水泥工业粉磨技术的发展趋势(ppt 69页).ppt

1、水泥工业粉磨技术的发展趋势,建筑材料工业技术情报所 中国硅酸盐学会科普工作委员会 2010年8月26日 西安,2010年中外水泥粉磨技术交流大会暨展示会,主要内容,1 、概述: 粉磨技术发展态势 2 、粉磨工艺及应用具体概况 2.1 生料磨； 2.2 熟料/水泥磨； 2.3 矿渣粉磨； 2.4 煤磨； 3、 重要的磨机进展 3.1 立磨；3.2 辊压机 4、 展望 主要参考资料：（1）ZKG04/2010; 德国一石咨询公司哈德先生的综述；(2) VDZ第六届国际水泥大会论文；(3)欧洲水泥研究院报告。,VDZ年会：原料开采和粉磨技术,矿山开采包括对公有的自然资源的占用。为开采权付费已不再是公

2、司面对周围居民应该履行的唯一义务。公司要和当地主管部门一起合作，采用可获得的最先进技术将其对环境的影响、噪声污染、灰尘和振动等降到最低。 欧洲目前实施了更为严格的颗粒物规定，在欧洲和美国，PM10粉尘规范已被PM2.5粉尘规范所取代。,将新水泥厂设在紧邻石灰石采石场除了明显的财务因素之外，也是一个降低实际开采活动和物料运输过程中的装卸活动对环境和居民造成影响的机会。居民们不仅仅能听到爆破声、看到灰尘，他们也担心用卡车将物料运到水泥厂的长途运输过程会破坏道路情况、造成交通工具超载、污染空气、影响人身安全。 公司现在正在石灰石山脉建立看不见的工厂，以取消物料的道路运输、降低噪声、减少粉尘。这也是为

3、什么Buzzi Unicem近几年在大的矿山中建立了地下工厂，开采的原料通过矿井投送，粉碎后通过传输带运到工厂。这些装置是全自动化的，唯一需要人力参与的是设备监控，因而把工人从噪声大、灰尘多的环境中解放出来了。,水泥工业中，粉磨工艺的主要发展趋势仍然是高效、节能以及系统简化。 就目前形势而言，在新的订货中，水泥工业中立磨所占比例已超过了60%，球磨机已经降低到不足30%。 不同粉磨工艺以及磨机类型的并存。磨机的生产能力增加了，但在某些情况下，由于减速机部件的原因，生产能力的增长受到限制。 目前，粉磨站的应用呈现出两位数的年增长率； 国内分别粉磨工艺在粉磨站的应用呈现增长态势，主要目的是提高粉磨

4、效率、减少电耗、提高产品的质量； 磨机供应商也随之增加，竞争压力增大。,1 、概 述 全世界水泥行业中的单独粉磨站约有600家（指的是年产20万吨以上的粉磨站）；中国的粉磨站大大小小都算起来有1800多家。 原因：“集中生产分散粉磨原理”的普遍运用，适合熟料生产的地方建熟料生产线，在有市场需求的地方建水泥粉磨站；包括现有小水泥厂在竞争中处于不利地位，改变用途，停止熟料生产，通常以粉磨站的形式继续运营。,最著名的两个水泥生产商拉法基和豪西盟，在2005年到2008年期间粉磨站数量分别增加了11和16家。总的算来，其占据了这个时期所建设的新粉磨站的16%。 就单独的粉磨站而言，已提及的粉磨工艺类型

5、都可以看到（如图1所示）。 目前，现有的水泥厂中，所安装的磨机大约70%是球磨机，这一统计数字包括中国在内。 在新粉磨站中球磨机更少，不足50%，高效粉磨工艺是首要考虑的问题。 这一趋势在水泥厂中得到了更好的体现，目前用于原料粉磨和煤磨的新球磨机仅占约10%（不包括中国）或15%（包括中国）。对用于水泥厂熟料粉磨的球磨机，也与粉磨站的数据差不多，不到一半。,图1 英国Cemex公司的Tilbury粉磨站,2 粉磨工艺及应用概况,水泥工业中使用四种磨机：球磨机、立磨机、辊压（即高压磨辊）机和筒辊磨。 磨机类型的发展主要取决于通过努力使能源达到更高效利用。然而，还需要考虑不同的磨机喂料，煤、熟料和

6、矿渣具有不同的易磨性、喂料颗粒的粒径范围及含水量，也要考虑不同的产量要求、细度和其他的质量参数。 因此，每种磨机及其相关粉磨工艺都比其他磨机更适合某些特定的应用和要求，并没有通用的磨机。 为发挥各种磨机的综合优势，联合粉磨工艺已设计出来，也是对原有球磨机改造，使其物尽其用的最好方式。,图2所示为2007到2008年，全世界水泥工业订购磨机的概况。这些数据并不包括由中国供应商对本地的提供，因为没有针对这一情况的准确数据材料。,图2 2007/2008年世界不同磨机的 订货比例（不包括中国市场）,过去两年对磨机供应商来说，是史上繁荣的两年，出售了660多台磨机，其中2007年373台，2008年2

7、89台。这个统计数据考虑到了包括当时由于正在发生的世界经济危机而取消的数字。 这660多台磨机中的61%（410台）是立磨。就西方供应商来说，63台立磨交付给中国（82%用于原料粉磨），而中国供应商只给中国境外的用户提供了5台。据估计，在这一期间，中国供应商为中国境内的用户供应了300台立磨。,除了上述统计的410台立磨外，供应商同时售出了189台球磨机（29%）和63台（10%）其他类型的磨机。 这63台其他类型磨机中有59台辊压机，仅有4台为水平辊磨。因此在当时，水平辊磨仅占到不足1%的市场份额。 图3所示为磨机的各个应用所占的比例。熟料/水泥磨以42%的比例占据了市场应用的最大份额，其次

8、是生料磨，占据了34%的份额。总的来说，煤磨和矿渣磨只占到不足总使用量四分之一的份额。 所有数据可以看出这两年磨机订单激增的背景，尤其说明的是，考虑到立磨交付时间最长、其他磨机的价格优势或自身的特定优势这些特殊因素，故在具体情况下，是否使用立磨很难决定。,图3 根据应用情况2007/2008年间购置的磨机比例,2.1 生料磨,生料磨的目的是将一些组分往往不同的材料进行粉磨，从而生产出均质的生料。喂料的水分一般控制在3-8%之间，但有时也会超过质量的20%。 当喂料颗粒尺寸为100-200mm时，细度要求一般为90mm的筛余量10%-15%（200mm的筛余量1-2%）。 图4显示这个时间段新粉

9、磨站中的80%安装了立磨，而先前为84%。 立磨的优势是能耗相对较低，磨内可同时进行粉磨、烘干和选粉，并拥有30-100%的大范围流量控制。 此磨机在中等生料硬度和0.09mm筛余量为12%的中等产品细度条件下，单位能耗低于10kWh/t。,图4 用于生料粉磨的磨机类型,立磨的增产率与回转窑生产能力的增长保持同步。例如，莱歇公司生产的LM69.6型磨机，其磨轨直径近7m，拥有6个磨辊（如图5所示），运行功率6600kW，粉磨中等硬度的水泥生料产量可以达到1200tph。 Grasim的Tadripatri工厂的实例表明，水泥生料硬度增大，磨机的生产能力明显下降。在这个工厂，两台LM69.6型生

10、料磨粉磨16 000tpd的生料，熟料产量为10000tpd 。每一台磨机都在自身所允许的420tph的生产能力下运转。然而，印度另外一个工厂，相同规格磨机的粉磨生产能力可以达到745tph。 目前，生产立磨的所有领先企业都制造生产能力超过600tph的磨机。 拥有数个独立磨辊的大型立磨在一个辊子或一对辊子停止工作时，仍能继续进行粉磨，至少使回转窑部分负荷运转成为可能。,图5 莱歇LM69.9磨示意图,球磨机仍占到了所有生料粉磨应用的12-13%，用于粉磨干的或磨蚀性的生料。 尽管诸如圆锥形球磨机及各种不同L/D的球磨机等新观念正在研究中，但球磨机的发展潜力似乎已被耗尽了。 由于新技术的发展，

11、虽然迄今辊压机通常与球磨机组成联合粉磨工艺，但是最近几年在终粉磨工艺中已经取得了成效。 水平辊磨几乎不再用于生料粉磨。 辊压机快速发展并得以成功的原因首要是改进了选粉机观念。KHD Humboldt Wedag在1994年将V型选粉机投入到了市场。与此同时，V型选粉机成为粉磨系统中的一个重要组成部分，销售量超过了135台。,图6所示的这样一个生料粉磨系统由一台或两台平行的辊压机、下置的静态V型选粉机和一台上置的高效选粉机组成，两台选粉机由气力输送衔接起来。在V型选粉机中进行物料的烘干、粗料的分离。 然后粗料通过斗式提升机返回到磨机喂料系统，与新鲜的喂料一起进行再次粉磨。细料通过选粉机进入成品收

12、集。过大尺寸的物料也由选粉机返回到辊压机中。可以利用此系统实现1000tph的产量。 特别是COMFLEXR紧凑型系统超出了系统简化的预期。如在奥洛格兰德，Polysius利用辊压机前两种选粉机的差异，贯彻了一个类似的理念。,图6 ComflexR粉磨系统示意图,2.2 熟料/水泥磨,对于水泥粉磨，通常磨机的粉磨能力都在100-200tph之间。这就意味着对产量为5000tpd的中型窑生产线，也需要使用数台磨机。 截至到目前，生产能力超过300tph的水泥粉磨设备只在少数几个工厂进行了安装。 磨机的粉磨能力主要取决于熟料和像矿渣或石灰石等混合材的易磨性，同时还取决于所要求的水泥细度。随着产品细

13、度增加，磨机产量下降。 最近几年的发展表明，如今不同的水泥磨机所生产的水泥质量差别不大。,图7表明，虽然球磨机的市场份额从59%降到了49%，但其仍然是水泥粉磨应用中常购置的类型。 相对而言，立磨所占份额从17%增加到了39%，辊压机和水平辊磨所占份额也略微有些下降。,图7 熟料粉磨机型,球磨机能量利用率低，也许有人不明白为什么它还能占到水泥磨机近一半的比例，其中的原因很复杂。 首先，由于球磨机操作简单以及高实用性得到高度评价，而将其应用于联合粉磨和终粉磨系统中（如图8所示）。 其次，闭路系统中经常将选粉机改造为高效选粉机，这牵涉到替换球磨机的购置或现存球磨机实现现代化的问题。,图8 在Nuh

14、 Cimento（丹麦史密斯）世界上最大的球磨机,有时所购置的球磨机只是作为立磨的备用品。 此外，与其他类磨机相比，球磨机具有价格优势，特别是由中国提供的（如图9所示）。,图9 中材国际为豪瑞水泥公司坦桑尼亚提供的球磨机（货运工程）,近年来，对球磨机的改进和优化也取得了一些进展。这些努力可以通过球磨机仍广泛应用、单位粉磨成本增加的事实得以体现。例如，VDZ或CRH的研究表明，现存的水泥磨机拥有较高的优化潜力。 一个重要措施就是改善磨球的级配，这可以降低大约10%的能量需求。 带料流控制的特殊的隔仓板和卸料篦板带来了又一重要改进。 旋转磨机筒体上的现代噪音检测装置，能够分别精确地测试出第一和第二

15、磨仓的填充水平。,HPGR/辊压机的灵活性使其能应用于各种系统构造中，作为“联合磨”与球磨机一起（如图10所示）用于预粉磨和半终粉磨，或作为单级粉磨工艺用于终粉磨。尤其是近些年，向终粉磨方向发展的趋势已经很明确了，造成这一情况的原因有以下三点： 1大大提高的粉磨元件服务寿命； 2使用动静结合选粉机的选粉新技术（如图11）； 3其他粉磨设备生产出的水泥，其质量特征不再有不同于球磨水泥的负面影响。,图10 在Ladce水泥厂（Koeppern）中拥有辊压机的联合粉磨系统,图11 SepolR HR选粉机用于Polycom终粉磨装置（伯力休斯）,辊压机终粉磨系统单位能耗达到了21kWh/t，辊压机耗

16、能为15.5kWh/t，占了大约79%，辅助设备、选粉机、风机、斗式提升机占了21%。,水泥粉磨采用立磨，在当前被视为一种技术突破。 然而，它并不是指所谓的预粉磨，而是指带有选粉机（如图12有95%熟料的波特兰水泥的粉磨，虽然多数供所示）的立磨用于终粉磨的技术。,图12 美国加利福尼亚波特兰水泥厂的OK磨机,对于含应商提供的常用磨机型号仅保证产量约为200tph，但磨机生产能力可以超过350tph（如图13所示）。为了达到更高生产能力的目的，向四个或更多个磨辊发展的趋势越来越明显，这就减小了磨辊规格，从而使磨机内的动态荷载和振动实现最小化。,图13 在VAE的Ras-Al-Khaimah立磨用

17、于熟料粉磨（莱歇）,与球磨机相比，立磨所实现的节能是所要求的粉磨细度的函数（如图14）。,图14单位能耗需求作为产品细度的一个函数（丹麦史密斯）,所有的立磨都体现了快速转换生产品种的优势，这是由于物料在磨内停留时间短，转换后很短的时间内就可以达到质量和产量参数要求，而无需使磨机停止运转。 另一方面，需要谨记，根据不同的磨机喂料来优化粉磨条件（粉磨速度、粉磨压力、喷水、粉磨助剂等）。同时，磨盘上挡料环高度只能根据单一产品被调整到最佳状态，否则就要采用折中办法。 磨机运转期间，粉磨料床的深度实际上仅受粉磨速度的影响。这就说明，在不久的将来，有必要为立磨增加各种速度的驱动元件，或完全引进新的驱动解决

18、方法。,在水泥终粉磨系统中，水平辊磨（筒辊磨）适合作为单级粉磨工艺使用。 在一些初期问题解决后，目前大型水平辊磨生产工艺被认为技术是成熟的。 水平辊磨引入市场已有十五年之久，到现在有40多台仍在运转（图15），而且大部分用于水泥粉磨。,图15 越南Cam Pha水泥厂的双卧辊磨（FCB Ciment）,与球磨机相比，水平辊磨可以节省高达50%的能量；与立磨相比，可以节省20%的能量23。 水平辊磨相对较低的生产率是其市场进一步发展的最大障碍。目前针对波特兰水泥，在用的最大磨机生产率为120tph。,在文献21-25中，提到了一台命名为BETA的磨机（图16），它是由水平辊磨转型而来的。 其粉磨

19、原理允许对磨床深度和粉磨压力进行单独设置，这就增加了其达到或超过辊压机效率的可能性。,图16 BETA磨机用于工业规格的BM250（CMP AG）,2.3 矿渣粉磨,粒化高炉矿渣（GBFS）的易磨性比水泥熟料要差30%，但是对矿渣的细度要求在4200cm2/g-5600cm2/g之间，这一数值比较高；含水率可以达到20%。 然而，矿渣粉磨只占了水泥工业粉磨系统很小的一部分，占所有应用的6%。正因为如此，只要几个订单就足以改变单个磨机类型的所占权重。经过一段时期的快速增长后，立磨在市场的份额由59%下降到了目前的45%（如图17）。,图17 矿渣粉磨的磨机类型,球磨机所占的份额基本维持恒定，其他

20、粉磨工艺在市场中的份额由19%上升到了34%，几乎翻了一番。但实际上辊压机所占份额是有限的，因为筒辊磨已被用于矿渣粉磨中了。,立磨的主要优点是它的工艺简单，集烘干、粉磨、选粉和物料输送于一体，加之非常好的能量利用效率和低的磨损率； 同时，立磨可以取得与球磨机一样高的粉磨细度，达到高于6000 cm2/g的勃氏比表面积（图18）。,图18 印度ACC的MPS BC磨机（GPAG）,在矿渣粉磨系统中，由于磨内较低的气流速度，外部物料的循环量高于生料和熟料粉磨的系统。 进入循环物料中的铁等金属利用磁性除铁器或其他装置清除。 立磨可以处理的最大水分含量为20%。含水物料具有助磨剂的作用，实际上有助于形

21、成稳定的料床。 磨机产量主要取决于喂料种类和产品细度。到目前为止，用于磨矿渣的立磨的能力已设计成最高可以达到300tph。,辊压机用于终粉磨，并且和球磨机一起用于联合粉磨工艺。 由于辊压机粉磨压力大，物料压缩时间短，因此在终粉磨中可以节省最多的能量。 最新一代的终粉磨设备布局非常紧凑（如图19）。,图19 辊压机复杂的粉磨系统（德国洪堡）,由于改进的选粉机技术以及延长的粉磨部件服务寿命，辊压机终粉磨设备已经可以替代立磨。 选粉机技术和气流烘干技术，允许往磨机中喂入含水率高达15%的粒化高炉矿渣（GGBFS）。 根据系统配置，对于辊压机来说，来自外部物料循环中的烘干料和来自最终选粉机中的粗物料都

22、能够混合作为辊压机的新喂料。 为了改善辊压机中物料喂入条件，喂料的最小含水率应大于2%。,2.4 煤磨,如今，粉磨固体燃料所要求的产品细度，就石油焦和无烟煤而言为90mm的筛余约0.5-5%；对于硬煤来说， 90mm的筛余为10-15%。每一种情况都要求200mm的筛余为0%。 煤的细磨会减少回转窑中NOx的排放，但同时也会降低煤磨产量，增加粉磨工序的单位能耗。将90mm的筛余减少两个百分点，就可以增加大约1kWh/t电能的消耗。 粉磨的单位能耗取决于产品所要求的细度以及粉磨能力，而磨机内的磨损量主要取决于煤中石英和黄铁矿的含量。,如图20所示，最近几年水泥工业中，两种类型的磨机占了煤磨应用中

23、的大部分。 立磨占到几乎90%的市场份额，而球磨机仅超过了10%。 球磨机几乎专用于粉磨易磨性差的燃料。 直到现在，在水泥生产中，用于煤磨的立磨生产能力达到了50tph。与更高的窑产能发展趋势保持步调一致已不成问题。对于燃料种类的改变、不同的易磨性及各种细度要求等问题，立磨都可灵活地进行处理，因为粉磨压力及一些情况下的磨盘速度可以完全自动化调节。,图20 煤磨磨机类型,3 重要的磨机进展,3.1 立磨 在生料和煤磨部分，立磨一直维持89-90%的高市场份额，并在熟料粉磨应用中的份额提高到了近40%。随着410台立磨的订购，包括矿渣粉磨系统（见图21），不同设计形式的数量增加了。 带更多磨辊而且

24、磨辊组件小型化成为主要的发展趋势，莱歇成功地将2+2原理转移到大型磨机上，并使用3+3原理。 归功于伯力休斯的Quadropol和丹麦史密斯的OK磨机，四辊磨机也已获得了应用。 另一方面，用于生料的Atox磨机和用于熟料及矿渣的OK磨机也说明了仍然有向专门化发展的趋势。 相比之下，订购丹麦史密斯FRM磨机的订单正在下降。,图21 法国鲁昂配有莱歇磨矿渣粉磨厂,立磨发展的一个基本目标是使维修量降到最低使其维护更容易。其他的发展集中在使驱动装置最优化，如伯力休斯的Quadropol（如图22所示），Gebr.Pfeiffer的ATOX磨或实施多元传动方式的MPS磨。 近期内的目的是改进用于立磨的伞

25、式行星齿轮装置的可靠性和使用性，传动功率超过3600kW的需额外增加一个行星齿轮级或斜齿轮级。,图22 Quadropol辊子构造的发展（伯力休斯）,除了已经确立的生产商莱歇、Gebr.Pfeiffer、丹麦史密斯和伯力休斯，其他商家尤其是来自中国的公司也正在努力获取市场份额。有时这些公司仿造已确立的生产商设计的磨机，甚至使用他们的专利商品名。 其中领先的中国供货商有合肥水泥研究设计院（HCRDI）、中国建筑材料集团以及他们的制造企业合肥中亚公司。这家公司的HRM4800磨机（如图23），有一台用于生料粉磨、台产450tph，表明不久就会出产750tph规格的磨机。,图23 中国的生料磨HRM4800 （HCRDI）,名单上其他为水泥工业提供立磨的中国公司包括中国建筑材料集团、天津水泥工业设计院和CDI（属于中国中材集团，与CemTeck公司在生产上进行合作）、中信重工、江苏鹏飞、沈重集团/北方重工、郑州环球重工、CKM（海螺与川琦合资）等等。 中国的生料粉磨和煤磨技术已处于领先地位，然而熟料和矿渣粉磨方面只取得了一点进展，仅有少量可供参考的资料。川崎重工与生产水泥的安徽海螺集团的合资表明，通过合资伙伴或领有许可证者，日本的VRM技术越来越多地被推向市场。 早期，川崎授权Technip CLE，允许进行预粉磨。Onoda/K