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)用的粉磨機械，具有中碎、細(xì)碎、粉磨、選粉及烘干于一體等優(yōu)點。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型選粉機投入市場已有幾年時間，全國各地多家水泥廠、礦業(yè)公司使用該類型選粉機，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，在生料和煤粉制備的實際生產(chǎn)過程中證實了用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，因為在鎖風(fēng)閥本來需要一種特殊的耐磨材料。但這種材料價格昂貴，考慮到資金方面的問題，結(jié)合水泥廠使用的磨機產(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，利用生料均化庫達到要求時停磨的時間進行更換磨損的鋼板。因此，在沒及時更換時最容易引發(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，入磨溫度和壓力偏低，物料烘干不及時。

　　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風(fēng)量超過額定風(fēng)量太多，選粉機轉(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，立磨及其選粉機內(nèi)部風(fēng)速加快，設(shè)備磨損加劇；第三是由于風(fēng)量加大，風(fēng)機電流增大，風(fēng)機能耗增加，由于回粉量增大，立磨能耗增加，因此系統(tǒng)能耗增加。

　　1.4 選粉機灰斗與下錐體之間風(fēng)速過低?；叶返淖饔弥饕袃煞矫?；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選粉區(qū)域，這時若選粉機灰斗與下錐體之間風(fēng)速過低，一部分含塵氣體到達不了選粉區(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。在渦流中運動的粉塵顆粒同時受重力、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動中會有不同的運動軌跡。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，粗顆粒也能進入成品，空氣拽力小的地方，細(xì)顆粒也不能進入成品。

　　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)運動的趨勢，又具有沿切向作直線運動的慣性，細(xì)顆粒慣性較小隨氣流運動的趨勢更強，沿一條不與任何流線吻合的路徑進入轉(zhuǎn)子；粗顆粒因具有更大的慣性不能被氣流帶進轉(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，進而影響分級精度和分選效率?？傊搮^(qū)的寬窄影響物料的分離時間及速度梯度的變化，從而影響分級性能指標(biāo)；該區(qū)寬，則物料的分離時間長，氣流速度梯度大，分級力場不均勻，物料易結(jié)團，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。在選粉機運行時，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動，細(xì)顆粒由于所受慣性力小而傾向于隨氣流運動；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動形成強制渦，粗顆粒由于所受離心力較大而拋向?qū)эL(fēng)葉，瞬時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入轉(zhuǎn)子。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)葉與轉(zhuǎn)子在高度方向不一致時，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)子葉片造成強烈沖刷而引起磨損。

　　1.10 選粉機轉(zhuǎn)子與殼體之間密封效果差。分級機密封失效是造成產(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立磨選粉機改進結(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)進行了改進和優(yōu)化，改善了物料分散效果，縮短了物料分離時間，減少了粗細(xì)粉返混的機率，進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
　　由于立磨的結(jié)構(gòu)特點，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)計時需考慮殼體導(dǎo)流角度，保證選粉過程氣流均勻性和穩(wěn)定性。經(jīng)過計算機數(shù)值模擬和試驗結(jié)果得出分級室殼體傾斜角取75°～80°^[2]時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)粉則隨氣流進入選粉區(qū)域進行分選，減少了不合格顆粒進入選粉區(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

圖2 SLK立磨選粉機改造結(jié)構(gòu)

　　3 立磨選粉系統(tǒng)改造
　　1、SLK型選粉機取代SLS型選粉機。SLK型選粉機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，它解決了以上5、6、7、8、9、10條中提到的問題。SLK型渦流選粉機特點如下：

　　處理量大  通過最優(yōu)化的風(fēng)速，允許更多的物料直接進入選粉機。
　　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?；氐侥C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)。及時補焊三道閥板和底板、增強耐磨性。重新補焊閥板，并加加強筋，增強閥板的抗拉性。同時在閥板和底板的沖擊面用堆口的焊條進行堆焊3～5mm的厚度，增強閥板和底板的耐磨性，延長了使用壽命。在補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
　　先進的空氣選粉理念與科學(xué)合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(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)的成功實施證明我公司SLK選粉機技術(shù)用于立磨選粉系統(tǒng)是切實可行的。技改后大量的實踐應(yīng)用證實，SLK型立磨選粉系統(tǒng)較現(xiàn)有的空氣選粉機有獨特的優(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)在低費用情況下增長產(chǎn)量成為可能。其獨特的優(yōu)勢體現(xiàn)在如下：

　　5.1 通過分級室的優(yōu)化設(shè)計，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，同時降低了物料對部件的沖刷磨損，降低了磨機動力消耗。

　　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)機無為的動力消耗。

　　參考文獻：
　　[1] 汪瀾.水泥工程師手冊[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1997.
　　[2] 李進春，李雙躍，任朝富，李洪.基于氣-固兩相數(shù)值模擬的SLK選粉機分級室研究,礦山機械，2009年03期.
　　[3] 李進春, 李雙躍, 任朝富,羅澤元, 李洪.渦流空氣分級機氣流密封方式的設(shè)計,水泥技術(shù)，2008年04期.
　　[4] 李進春，李雙躍，任朝富，李洪．SLK型高精分級機的研制及其粉煤灰實驗研究[J]．化工裝備技術(shù)，2007，(5)：14-18