提高选粉效率对水泥闭路粉磨系统增产效果的定量分析

郑林昌，杜凤怀，唐永河

（1.云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南 昆明 650221）（2.四川信达五星节能科技有限公司 四川 绵阳 622651）

1 闭路系统的理论依据

在球磨机粉磨水泥的过程中，粗颗粒物料总是逐渐粉磨到合格的粒度。开始的时候，细粉少，粗粉多，粉磨效果好，细度快速下降，随着合格细粉的增多，粗粉变少，造成研磨体多数时间是对已合格的细粉的过粉磨，而粗粉在细粉的掩盖下，没有得到足够的粉磨，为了获得足够的合格细粉，必须延长粉磨时间，降低了磨机产量。这种现象可以从磨机内的细度筛分曲线得以确认。

为此，在有部分合格细粉的时候，就将粉体排出磨机进行分选，合格细粉作为成品收集，不合格粗粉再回到磨机重新粉磨，就能保持磨内始终处于粗粉量较多，有利于粉磨的条件下，从而提高磨机产量。这是闭路粉磨系统的理论依据。

2 系统的主要工艺流程及选粉效率现状

现有的水泥闭路粉磨系统基本上都是由辊压机、V型选粉机、球磨机和磨尾选粉机组成（见图1）。

按照闭路粉磨系统所能增产的理论依据，最理想的情况是排出磨机的粉体中的细粉能全部选出来，也就是选粉效率为100%，使得回磨的粉体全部是粗粉。

现有的选粉机采用的是空气分选，选粉效率不可能达到100%，加之受到体积、能耗、价格、操作等的影响，实际使用的选粉机很多运行在选粉效率40%~50%之间。其运行情况如图1：

图1 典型的辊压机、球磨机、选粉机系统

（1） 辊压机挤压后经V型选粉机分选所得的入磨粉料中，小于45μm的颗粒占到20%~50%；

（2） 球磨机出磨粉料中小于45μm的颗粒占50%~70%；

（3） 选粉后回到磨机的粗粉中小于45μm的颗粒占40%~60%；

（4） 选粉效率约40%~50%；

（5） 循环负荷率为200%~350%。

由此可见，现有闭路粉磨系统选粉效率低，循环负荷率高，有大量合格的细粉没有选出来，而是回到磨内反复研磨，占用了磨内空间，降低了粉磨产量。

3 提高产量的主要方式

为了提高现有粉磨系统的产量，主要有3种方式。

第一种是更换大规格的辊压机，直接增加粉碎能力，提高磨机产量，利用辊压机比球磨机能耗低的特性，达到增产节能的目的，这种方式效果明显、可靠，但一次性投资大。

第二种方式是通过对磨内衬板、隔仓板的重新设计，改变物料在磨内的流动状态，从而提高磨机产量。这种方式的优点是可在磨机定期更换旧的衬板、隔仓板时直接使用新设计的衬板、隔仓板。因此造价低，投资小。缺点是磨内实际运动状态不可测定、不可控制，无法定量设计、计算，增产效果不稳定。

第三种方式是进一步提高选粉机的效率，分选出更多的细粉，从而提高磨机系统的产量。

基于笔者的研究经历，主要探讨提高选粉机的选粉效率对粉磨系统增产效果的定量关系。

之前已有一些企业采用了更换选粉机的方式来提高磨机产量的做法，但实际效果不够理想。一些观点认为是磨机粉磨能力的问题，提出还需要对磨机进行改造才能达到提高产量的效果。这种说法把人们的关注点转到影响粉磨系统产量的多种因数讨论上，从而掩盖了在现有的选粉机改造项目中，选粉机效率没有显著提高这一根本事实。造成人们对通过提高选粉机效率提高磨机产量这一方法的怀疑。

为了能准确、定量的描述选粉效率的提高对粉磨系统产量的影响，本文基于现有实践经验和相关理论，建立了一个近似的数学模型，并利用此数学模型，定量的确认了不同条件下，选粉机效率提高的量对应的粉磨系统所能提高的产量。

4 提高选粉效率对水泥闭路粉磨系统增产效果的定量分析

4.1 基本概念

4.1.1基本概念与参数

根据图1所示的粉磨系统的各项关系。

设定：

a—出磨物料筛余%

b—回磨物料筛余%

c—选粉机成品筛余%

v—V选成品筛余（新增入磨物料筛余）%

Q—粉磨系统产量（等于V选成品量）

Qm—磨机内物料总流量（等于系统产量+回磨料量）

N—循环负荷率：

（回磨物料量是成品量的倍数）

η—选粉效率：

（成品中的细粉量占出磨料中细粉总量的百分比）

由于选粉效率公式中的参数随不同的操作习惯而不同，影响了计算结果的一致性。因此，比较不同选粉机的选粉效率，应该在两者产品细度相同（偏差小于±1%），出磨细度相近（偏差小于±5%）的情况下，比较其选粉效率的高低。

4.1.2基本前提：

第一：对于现有的闭路粉磨系统，其达到正常产量时，系统的相关参数是基本稳定的，包括：磨机产量、细度、循环负荷率、选粉效率等参数。特别是在其正常运行时，单位时间内经过磨内粉磨的物料总量不变（既不空磨也不饱磨）即：

第二：磨内研磨体对物料研磨过程中，一部分作用于细粉（已达到细度要求）上，未能形成磨机的产量。一部分作用于粗粉上，将其中一定比例的粗粉研磨成合格的细粉，形成磨机的产量。对于原有的粉磨系统，综合各种影响磨机产量的因数后，当磨内粗粉总量变化不大时，这一比例基本不变，可视为常数。

基于以上前提条件，本文提出一个新的概念：

磨机的粉磨系数：

其中：

△X=Xc-Xv—粉磨后新增加的细粉量，等于选粉后产品中的细粉总量减去新增入磨物料带入的细粉总量（V选成品带入的细粉量）。

=（Ya+Yb+Yv）/2—磨内平均粗粉量，等于入磨时的粗粉总量加出磨时的粗粉总量除以2，在其它条件变化不大的情况下，粉磨系数基本不变。因此，增加磨内平均粗粉量的比例（磨内物料总量不变），则粉磨后新增加的细粉量也就相应的增加。提高选粉效率，就能够减少回磨物料中的细粉量，增加回磨的粗粉量，也就增加了磨机的产量。

各参数间相互关系如下：

4.2 选粉效率提高对磨机产量的影响：

（1） 在成品细度控制不变，且新增入磨物料中的细粉百分含量不变时，即V选成品的筛余v不随Q的变化而改变时。即：c=c0，v=v0时。

设原有稳定运行状态下的各参数为：

则有：

对选粉机改造并提高选粉效率后，其K值不变，令：K=K0

则：

为了保持磨机工作稳定，磨内物料的总流量不变，即：

故：

公式（10） 即为选粉效率改变后，对应的磨机增产的百分量的计算公式，只要将原有系统的各项参数代入，以及改造后的选粉机效率数据代入，就可得到改造后的磨机系统的产量数据。

为了直观的获得选粉效率增加对应的磨机增产的百分量，可在明确原有的系统参数的条件下，得到效率增加与产量增加的关系曲线，即：η—Q曲线。例如：在以下常见的原有工况条件下，

当：c0=8%=0.08，N0=250%=2.5，η0=45%=0.45时，可得：

获得如图二中曲线1的增产百分量曲线。

由图中曲线1可见：当选粉效率提高5%时，磨机产量提高6%；选粉效率提高20%时。磨机产量提高22%。即磨机产量随选粉效率的提高基本成线性提高，且产量提高的百分率高于选粉效率增加的百分率。

图2 选粉效率增加值与增产百分率的关系

（2） 实际情况偏差：在辊压机规格能力较小时，其产生的细粉量不能随产量的增加而同比例的增加，极限状态是合格的细粉量固定不变，此时：

得：

公式（14）即为在辊压机能力不够，辊压机产生的细粉量固定的情况下，选粉效率改变后，对应的磨机增产的百分量的计算公式，同样，只要将原有系统的各项参数代入，以及改造后的选粉机效率数据代入，就可得到改造后的磨机系统的产量数据。

由此公式得出如图二中的η—Q曲线2。从曲线2可以看到：当选粉效率提高5%时，磨机产量提高5%；选粉效率提高20%时。磨机产量提高17.5%。即磨机产量随选粉效率的提高基本成线性提高，且产量提高的百分率略低于选粉效率增加的百分率。

实际增产量应介于曲线1和曲线2之间，即磨机产量随选粉效率的提高基本成线性提高，且产量提高的百分率约等于选粉效率增加的百分率，其最终结果取决于辊压机的能力。

4.3 在以上选粉机效率增加的条件下，其它因数对增产效果的影响：

我们还可在已知选粉效率提高了多少百分量的基础上，判断原有各参数的不同，对产量增加的影响，例如：根据公式（10）

设：η-η0=15%，即选粉效率提高15%的情况下：

（1） 当：c0=8%=0.08，η0=45%=0.45

得到原有循环负荷率的不同对增产的影响曲线：即N0-Q曲线。如图三中的曲线3所示：即原有循环负荷率越低，增产效果越显著。

（2） 当：N0=250%=0.25，η0=45%=0.45

图3 原始循环负荷率与增产百分率的关系

图4 成品细度与增产百分率的关系

得到原有产品细度的不同对增产的影响曲线：即曲线,如图四中的曲线4。

即原有产品越细，增产效果越显著

（3） 当：c0=8%=0.08，N0=250%=2.5，

得到原有选粉效率的不同对增产的影响曲线：即曲线，如图五中的曲线5。即原有选粉效率值越低，增产效果越显著。

4.4 半终粉磨系统对磨机产量的影响

现在还有一种做法半终粉磨系统：在辊压机V选之后增加一台选粉机，新增的入磨物料预先分选，将部分合格的细粉提前选出来进入成品，减少入磨的细粉量，留出新增产量的空间，下面对此方式能达到的效果进行定量分析。图6为典型的辊压机半终粉磨系统图：

图5 原始选粉效率与增产百分率的关系

V选的成品量为Q，经过新增加的动态选粉机预选后，一部分合格细粉Q'提前进入产品系统，其余的部分 进入磨机粉磨。

图6 典型的辊压机、动态选粉机、球磨机、选粉机系统

设动态选粉机的选粉效率为η'，则：

因辊压机成品细度不变，磨尾原有选粉机也没有改变，且最终的产品细度也保持不变。即：c=c0，η=η0，v=v0令：K'=K0

经过换算（篇幅所限，过程省略），可得：

目前的动态选粉机效率和磨尾选粉机效率处在同一水平，即：

η'=η0可得到半终粉磨系统能达到的产量公式：

按目前闭路粉磨系统的普遍运行情况，其基本参数为：

由公式（24）则可获得V选成品的细度v0与磨机产量Q的关系曲线，即：v0-Q曲线，如图7中的曲线7。

图7 半终粉末系统V选筛余量与增产百分率的关系

从图中曲线可以看出，辊压机产品的细度越粗，增产比例越低。在V选筛余为80%时，可增产5%；小于60%时，可增产10%；小于40%时，增产可达15%。当然，这是在选粉机效率不降低，特别是辊压机能力足够的条件下的结果。

5 结语

（1） 综合以上的图表及公式可知：在稳定运行的常规闭路粉磨系统中，单位时间内通过磨机的总物料量是稳定的（波动不大），当磨内条件变化不大时，其粉磨系数（粉磨能力）可视为常数。当提高选粉效率时，减少了磨内的细粉总量，增加了磨内的粗粉量，从而增加了可磨细的粗粉量，达到产量的提高。通常情况下，磨机产量提高的百分量约等于选粉机选粉效率提高的百分率。

（2）当改造或更换的选粉机选粉效率比原有选粉机增加15%以上，且现有闭路系统选粉效率低于50%，循环负荷低于250%，细度低于8%时，增产效果更加显著。

（3） 对于半终粉磨系统，其适合于辊压机能力富裕，V选后合格细粉含量大于40%以上的情况，在保证原有选粉效率不下降，且新增加的动态选粉机效率不低于原有选粉机的条件下，系统产量可增加10%到15%。如果V选后合格细粉含量小于30%，或选粉效率也有所下降，则系统产量的增加值会小于10%，甚至低于5%。

（4）对于通过提高选粉效率获得磨机系统增产的技改方案。应保证改造或新增的选粉机效率比原来提高15%以上。选粉效率应在同等条件（成品细度和出磨细度相同）下测试。

（5）对于辊压机能力强，尤其是目前的大辊压机（立磨）+小球磨，V选后合格细粉含量大于50%以上的系统，采用半终粉磨系统来达到增产的目的效果显著。