xì)碎機(jī)而與業(yè)主產(chǎn)生意見(jiàn)分歧,最后在業(yè)主強(qiáng)烈堅(jiān)持要求下,最終與業(yè)主和鄭州鼎盛公司達(dá)成一致,分別選用了鄭州鼎盛公司的1臺(tái)DLPC2022B單段破碎機(jī)破碎石灰石、2臺(tái)PCF300高效細(xì)碎機(jī)用于生料磨和水泥磨前,1臺(tái)DPX90單段細(xì)碎機(jī)用于石膏與混合材破碎。

該公司新建3000t/日新型干法生產(chǎn)線生料制備系統(tǒng)的工藝流程

A φ5.0×10.5m風(fēng)掃烘干磨使用細(xì)碎機(jī)與不使用細(xì)碎機(jī)  臺(tái)時(shí)、電耗比較表

項(xiàng)目
破碎系統(tǒng)
磨機(jī)規(guī)格
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量
(t/h)
綜合電耗
(kwh/t)
不使用細(xì)碎機(jī)
DLPC20.22B
φ5.0×10.5m
209.0
28.2
使用細(xì)碎機(jī)
DLPC20.22B
+PCF300
φ5.0×10.5m
266.7
24.41
用與不用
細(xì)碎機(jī)的比較
 
 
+57.7
-3.79
變化幅度
 
 
+27.61%
-13.44%

B 數(shù)據(jù)分析

a 磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量大幅度提高。使用細(xì)碎機(jī)后,磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量明顯提高,由不使用細(xì)碎機(jī)時(shí)的209.0t/h,提高到266.7t/h,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高57.7t/h,增產(chǎn)幅度為27.61%。

b 生料粉磨單位電耗大幅度降低。不使用細(xì)碎機(jī)時(shí),生料磨機(jī)單位電耗為28.2kwh/t,使用細(xì)碎機(jī)后,生料粉磨單位電耗為24.41kwh/t,降低單位電耗為3.79kwh/t,降低幅度為   13.44%。

C 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

生料磨采用細(xì)碎機(jī)后,不但提高了生料磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量,而且直接降低了生產(chǎn)單位電耗,按每生產(chǎn)生料節(jié)約電3.79kwh/t,每度電0.6元計(jì)算,每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約電費(fèi)2.274元,扣除增加細(xì)碎機(jī)后每噸耐磨件材料消耗0.3元/噸,每生產(chǎn)一噸生料可節(jié)約成本為1.974   元,按年產(chǎn)熟料100萬(wàn)噸,需耗用155萬(wàn)噸生料粉,則按此計(jì)算一年可節(jié)約電費(fèi)305.97萬(wàn)元,該項(xiàng)目總投資僅節(jié)電一項(xiàng)不足半年即可全部收回。

四、 結(jié)論

1、大型球磨機(jī)生產(chǎn)效能的發(fā)揮受到隔倉(cāng)板通料能力束縛,磨機(jī)直徑越大,該問(wèn)題越嚴(yán)重。
2、大型球磨機(jī)轉(zhuǎn)速低,單個(gè)鋼球單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)少,造成做功密度不足,粉磨效率低。
3、磨機(jī)直徑越大研磨體滯留帶的不利影響越大。
4、不可片面理解“大型球磨機(jī)帶球高度大粗碎能力強(qiáng)”,就破碎來(lái)講,破碎機(jī)的電能利用率高比球磨機(jī)高數(shù)十倍,必須重視入磨物料的粒度,并嚴(yán)格控制其級(jí)差。
5、選用大型細(xì)碎機(jī),將入磨物料粒度降至“最佳經(jīng)濟(jì)入磨粒度”,并嚴(yán)格控制少量大顆粒入磨物料存在,是提高大型生料球磨機(jī)效能的非常有效措施之一。

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