前言
水泥工業作為我國國民經濟的基礎產業，近年來在生產規模、生產技術水平、裝備水平等方面取得了可喜進展，2014年我國水泥產量達22億噸，占全世界水泥產量的一半以上，為我國經濟建設作出了巨大貢獻。但由于水泥生產需消耗大量資源，排放大量的煙塵、溫室氣體、氣體污染物，因此水泥工業節能減排是整個行業必須面對的問題。
在水泥生產過程中，粉磨電耗（原料粉磨+水泥立磨）占水泥生產總電耗的65%左右，因此如何降低粉磨電耗成為水泥工業節能的關鍵。而原料立磨作為原料粉磨設備，目前其技術及裝備水平已經非常完善且被廣泛應用于水泥廠，已經取得顯著的節能效果，為此如何降低水泥粉磨系統的電耗、提升水泥成品質量更成為降低水泥生產總電耗的關鍵環節。水泥粉磨采用預粉磨技術是目前水泥粉磨系統節能降耗的主要措施之一，我公司的VPM立磨便是順應節能降耗的要求，在吸收日本CKP技術基礎上開發出的新型水泥專用預粉磨設備。本文就此立磨及涉及的相關問題做一分析探討。
水泥預粉磨及相關問題探討
目前水泥粉磨系統主要有3種：球磨機系統、預粉碎設備+球磨機的聯合粉磨系統、立磨終粉磨系統。
球磨機系統具有運轉率高、水泥顆粒形貌優、產品質量好的特點，但由于其粉磨效率低、系統電耗大、系統產量低，已經不符合節能降耗的要求。
立磨作為水泥終粉磨設備，雖然其具有粉磨效率高、單位電耗低等優點，但由于其生產的水泥成品的顆粒級配及顆粒形貌的原因，致其需水量大、水泥早期強度發展不利，其產品不受終端用戶歡迎。
預粉碎設備+球磨機的聯合粉磨工藝綜合了前兩種粉磨方式的優點，不僅粉磨效率高，而且水泥顆粒特征也得到了明顯的改善，水泥相關物理性能均較優，水泥粉磨電耗較球磨機系統節約20%以上，目前已經作為主要的水泥粉磨工藝在水泥行業推廣應用。
預粉磨設備主要為料床擠壓類設備：輥壓機和立磨。
輥壓機目前作為預粉磨設備已經在國內大量使用，但由于其超高壓力（國內輥投影壓力：5000～6000kN/m2，國外洪堡：8500～10000kN/m2）對物料進行一次碾壓，使其對機械部件（軸承、液壓件、輥面耐磨材料等）的要求苛刻，導致輥面壽命短、設備故障率高、運轉率低等缺點，且由于其對物料水份要求高、喂料顆粒太敏感、旁路失效、循環率大、動靜打散效率差等特點，增加了二次耗能。
而我公司在吸收日本CKP技術基礎上開發的VPM立磨，由于其采用1500～2000kN/m2的輥面投影壓力對物料進行3～4次的擠壓與碾磨，與輥壓機比其具有以下優點：
與輥壓機的比較
VPM立磨各種粉磨工藝及其粉磨效率
為了表明VPM磨機的節能降耗效果，我們引用粉磨效率η這個概念，其公式為：
W0=Wm+η*WP → η=（W0 -Wm）/ WP
式中：W0--未用預粉碎設備時球磨機的單位電耗，kWh/T
Wm--應用預粉碎設備時球磨機的單位電耗，kWh/T
WP--預粉碎設備的單位電耗，kWh/t
η--預粉碎設備的粉碎效率，即預粉碎設備每做1 kWh，相當于球磨機做η kWh的功，η越大，粉磨效率越高
η是一個變數，它決定于預粉磨設備的型式，相關工藝參數，粉磨流程，在系統中吸收的功率等，據測定，隨著預粉磨設備吸收的功耗增加，η值會略有降低。
1．預粉磨系統
-圖1-
如圖1，熟料與混和材經VPM立磨上部溜子進入立磨，經立磨粉磨后的物料通過立磨下料溜子全部進入循環斗提，通過分料擋板，一部分進球磨機，另一部分重新進立磨。
此工藝主要應用于立磨與球磨機功率比小于0.4的場合，主要優點是系統簡單，設備少，運轉率高，系統投資少；采用此工藝，相對于單球磨機系統，系統產量最大可以增產50%以上，單位電耗下降15%～20%左右。
以下表中為2家工廠采用此工藝線的運轉實績：經計算，兩條生產線立磨的粉磨效率分別為1.95和2.05，粉磨效率很高。
2．聯合粉磨系統
-圖2-
如圖2，熟料、混合材、石膏與經VPM立磨粉磨后的物料一起，通過循環斗提進入V型選粉機進行分選，小于0.5mm的物料進球磨機粉磨，而粗顆粒返回立磨重新粉磨。
此工藝運用于VPM立磨功率與球磨機功率比值大于0.5的場合，該系統主要優點是系統產量高（增產100%以上），單位電耗低。
下表為VPM170在廣東JISN的運轉實績：（聯合粉磨系統）
我們對廣東JYSN水泥廠（上圖2聯合粉磨系統）的VPM出料以及經V選選粉后旋風筒收集的與收塵器收集的進球磨機的2種物料進行取樣，做顆粒級配分析，結果如下：
VPM立磨出口物料：(VPM磨機通過量：200t/h左右)
V選選粉后進球磨機的半成品：（100t/h）
對以上數據進行分析，進球磨機的半成品中，小于34.674μm的顆粒占44.63%，約 44T/H，此粒徑的顆粒作為水泥成品中的主要顆粒，完全可以用選粉機選出，作為水泥成品直接送到水泥庫，這樣可以減少球磨機負擔，減少過粉磨現象，提高球磨機效率。通過對VPM立磨出口物料分析，VPM出口物料小于0.5mm占66.3%，共有130T/H左右，這部分料如果將小于34.674μm選出33t/h左右（按選粉效率80%計算），小于0.5mm的仍然有100t/h左右，完全有能力提供給球磨機。
另外，立磨產品的顆粒形貌雖然不及球磨機產品，但比輥壓機好，且立磨可以作為水泥終粉磨被使用，為此在球磨機的水泥產品中加入一部分VPM立磨的成品，不會對水泥質量造成影響，只要嚴格控制選粉機，確保這部分成品的粒徑和比表面積合格。
根據以上分析，我們認為聯合半終粉磨系統可以較大幅度增加產量、降低電耗。
3．聯合半終粉磨
-圖3-
在我公司承擔工藝設計并提供主機設備(VPM立磨+球磨機)的江蘇沭陽沂淮水泥有限公司年產100萬噸水泥粉磨生產線中，采用如上圖所示的聯合半終粉磨系統，該系統于2015年3月投入生產，系統運轉穩定、產量高、電耗低，尤其是VPM2400立磨，加壓壓力為12MPa，運轉功率為1950～2000kW（額定功率的95%），振動在0.9～1.5mm/s，立磨運行平穩、高效。
下表為該系統的運轉實績：
關于水泥質量，我們與該廠老生產線（φ3.2 X13m開流磨系統）所生產的水泥進行對比，結果如下：
水泥質量相對于球磨機開流系統沒有降低，相反，在熟料少使用2%的情況下，3天強度反而提高了2.5MPa，這主要是因為水泥比表面積比老線高了300cm2/g。
同時，在輥壓機聯合半終粉磨系統中出現的水泥標準稠度需水量大幅度提高的現象（基本上＞29%），在此系統中沒有出現，反而比老線降低了0.6%（27.8%→27.2%），這主要是出立磨的細粉以塊狀和棱柱狀居多，而出輥壓機細粉顆粒以片狀和條狀居多，立磨細粉的顆粒形貌更好，出立磨的細粉比出輥壓機的成品更適合做水泥成品【1】。
另，我們對立磨半終粉磨中出立磨的水泥成品與輥壓機半終粉磨中出輥壓機的水泥成品進行取樣，做細度與比表對比，結果如下表：
出輥壓機的水泥成品45μm篩余比出立磨的水泥成品45μm篩余小很多，但其比表卻比出立磨的水泥成品小，這表明出輥壓機的水泥成品顆粒級配不合理，小于10μm尤其是3μm的顆粒含量少，而大顆粒含量多；而出立磨的水泥成品其比表與45μm篩余的關系與球磨機水泥成品相當，表明出立磨的水泥成品顆粒級配更接近球磨機產品。另外，為了提高出輥壓機的水泥成品的比表面積，勢必要提高選粉機轉速，選出的成品量就要減少，系統增產量就會下降。
結論：
1.VPM立磨具有很高的粉磨效率，而且根據工藝的不同，該立磨的效率也明顯不同(1.95～2.51)，只有采取合適的工藝，才能最大程度地發揮立磨效率，提高磨機產量.
2.VPM立磨半終粉磨系統中，立磨效率為2.51，為幾種工藝系統中的最高值,該工藝系統產量最高,單位電耗最低，且相對于聯合粉磨系統只增加了一臺渦流選粉機及很少的裝機功率，系統投資也增加不多，為此在今后的新線建設與老線改造中應大力推廣。
3.相對于輥壓機半終粉磨系統,VPM立磨半終粉磨系統無論從產品顆粒形貌還是產品顆粒級配均占優，VPM立磨更適合半終粉磨系統，通過系統調整，其生產的水泥強度、需水量、流動度等與球磨機相比無明顯變化。
作者：周烈 張建華
單位：江蘇鵬飛集團股份有限公司