立磨選粉系統(tǒng)改造

　　0、前言
　　立磨是水泥行業(yè)、煤炭工業(yè)、電力部門等廣泛應(yīng)用的粉磨機(jī)械，具有中碎、細(xì)碎、粉磨、選粉及烘干于一體等優(yōu)點(diǎn)。立磨用于生料和煤粉制備已有半個多世紀(jì)的歷史^[1]。關(guān)于立磨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理不少書籍資料中已有詳細(xì)的介紹，這里筆者不贅述。筆者僅針對立磨技術(shù)改造中的選粉系統(tǒng)作介紹。我公司的SLK型選粉機(jī)投入市場已有幾年時(shí)間，全國各地多家水泥廠、礦業(yè)公司使用該類型選粉機(jī)，其優(yōu)良品質(zhì)得到一致認(rèn)可。近年來在立磨技術(shù)改造中多次用到該類型選粉機(jī)，在生料和煤粉制備的實(shí)際生產(chǎn)過程中證實(shí)了用SLK型選粉系統(tǒng)改造后的效果。

　?。?STRONG> 立磨選粉系統(tǒng)存在問題及分析
　　1.1 系統(tǒng)漏風(fēng)，主要由于立磨本體密封不嚴(yán)和三道鎖風(fēng)閥漏風(fēng)，造成系統(tǒng)出磨溫度低，壓差過小。在水泥廠最可能發(fā)生的問題就是三道鎖風(fēng)閥漏風(fēng)問題，因?yàn)樵阪i風(fēng)閥本來需要一種特殊的耐磨材料。但這種材料價(jià)格昂貴，考慮到資金方面的問題，結(jié)合水泥廠使用的磨機(jī)產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出窯正常生產(chǎn)的所需的生料。因此，水泥廠就用普通的鋼板來代替上述所需的特殊的耐磨材料，利用生料均化庫達(dá)到要求時(shí)停磨的時(shí)間進(jìn)行更換磨損的鋼板。因此，在沒及時(shí)更換時(shí)最容易引發(fā)系統(tǒng)漏風(fēng)問題。

　　1.2 熱風(fēng)管道積灰，當(dāng)熱風(fēng)管道積灰超過2/3時(shí)，入磨溫度和壓力偏低，物料烘干不及時(shí)。

　　1.3 噴口環(huán)是由與水平方向成斜向菱形槽口組成，在磨盤周圍一圈，內(nèi)鑲襯板。入磨氣體在噴口環(huán)改向和空氣導(dǎo)向錐導(dǎo)向作用下呈旋流風(fēng)人磨，阻止物料通過噴口環(huán)下跌，符合粒度要求的物料由旋流風(fēng)輸送到上部分離器。入磨檢查發(fā)現(xiàn)噴口環(huán)襯板磨損嚴(yán)重，另外噴口環(huán)與磨盤之間的間隙已由原來的6-8 mm磨損到平均20 mm，個別處達(dá)40mm。噴口環(huán)襯板磨損以及噴口環(huán)與磨盤之間的間隙增大，磨腔內(nèi)不能形成良好的旋向風(fēng)，使風(fēng)壓失衡或噴口環(huán)風(fēng)速不夠，吹不起磨盤邊緣溢出的物料。操作中為保證噴口環(huán)風(fēng)速，必然調(diào)大風(fēng)機(jī)前風(fēng)閥開度，以增大風(fēng)量；這將導(dǎo)致三個不好的結(jié)果，第一是立磨上部選粉機(jī)風(fēng)量超過額定風(fēng)量太多，選粉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高許多，回粉量增大，選粉效率降低；第二是由于風(fēng)量加大，立磨及其選粉機(jī)內(nèi)部風(fēng)速加快，設(shè)備磨損加?。坏谌怯捎陲L(fēng)量加大，風(fēng)機(jī)電流增大，風(fēng)機(jī)能耗增加，由于回粉量增大，立磨能耗增加，因此系統(tǒng)能耗增加。

　　1.4 選粉機(jī)灰斗與下錐體之間風(fēng)速過低。灰斗的作用主要有兩方面；第一，一方面收集選粉區(qū)域粗粉使其回到磨盤中心，以阻止粗粉在回到磨盤前又被帶到選粉區(qū)域；另一方面新喂入的料送進(jìn)灰斗，以便含大顆粒的新喂料得到均勻分布，使磨輥的磨損均勻；第二，一方面控制磨盤到選粉區(qū)域的物料流，降低磨盤上方氣流內(nèi)亂所造成的不必要的物料內(nèi)循環(huán)；另一方面將磨盤上方的含塵氣體逐漸加速到達(dá)選粉區(qū)域，這時(shí)若選粉機(jī)灰斗與下錐體之間風(fēng)速過低，一部分含塵氣體到達(dá)不了選粉區(qū)域，這必然造成不必要的物料內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致磨機(jī)能耗增加，產(chǎn)量降低。

　　1.5 選粉室錐度不太合理。在渦流中運(yùn)動的粉塵顆粒同時(shí)受重力、空氣拽力和旋轉(zhuǎn)離心力的作用，在理論上，重力與粒徑的三次方成正比、空氣拽力與粒徑平方成正比、而離心力與粒徑三次方乘軌跡曲率半徑再乘角速度平方的積成正比，所以不同初速度和不同粒徑的粉塵顆粒在運(yùn)動中會有不同的運(yùn)動軌跡。改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可改變粉塵顆粒的初速度和選粉區(qū)渦流的流線曲率，從而也就改變了顆粒所受空氣拽力的方向和離心力的大小，可有效地調(diào)節(jié)成品細(xì)度。由于選粉室錐度不太合理的影響，造成選粉區(qū)域高度方向上負(fù)壓大小不一致，風(fēng)速大小不一致，從而空氣拽力不一致，導(dǎo)致選粉質(zhì)量及產(chǎn)量下降。在同等轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下，空氣拽力大的地方，粗顆粒也能進(jìn)入成品，空氣拽力小的地方，細(xì)顆粒也不能進(jìn)入成品。

　　1.6 導(dǎo)風(fēng)葉與轉(zhuǎn)子間距太大。這個區(qū)間為分散分離功能區(qū)，物料在該區(qū)間隨氣流一起形成邊下降邊旋轉(zhuǎn)的螺旋運(yùn)動，顆粒流在該環(huán)形區(qū)間形成環(huán)形料柱，該柱體與平面進(jìn)氣流正交；固相顆粒在氣流粘性力的作用下具有隨氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的趨勢，又具有沿切向作直線運(yùn)動的慣性，細(xì)顆粒慣性較小隨氣流運(yùn)動的趨勢更強(qiáng)，沿一條不與任何流線吻合的路徑進(jìn)入轉(zhuǎn)子；粗顆粒因具有更大的慣性不能被氣流帶進(jìn)轉(zhuǎn)子，它們與導(dǎo)風(fēng)葉相碰后邊旋轉(zhuǎn)邊下降掉入灰斗。在該區(qū)間存在風(fēng)速梯度，氣流速度梯度有助于物料分散。若氣流速度梯度太大，則分級力場不均勻；若氣流速度梯度太小，對物料分散作用弱，分級效果必然不理想，分級精度無疑會降低；另外該區(qū)內(nèi)不同頻率尺度的湍流渦也影響物料分散性，進(jìn)而影響分級精度和分選效率。總之，該區(qū)的寬窄影響物料的分離時(shí)間及速度梯度的變化，從而影響分級性能指標(biāo)；該區(qū)寬，則物料的分離時(shí)間長，氣流速度梯度大，分級力場不均勻，物料易結(jié)團(tuán)，分散性差，分級精度低；該環(huán)形區(qū)適當(dāng)變窄可增大粘性耗散能，由于物料的分散度與湍流粘性耗散能成正比，故物料分散性變好，分級精度提高，但該環(huán)形區(qū)太窄將影響物料通過該區(qū)。

　　1.7 導(dǎo)風(fēng)葉與轉(zhuǎn)子在高度方向不一致。在選粉機(jī)運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)風(fēng)葉形成半自由渦，粗細(xì)顆粒由于所受慣性力不一樣而產(chǎn)生分離，粗顆粒由于所受慣性力較大而傾向作直線運(yùn)動，細(xì)顆粒由于所受慣性力小而傾向于隨氣流運(yùn)動；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動形成強(qiáng)制渦，粗顆粒由于所受離心力較大而拋向?qū)эL(fēng)葉，瞬時(shí)速度為零而掉入灰斗，細(xì)顆粒由于所受離心力小而隨氣流進(jìn)入轉(zhuǎn)子。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)葉與轉(zhuǎn)子在高度方向不一致時(shí)，在高度方向氣流速度梯度會很大，分級力場很不均勻，分級精度很低。

　　1.8 粗粉與細(xì)粉返混。物料在轉(zhuǎn)子葉片之間靠徑向氣流輸送，相鄰葉片間的通道中徑向氣流由于反旋渦流，形成非對稱分布；葉片迎風(fēng)面附近向心流速較大，葉片背風(fēng)面附近向心流速較小或出現(xiàn)向外的徑向流速，這種不必要小旋渦造成粗細(xì)粉返混，帶來分割粒徑偏差，降低分級精度。

　　1.9 葉片磨損嚴(yán)重。由于導(dǎo)風(fēng)葉片出口含塵氣流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子邊緣線速度，因此含塵氣流對轉(zhuǎn)子葉片造成強(qiáng)烈沖刷而引起磨損。

　　1.10 選粉機(jī)轉(zhuǎn)子與殼體之間密封效果差。分級機(jī)密封失效是造成產(chǎn)品跑粗的原因之一，使得細(xì)粉中混入毫米級顆粒，粒徑波動大，給產(chǎn)品質(zhì)量造成較大影響。原立磨分級機(jī)密封采用迷宮式密封，靠控制密封間隙來保證密封效果，但由于間隙始終存在，使部分較粗甚至毫米級顆粒沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)子分選就混入成品。而且，迷宮密封方式要求回轉(zhuǎn)部件與靜止部件間的間隙較小，若同心度保證不好，將會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子無法轉(zhuǎn)動，給安裝帶來困難。

　　2 立磨選粉機(jī)結(jié)構(gòu)改造
　　針對傳統(tǒng)選粉裝置(如圖1所示)的不足，開發(fā)了SLK立磨選粉機(jī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。在平面渦流選粉的基礎(chǔ)上，對分級室殼體、導(dǎo)風(fēng)葉片、轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)風(fēng)葉片與轉(zhuǎn)子葉片間距等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，改善了物料分散效果，縮短了物料分離時(shí)間，減少了粗細(xì)粉返混的機(jī)率，進(jìn)一步提高了選粉效率，減少了物料在磨內(nèi)的循環(huán)，減少了動力損耗，提高了磨機(jī)的粉磨效率。SLK選粉系統(tǒng)其主要的性能優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾方面。

　　2.1 分級室的研究設(shè)計(jì)
　　由于立磨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，含料氣體是從下部向上流動，容易造成上下氣流速度波動，影響選粉效果。因此其分級室在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮殼體導(dǎo)流角度，保證選粉過程氣流均勻性和穩(wěn)定性。經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果得出分級室殼體傾斜角取75°～80°^[2]時(shí)為氣流速度分布最佳的結(jié)論。

　　2.2 異形導(dǎo)風(fēng)葉片
　　SLK選粉系統(tǒng)特有的異形導(dǎo)風(fēng)葉片，使得含料氣體在通過導(dǎo)風(fēng)葉片后，其氣流速度突變，大顆粒因慣性較大保持原有運(yùn)動方向而與導(dǎo)風(fēng)葉片的背風(fēng)面相撞失去動能落入內(nèi)錐體。較細(xì)粉則隨氣流進(jìn)入選粉區(qū)域進(jìn)行分選，減少了不合格顆粒進(jìn)入選粉區(qū)，起到了預(yù)分選效果，提高選粉系統(tǒng)的處理量，達(dá)到高產(chǎn)、低耗的目的。與傳統(tǒng)的直形導(dǎo)風(fēng)葉片相比，通過異形導(dǎo)風(fēng)葉片的氣流速度與轉(zhuǎn)子的外邊緣的速度相當(dāng)，從而減少了含料氣體對轉(zhuǎn)子葉片的沖刷磨損。

　　2.3 異形轉(zhuǎn)子葉片
　　與傳統(tǒng)的直形轉(zhuǎn)子葉片相比，異形轉(zhuǎn)子葉片, 這種特殊的結(jié)構(gòu)利于細(xì)粉的進(jìn)入與粗粉的拋出，提高了選粉效率, 有助于減少轉(zhuǎn)子葉片間的局部渦流^[3]。

　　2.4 氣流密封方式設(shè)計(jì)

圖2 SLK立磨選粉機(jī)改造結(jié)構(gòu)

　　3 立磨選粉系統(tǒng)改造
　　1、SLK型選粉機(jī)取代SLS型選粉機(jī)。SLK型選粉機(jī)是我公司針對立磨選粉系統(tǒng)存在問題而特別研發(fā)的與立磨配套的高效選粉機(jī)，它解決了以上5、6、7、8、9、10條中提到的問題。SLK型渦流選粉機(jī)特點(diǎn)如下：

　　處理量大  通過最優(yōu)化的風(fēng)速，允許更多的物料直接進(jìn)入選粉機(jī)。
　　效率高   通過最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)及安裝異形轉(zhuǎn)子葉片、異形導(dǎo)風(fēng)葉片，避免了細(xì)顆粒回到磨機(jī)產(chǎn)生過多的物料內(nèi)循環(huán)。
　　精度高   特殊的動態(tài)氣流密封，分級流場氣流速度穩(wěn)定、物料分布均勻，其旁路值≤2%，保證了合格的產(chǎn)品粒度80μm篩篩余8~16%之間任意可調(diào)。
　　磨損小  異形導(dǎo)風(fēng)葉片的設(shè)計(jì)使氣流穿過缺口的速度和轉(zhuǎn)子輪緣速度接近，使轉(zhuǎn)子葉片磨損很小。

　　2、及時(shí)清理熱風(fēng)管道積灰，保證有足夠的風(fēng)溫和風(fēng)壓。

　　3、調(diào)整三道閥板，使其位置居中，左右間隙均勻，減少磨損和漏風(fēng)。及時(shí)補(bǔ)焊三道閥板和底板、增強(qiáng)耐磨性。重新補(bǔ)焊閥板，并加加強(qiáng)筋，增強(qiáng)閥板的抗拉性。同時(shí)在閥板和底板的沖擊面用堆口的焊條進(jìn)行堆焊3～5mm的厚度，增強(qiáng)閥板和底板的耐磨性，延長了使用壽命。在補(bǔ)焊的過程中確保閥板和底板的間隙≤3mm，保證磨內(nèi)壓差和出磨溫度的穩(wěn)定性，有利于操作和提高產(chǎn)量。

　　4、為適當(dāng)提高選粉機(jī)灰斗上部與下錐體上部之間風(fēng)速，在其間加節(jié)流環(huán)。

　　5、 修復(fù)噴口環(huán)，焊接噴口環(huán)襯板，保證形成良好的旋向風(fēng)，調(diào)整噴口環(huán)蓋板，使工況風(fēng)速在80～90m/s。更換了全部噴口環(huán)襯板，恢復(fù)噴口環(huán)與磨盤之間的間隙(6-8 mm)。

　　4、應(yīng)用與效益分析
　　先進(jìn)的空氣選粉理念與科學(xué)合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，使得SLK選粉系統(tǒng)在立磨技術(shù)改造中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能優(yōu)勢，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，產(chǎn)量提升，單位能耗降低，給企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益。表1為云南某水泥廠生料立磨技術(shù)改造前后經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)表。表2為貴州某水泥廠煤立磨技術(shù)改造前后經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)表。表3為湖南某水泥廠生料立磨技術(shù)改造前后經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)表。

　　由表1、表2、表3的數(shù)據(jù)分析可知，經(jīng)SLK選粉系統(tǒng)技術(shù)改造后的立磨，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，其產(chǎn)量能提升10~25%，同時(shí)其單位能耗降低。

表1 生料立磨

表2 煤粉立磨

    表3 生料立磨

　　5 結(jié)論
　　SLK立磨選粉系統(tǒng)改造技術(shù)的成功實(shí)施證明我公司SLK選粉機(jī)技術(shù)用于立磨選粉系統(tǒng)是切實(shí)可行的。技改后大量的實(shí)踐應(yīng)用證實(shí)，SLK型立磨選粉系統(tǒng)較現(xiàn)有的空氣選粉機(jī)有獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠在滿足高精、高效、高細(xì)的要求下，提高處理量、減少磨損、降低能耗，使企業(yè)在低費(fèi)用情況下增長產(chǎn)量成為可能。其獨(dú)特的優(yōu)勢體現(xiàn)在如下：

　　5.1 通過分級室的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使上下氣流速度均勻、穩(wěn)定，提供了穩(wěn)定的選粉流場。

　　異形導(dǎo)風(fēng)葉片與異形轉(zhuǎn)子葉片組成的分級裝置，提高了選粉系統(tǒng)的物料處理量、選粉精度與選粉效率，同時(shí)降低了物料對部件的沖刷磨損，降低了磨機(jī)動力消耗。

　　5.2 動態(tài)氣流密封結(jié)構(gòu)，減少了旁路值，提高了選粉精度。

　　5.3 適當(dāng)提高選粉機(jī)灰斗上部與下錐體上部之間風(fēng)速，減少了物料在磨內(nèi)的無用循環(huán)，降低了磨機(jī)動力消耗。

　　5.4 修復(fù)噴口環(huán)，焊接噴口環(huán)襯板，使工況風(fēng)速在80～90m/s，降低了立磨系統(tǒng)所需風(fēng)量，降低了風(fēng)機(jī)無為的動力消耗。

　　參考文獻(xiàn)：
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