前言
水泥工业作为我国国民经济的基础产业，近年来在生产规模、生产技术水平、装备水平等方面取得了可喜进展，2014年我国水泥产量达22亿吨，占全世界水泥产量的一半以上，为我国经济建设作出了巨大贡献。但由于水泥生产需消耗大量资源，排放大量的烟尘、温室气体、气体污染物，因此水泥工业节能减排是整个行业必须面对的问题。
在水泥生产过程中，粉磨电耗（原料粉磨+水泥立磨）占水泥生产总电耗的65%左右，因此如何降低粉磨电耗成为水泥工业节能的关键。而原料立磨作为原料粉磨设备，目前其技术及装备水平已经非常完善且被广泛应用于水泥厂，已经取得显著的节能效果，为此如何降低水泥粉磨系统的电耗、提升水泥成品质量更成为降低水泥生产总电耗的关键环节。水泥粉磨采用预粉磨技术是目前水泥粉磨系统节能降耗的主要措施之一，我公司的VPM立磨便是顺应节能降耗的要求，在吸收日本CKP技术基础上开发出的新型水泥专用预粉磨设备。本文就此立磨及涉及的相关问题做一分析探讨。
水泥预粉磨及相关问题探讨
目前水泥粉磨系统主要有3种：球磨机系统、预粉碎设备+球磨机的联合粉磨系统、立磨终粉磨系统。
球磨机系统具有运转率高、水泥颗粒形貌优、产品质量好的特点，但由于其粉磨效率低、系统电耗大、系统产量低，已经不符合节能降耗的要求。
立磨作为水泥终粉磨设备，虽然其具有粉磨效率高、单位电耗低等优点，但由于其生产的水泥成品的颗粒级配及颗粒形貌的原因，致其需水量大、水泥早期强度发展不利，其产品不受终端用户欢迎。
预粉碎设备+球磨机的联合粉磨工艺综合了前两种粉磨方式的优点，不仅粉磨效率高，而且水泥颗粒特征也得到了明显的改善，水泥相关物理性能均较优，水泥粉磨电耗较球磨机系统节约20%以上，目前已经作为主要的水泥粉磨工艺在水泥行业推广应用。
预粉磨设备主要为料床挤压类设备：辊压机和立磨。
辊压机目前作为预粉磨设备已经在国内大量使用，但由于其超高压力（国内辊投影压力：5000～6000kN/m2，国外洪堡：8500～10000kN/m2）对物料进行一次碾压，使其对机械部件（轴承、液压件、辊面耐磨材料等）的要求苛刻，导致辊面寿命短、设备故障率高、运转率低等缺点，且由于其对物料水份要求高、喂料颗粒太敏感、旁路失效、循环率大、动静打散效率差等特点，增加了二次耗能。
而我公司在吸收日本CKP技术基础上开发的VPM立磨，由于其采用1500～2000kN/m2的辊面投影压力对物料进行3～4次的挤压与碾磨，与辊压机比其具有以下优点：
与辊压机的比较
VPM立磨各种粉磨工艺及其粉磨效率
为了表明VPM磨机的节能降耗效果，我们引用粉磨效率η这个概念，其公式为：
W0=Wm+η*WP → η=（W0 -Wm）/ WP
式中：W0--未用预粉碎设备时球磨机的单位电耗，kWh/T
Wm--应用预粉碎设备时球磨机的单位电耗，kWh/T
WP--预粉碎设备的单位电耗，kWh/t
η--预粉碎设备的粉碎效率，即预粉碎设备每做1 kWh，相当于球磨机做η kWh的功，η越大，粉磨效率越高
η是一个变数，它决定于预粉磨设备的型式，相关工艺参数，粉磨流程，在系统中吸收的功率等，据测定，随着预粉磨设备吸收的功耗增加，η值会略有降低。
1．预粉磨系统
-图1-
如图1，熟料与混和材经VPM立磨上部溜子进入立磨，经立磨粉磨后的物料通过立磨下料溜子全部进入循环斗提，通过分料挡板，一部分进球磨机，另一部分重新进立磨。
此工艺主要应用于立磨与球磨机功率比小于0.4的场合，主要优点是系统简单，设备少，运转率高，系统投资少；采用此工艺，相对于单球磨机系统，系统产量最大可以增产50%以上，单位电耗下降15%～20%左右。
以下表中为2家工厂采用此工艺线的运转实绩：经计算，两条生产线立磨的粉磨效率分别为1.95和2.05，粉磨效率很高。
2．联合粉磨系统
-图2-
如图2，熟料、混合材、石膏与经VPM立磨粉磨后的物料一起，通过循环斗提进入V型选粉机进行分选，小于0.5mm的物料进球磨机粉磨，而粗颗粒返回立磨重新粉磨。
此工艺运用于VPM立磨功率与球磨机功率比值大于0.5的场合，该系统主要优点是系统产量高（增产100%以上），单位电耗低。
下表为VPM170在广东JISN的运转实绩：（联合粉磨系统）
我们对广东JYSN水泥厂（上图2联合粉磨系统）的VPM出料以及经V选选粉后旋风筒收集的与收尘器收集的进球磨机的2种物料进行取样，做颗粒级配分析，结果如下：
VPM立磨出口物料：(VPM磨机通过量：200t/h左右)
V选选粉后进球磨机的半成品：（100t/h）
对以上数据进行分析，进球磨机的半成品中，小于34.674μm的颗粒占44.63%，约 44T/H，此粒径的颗粒作为水泥成品中的主要颗粒，完全可以用选粉机选出，作为水泥成品直接送到水泥库，这样可以减少球磨机负担，减少过粉磨现象，提高球磨机效率。通过对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，这部分料如果将小于34.674μm选出33t/h左右（按选粉效率80%计算），小于0.5mm的仍然有100t/h左右，完全有能力提供给球磨机。
另外，立磨产品的颗粒形貌虽然不及球磨机产品，但比辊压机好，且立磨可以作为水泥终粉磨被使用，为此在球磨机的水泥产品中加入一部分VPM立磨的成品，不会对水泥质量造成影响，只要严格控制选粉机，确保这部分成品的粒径和比表面积合格。
根据以上分析，我们认为联合半终粉磨系统可以较大幅度增加产量、降低电耗。
3．联合半终粉磨
-图3-
在我公司承担工艺设计并提供主机设备(VPM立磨+球磨机)的江苏沭阳沂淮水泥有限公司年产100万吨水泥粉磨生产线中，采用如上图所示的联合半终粉磨系统，该系统于2015年3月投入生产，系统运转稳定、产量高、电耗低，尤其是VPM2400立磨，加压压力为12MPa，运转功率为1950～2000kW（额定功率的95%），振动在0.9～1.5mm/s，立磨运行平稳、高效。
下表为该系统的运转实绩：
关于水泥质量，我们与该厂老生产线（φ3.2 X13m开流磨系统）所生产的水泥进行对比，结果如下：
水泥质量相对于球磨机开流系统没有降低，相反，在熟料少使用2%的情况下，3天强度反而提高了2.5MPa，这主要是因为水泥比表面积比老线高了300cm2/g。
同时，在辊压机联合半终粉磨系统中出现的水泥标准稠度需水量大幅度提高的现象（基本上＞29%），在此系统中没有出现，反而比老线降低了0.6%（27.8%→27.2%），这主要是出立磨的细粉以块状和棱柱状居多，而出辊压机细粉颗粒以片状和条状居多，立磨细粉的颗粒形貌更好，出立磨的细粉比出辊压机的成品更适合做水泥成品【1】。
另，我们对立磨半终粉磨中出立磨的水泥成品与辊压机半终粉磨中出辊压机的水泥成品进行取样，做细度与比表对比，结果如下表：
出辊压机的水泥成品45μm筛余比出立磨的水泥成品45μm筛余小很多，但其比表却比出立磨的水泥成品小，这表明出辊压机的水泥成品颗粒级配不合理，小于10μm尤其是3μm的颗粒含量少，而大颗粒含量多；而出立磨的水泥成品其比表与45μm筛余的关系与球磨机水泥成品相当，表明出立磨的水泥成品颗粒级配更接近球磨机产品。另外，为了提高出辊压机的水泥成品的比表面积，势必要提高选粉机转速，选出的成品量就要减少，系统增产量就会下降。
结论：
1.VPM立磨具有很高的粉磨效率，而且根据工艺的不同，该立磨的效率也明显不同(1.95～2.51)，只有采取合适的工艺，才能最大程度地发挥立磨效率，提高磨机产量.
2.VPM立磨半终粉磨系统中，立磨效率为2.51，为几种工艺系统中的最高值,该工艺系统产量最高,单位电耗最低，且相对于联合粉磨系统只增加了一台涡流选粉机及很少的装机功率，系统投资也增加不多，为此在今后的新线建设与老线改造中应大力推广。
3.相对于辊压机半终粉磨系统,VPM立磨半终粉磨系统无论从产品颗粒形貌还是产品颗粒级配均占优，VPM立磨更适合半终粉磨系统，通过系统调整，其生产的水泥强度、需水量、流动度等与球磨机相比无明显变化。
作者：周烈 张建华
单位：江苏江南集团股份有限公司