水泥技术|生料配煤量对粉磨电耗的影响

防水之家讯：全黑生料中，煤是一种既作燃料也作配料组分的特殊原料。各厂在配制生料时，往往只注重其煅烧所需的热量，而对作为原料可能产生的不利于粉磨的因素如易磨特性、配入量等等，则未引起足够重视。这些因素中，尤以配入量对粉磨的影响最大。实测表明，在使用比原料难磨的燃料时，配煤10%～20%，生料粉磨电耗通常可增大20%～50%以上。本文对此进行了试验对比，同时提出改善措施供生产参考。

1　影响因素与结果分析


1.1　配煤量
实际生产中，全黑生料的配煤量一般都在图1所示的范围，即10%～20%之间。按照这一范围，采用GB9964<水泥原料易磨性试验方法>分别取配煤量5%、10%、15%和20%进行配料粉磨试验，测定当量所需的单位粉磨电耗Wi，并用于磨机产量和电耗计算，以此论证不同配煤量对粉磨的影响程度。试验结果如表1。


图1　黑生料配料范围 表1 不同配煤量对生料粉磨电耗Wi的影响 原料来源 配比/% Wi/(kWh/t) Wi比值/% 煤 石灰石 粘土 铁粉 铁矿石 萤石 石灰石：安庆水泥厂 煤：海螺集团

0 100 9.92 100 5 95 10.17 102.5 10 90 12.83 129.2 15 85 13.69 138.0 20 80 16.91 170.5 石灰石：巢湖铸造厂第二水泥分厂 煤：海螺集团

0 100 12.70 100 10 90 15.61 122.9 15 85 17.43 137.2 20 80 20.18 158.9 石灰石：齐银水泥有限公司 煤：合肥水泥研究设计院

0 100 15.49 100 0 82.59 12.81 3.22 1.38 15.68 101.2 5 77.59 12.81 3.22 1.38 16.32 105.4 10 72.59 12.81 3.22 1.38 24.08 155.5 15 67.59 12.81 3.22 1.38 27.66 178.6 芜湖县水泥厂 0 100 12.25 100 5 78.34 13.71 2.95 12.89 105.2 9.5 73.84 13.71 2.95 15.13 123.5 12.75 70.59 13.71 2.95 16.54 135.0

表1试验得出:石灰石及其配料随着煤的掺入，Wi即发生变化。在配煤量≤5%时，变化尚不明显，当配煤量≥10%左右时，以此为分界点，电耗开始骤增，呈直线上升状态，配煤量为10%、15%和20%的配料，Wi值分别增大近20%、30%和50%以上。表1中，两组以石灰石单掺煤的配料，排除了其他组分的干扰，因此，其电耗的增大部分完全是由煤所致。在多组分配料中，煤的影响将受多组分干扰而变得较为复杂。某些原料如粘土、砂岩、铁粉或炉渣等的配入可起到一定的改善作用，而高掺量的矾土、铁矿石以及钢渣、矿渣类难磨原料，则可加剧其影响程度。尽管如此，受煤影响的Wi试验值成正比增大这一结果却是相同的。表1中两组配煤量相近的多组分配料，其粉磨电耗就存在着差别，以铁矿石配料的一组偏大。然而，该掺量下的铁矿石对粉磨的影响极其有限，单掺的试验结果仅增大1%左右，掺10%以上的煤导致的Wi增幅则达20%～70%。上述各组试验在定性和定量上都具有明显的规律。表2所列部分厂的生料实测结果，也可看出有一致的规律。 表2 生料不同配煤量的粉磨电耗Wi部分实测结果 生产厂 原料及配比/% 石灰石Wi
/(kWh/t) 生料Wi
/(kWh/t) 增幅
/% 石灰石 粘土 铁粉 煤 其他 南平水泥厂 84.68 13.97 1.35 　 9.54 9.20 －3.6 洛阳水泥厂 84.90 　 1.48 5.0 砂岩 8.62 12.88 12.09 －6.1 镇江水泥厂 76.60 11.10 3.3 5.0 (萤石＋石膏)4.0 12.27 12.21 －0.5 芜湖县水泥厂 78.34 13.71 2.95 5.0 　 12.25 12.89 ＋5.2 洋青水泥厂 73.52 12.88 　 9.8 (铁矿石＋萤石)3.8 12.06 15.72 ＋30.3 大田县水泥厂 76.0 10.80 　 10.8 (萤石＋硫铁矿)2.4 9.59 14.10 ＋47.0 蒙城县水泥厂 71.0 14.0 4.0 11.0 　 12.40 15.09 ＋21.7 巴东水泥厂 76.15 8.33 3.32 12.2 　 12.16 17.02 ＋40.0 (厂名待查) 69.3 　 3.30 13.41 (矸石＋页岩＋萤石) 13.99 11.67 17.47 ＋49.7 齐银水泥有限公司 67.58 12.82 　 15.0 (铁矿石＋萤石) 4.60 15.49 27.66 ＋78.5 其他厂石灰石/生料/(kWh/t) 杭州水泥厂8.77/13.07； 盐井水泥厂11.21/19.63； 五莲水泥厂12.59/16.06； 巢湖市水泥厂11.67/17.92； 大田水泥厂9.59/14.10； 花山水泥厂11.67/16.23； 南海水泥厂12.98/15.86； 淮北市水泥厂15.07/18.70


1.2　煤质
通常意义上的煤质泛指包括热值在内的各项理化指标。这些指标在很大程度上决定了煤的粉磨难易程度，即易磨性。目前我们采集到国内几种煤的易磨性Wi在16～30kWh/t之间，其中，山西潞安煤为16.28kWh/t，安徽省淮南煤为22.16kWh/t，河南平顶山煤为30.59kWh/t。其中的最大差值几近半数，必然会影响到生料的粉磨效果。
由表3可见，在石灰石中分别配入不同Wi值的煤，即便配入量相同，其试验结果也发生改变，以Wi值较低的煤配料相对易磨，在表列范围内，两者所需的粉磨电耗相差7%～10%。可见，煤质和配入量的共同作用，是构成黑生料粉磨电耗偏高的主要原因。同时也说明生产中在配制黑生料时，若选用Wi较低的煤配料，对控制配入量引起的粉磨电耗的大幅度增加，可起到一定的改善作用。

表3 不同煤质配料对粉磨的影响 石灰石Wi/(kWh/t) 煤Wi/(kWh/t) 配比/% 配料Wi/(kWh/t) 增幅/% 煤 石灰石 9.67 18.33 10 90 12.72 31.5 27.09 10 90 13.39 38.5 11.91 22.16 15 85 16.77 40.8 28.72 15 85 17.91 50.4
1.3　影响结果分析
上述影响因素，最终导致工业生产中的磨机产量降低，粉磨电耗增大。根据邦德公式，并引入实际生产工艺和设备参数(C1～C6)，可求得不同试验值与工业值的变化关系:

式中:Q——磨机产量，t/h；
η——磨机传动效率，η=0.95；
P80——80%通过的产品粒径，μm；
F80——80%通过的入磨物料粒径，μm；
C1——磨机直径D的修正，C1=(2.44/D)0.2；
C2——干法闭路粉磨时的修正，C2=1.30；
C3——干法开流粉磨时的修正，C3=1.04～1.70；

由式，按Φ2.4m生料磨干法闭路粉磨，装机功率N=560kW，入磨粒度F80=15mm，产品粒度P80=92μm进行修正并计算，不同Wi试验值对磨机产量和电耗的影响结果见表4。

表4 Wi试验值对Φ2.4m磨机产量和电耗的影响 生料Wi/(kWh/t) 增幅/% 计算电耗/(kWh/t) 增幅/% 计算产量/(t/h) 增幅/% 12 　 17.0 　 32.8 14 16.7 20.7 21.8 27.1 －17.4 16 33.3 24.7 45.3 22.7 －30.8 18 50.0 29.1 71.2 19.3 －41.2计算可知，相同生产条件下，随Wi试验值的增大生料磨产量近似于同比降低，粉磨电耗的增大比例则相对较大。当生料Wi值按16.7%递增时，磨机产量以>10%速率降低，而粉磨电耗则以>20%的速率增大。实测各厂黑生料的Wi值绝大部分均处于表4中的高位，相对于石灰石的增大幅度也接近表列水平，因此，煤质和配煤量对生产的影响显而易见。

2　改善措施


2.1　粉磨工艺和设备
采用先进的粉磨工艺及设备如挤压机是消除上述影响的最有效的方法。实测表明，挤压机高产节能效果，得益于其粉碎机理所决定的大幅度改善物料粉磨特性的作用。表5列出两种不同粉碎方式的试验对比。 表5 挤压机降低粉磨电耗Wi的实测比较 生产厂 物料 颚式破碎Wi/(kWh/t) 挤压＋打散Wi/(kWh/t) Wi比值/% 耀州水泥厂 石灰石 16.34 5.82 －64.4 山东水泥厂 生料 11.80 7.81(粗仓) －33.8 山东水泥厂 生料 11.80 8.54(细仓) －27.6 安庆水泥厂 熟料 20.83 10.17 －51.2结果表明，水泥各种原料经挤压打散后，易磨性得以显著改善，其粉磨所需的电耗均低于用传统的颚式破碎机或锤式破碎机预粉碎的系统，达30%～60%，此值同挤压机在实际生产中的节电效果完全一致。即使是较为难磨的水泥熟料，挤压后的Wi值也仅相当于石灰石的最低水平而达到良好的易磨状态。因此，黑生料粉磨电耗受煤影响的因素，完全可通过挤压机的节能作用得以消除。此项技改需投资较大，但从长远的观点看，这是提高立窑厂综合效益的根本途径。
2.2　配料方式
对大多数立窑厂而言，采用半黑生料配料，控制配煤量在5%左右，也许更为简单、直接。因此，生产中采用少配难磨的煤，配用易磨煤的方法来制备半黑生料或黑生料并相应调整其烧成工艺，可显著节省粉磨电耗。

3　结语

实测和上述试验均一致证明，在采用难磨燃料情况下，生料配煤量愈高，粉磨所需的电耗愈大。其改善措施最有效的方法是采用挤压粉磨系统，通过配煤量的改变或采用易磨燃料也可显著节电。
本文试验结果，也对煤的粉磨作用提出了不同解释。传统观点一直认为:煤具有助磨作用。试验结果与之并不尽然。当采用的煤本身Wi为16～30kWh/t，高于常规水泥原料及其配料，其低值已接近于熟料的粉磨难度，高值更难粉磨；随着煤的加入量增大，生料粉磨电耗即开始增大，至于采用Wi值小于16kWh/t的煤时，是否也有上述同样结果，尚需采集该类煤试验后才能确定。

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