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        選粉機技術的發展和大型閉路粉磨系統的優化

        • 分類:學術講座
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2007-01-08 01:45
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        選粉機技術的發展和大型閉路粉磨系統的優化

        【概要描述】合肥水泥研究設計院 鄭青  一、前言  水泥行業作為傳統工業,走實現可持續發展戰略,提高質量、節能和降耗是始終不變的主題。隨著新型干法水泥生產技術的發展和成熟,水泥生產線的規模越來越大,對選粉機技術和粉磨工藝提出了更高的要求。因此必須進行深入的研究和總結,使選粉機技術以及閉路粉磨工藝的發展能適應新形勢的要求,使大型閉路粉磨技術及裝備得到進一步的發展?! 《?、新型高效選粉機的發展  1、發展狀況  

        • 分類:學術講座
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2007-01-08 01:45
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        詳情

        合肥水泥研究設計院 鄭 青

          一、 前言

          水泥行業作為傳統工業,走實現可持續發展戰略,提高質量、節能和降耗是始終不變的主題。隨著新型干法水泥生產技術的發展和成熟,水泥生產線的規模越來越大,對選粉機技術和粉磨工藝提出了更高的要求。因此必須進行深入的研究和總結,使選粉機技術以及閉路粉磨工藝的發展能適應新形勢的要求,使大型閉路粉磨技術及裝備得到進一步的發展。

          二、新型高效選粉機的發展

          1、發展狀況

          新型高效選粉機的發展歷史只有20多年。上個世紀七十年代末日本小野田公司率先研究并開發出選粉機理與第一代、第二代完全不同的O-Sepa選粉機,這標志著選粉機技術進入了第三代新型高效選粉機的發展階段。第三代高效選粉機以其全新的分級機理和分級結構,實現了技術的重大突破。只有第三代選粉機才能真正稱之為新型高效選粉機。第三代高效選粉機在國際上繼問世以來,以此增產、節能、改善質量效果顯著的特點倍受注目并很快在世界水泥界得到廣泛推廣和應用。

          進入上世紀八十年代,國際上幾家主要水泥裝備公司相繼研制開發了具有各自特點的新型高效選粉機,主要有德國Krupp Polysius公司的Sepol選粉機和KHD公司的SKS選粉機、丹麥F.L.S公司的SEPAX選粉機、美國Sturtvent公司的SD選粉機、德國O&K公司的CF(橫流)型選粉機和Pfeiffer公司的QDK型選粉機等。九十年代,法國FCB公司開發了TSV高效選粉機,在設計上體現了第三代高效選粉機的特點,特別是基于TSV的TSV4型選粉機的發展為控制成品的粒徑開創了前景。

          近年來,為了適應與輥壓機配套使用,組成更具節能輥壓機半終粉磨、終粉磨系統,KHD公司又率先開發出了與輥壓機配套使用的V型、VSK選粉機。

          V型選粉機是一種完全靜態的粗選選粉機,無任何活動部件,也無需任何動力。兼具粗分選、打散、烘干三項功能為一體。如圖1所示,V型選粉機外殼體的形狀像一個“V”,因此形象地稱為V型選粉機,其設備結構非常簡單,上部兩邊分別有進風口和出風口,進料口設在進風口上部,粗粉出口位于“V”字底部。內部設置了兩排固定的成梯狀排列的相互成一定角度的打散分級板。其工作原理就是利用高度落差使料餅在下落過程中撞擊打散,在物料下落過程中利用氣流方向和速度的改變達到分選的目的。細度的調節是通過改變風速來控制。V型選粉機的分級細度一般控制在1mm。相比高效選粉機,V型選粉機分選風量較低,壓差小,因此其循環風機的功率也只需高效選粉機的45%左右;由于無運動部件,設備耐磨容易解決,且使用壽命長;由于物料下落過程較長,既可冷卻熱物料,也可烘干有一定水份的物料。 V型選粉機與輥壓機配套,簡化了系統的工藝,優化了輥壓機的操作。新喂料中的細粉在進輥壓機前即被分選出來,同時新喂料和選粉機粗粉在喂入輥壓機前充分混合,可確保輥壓機的平穩運行。

          VSK選粉機是在V型選粉機的基礎上開發出的一種動靜態結合的選粉機,如圖2所示。 VSK選粉機增加了動態的籠型分級轉子,改變了V型選粉機只能進行粗選的限制,可直接進行終產品分選。與一般高效選粉機相比,既不失高效的特點,分級結構又很簡單;設備阻力低,壓降只有一般高效選粉機的65%,可使風機節電;磨損小,維護方便。VSK選粉機投入運行時間不長,但已顯示出其對系統節電的優勢。

          我國在上世紀八十年代中期引進了O-Sepa選粉機制造技術,與其同時,一些水泥研究設計單位積極跟蹤這項新技術并開展了深入的研究,自主開發了開發了生料、煤磨、水泥三大粉磨系統配套的各種新型高效選粉機。新型高效選粉機技術在國內開展研究有十幾年的歷史,但真正得到大面積的推廣應用還是從九十年代開始的。由于新型干法水泥技術發展日趨成熟和國家政策的規范和引導,我國相繼建設了一大批新型干法水泥生產線;同期我國實施了新的ISO水泥強度檢驗方法標準后,對水泥質量提出了更高的要求了,這些有利因素為新型高效選粉機在我國發展和應用帶來了難得的契機。目前新型高效選粉機以及新工藝已開始全面替代傳統選粉機及系統,大面積地推廣應用,特別是新設計的新型干法生產線或大型水泥粉磨站幾乎全部是采用了新型高效選粉機。合肥院對用于閉路粉磨系統的高效選粉機技術的研發已有20多年的歷史,開發出DS型等高效選粉機,目前已形成一項具有我院特色的成熟的系統技術——高效選粉機閉路粉磨系統優化技術,特別是在老廠改造中大顯身手。

          2、新型高效選粉機的改進

          任何選粉機的分級過程都可以簡單地分三個環節:分散、分級、收集。分散是前提,分級是核心,收集是保證。成品收集的問題隨著除塵技術的發展已得到了解決,研究和解決選粉機的技術問題應圍繞著分散和分級來進行。隨著對第三代選粉機研究的深入以及應用面的擴大,早期的高效選粉機,逐漸暴露了一些問題,選粉效率降低。包括合肥院在內的一些研究設計單位和公司提出了一些改進的措施和辦法,取得了一定的效果??偨Y為以下幾方面:

          (1)、撒料的改進。理論上我們希望入選粉機的物料被撒料盤拋撒成360度均勻的料幕,因此隨著設備的能力增大,選粉機進料口的數量逐漸增加,但由于設備結構的限制,進料口不可能無限制增加,大型選粉機的進料口一般設置為四個對稱分布。而隨著選粉機設備的大型化,撒料盤環型面積的增加與處理物料量的加大不成比例,單位面積的處理能力逐漸增大,即使選粉機進料口增加為四個,物料在還是容易在進料口附近未被充分拋撒開就成團狀滑落進入分級流場中。因此撒料盤結構的設計有必要改進。主要改進措施有:將放射狀凸楞改為螺線型凸楞,增大拋撒區域;撒料盤外沿增設擋邊,延遲物料滑出時間,增大拋撒區域。

          (2)、進風的改進。 選粉機的進風口為長方形,設備規格的加大,進風通道的高度增加,由于邊界效應的影響,斷面氣流的速度梯度加大,不利于分級流場的穩定。因此大型選粉機的進風通道可設置隔板,縮小氣流通道斷面積,可有利于形成穩定的分級流場。

          (3)、轉子的改進。各種新型高效選粉機的基本分級原理是一致的,都是在平面渦流選粉機理下設計的,其結構上的共同特征是:在一圈有一定角度的導向葉片中有一個“籠型”分級轉子(如圖3所示)。因此高效選粉機的判定標準就是看其核心分級結構是否符合上述特征。正是如此,籠型轉子的結構設計至關重要。

          法國FCB公司在對選粉機進行了深入的研究后,針對選粉機轉子的改進提出了兩項新專利技術:變截面葉片以及消除渦流裝置。如圖4、圖5。一個質量為m的顆粒進入轉子兩個葉片之間后,將在不斷減小的離心力的作用下從點1向點2運動。隨著離心力的減小,逐漸增大的葉片間距使氣流速度不斷降低,結果亦使氣流攜帶物料的能力減弱。因此,該顆粒實際上受到一個恒力的作用,并在此力的作用下作為成品被分選出來。同理,因碰撞反彈而進入兩葉片之間的粗顆粒,在兩葉片之間的整個過程中受一個向外的恒力的作用而只能向外移動,離開這個空間。通過上述受力分析,可以看出這種變截面葉片設計實際上是把選粉機的分級空間延伸到里轉子葉片之間,大幅度增加了分級空間區域,FCB公司稱可使選粉區的空間教之其他形式的選粉機大5-10倍。但是變截面葉片的加工難度復雜,加大了設備的制造成本。進入轉子的氣流在從出風管排出過程速度較高,一般要達到17-19m/s,而且氣體含塵濃度較高,一般可達到500-800g/m3,甚至達1000 g/m3,因此,此處流體阻力較大,渦流加速了設備的磨損。在轉子內部設置渦流消除裝置,有以下優點: a、避免了渦流產生的壓降,降低選粉機的阻力; b、降低氣流切向速度,減小磨損; c、借助渦流被消除過程中氣流對消除裝置的推力,可降低轉子的驅動動力,降低選粉機的運行電耗。 FCB公司這一措施,與丹麥史密斯公司在轉子頂部設置的導流減壓葉片具有異曲同工之處。但相比較,在轉子內部設優點更多一些。

          (4)、導向葉片的改進。導向葉片一般為平板形,隨著設備的大型化,導向葉片越來越長,為了不影響導向葉片間的通風面積,其厚度不可能增加很多,因此鋼性變差,長時間運行,由于氣流的作用,導向葉片易產生變形,影響分級流場的穩定。另外,由于導向葉片間的氣流速度較分級區低,離心力的作用使一部分物料容易從導向葉片間跑出,沉降到進風通道的底板上,影響進風量。將導向葉片設計為不對稱的折彎狀,既提高了導向葉片的鋼度,又有效減少了物料外竄。

          (5)、三次風的改進。一般三次風管設置在粗灰下料錐體上,數量為3~4個,環形均布,三次風的風量為總風量的10~15%。有限的風量和局部分選,很難產生明顯效果。將三次風設計為環狀全斷面通風形式,強化通風,可明顯提高三次風對粗粉再次清洗的效率,如圖6所示。

          三、閉路粉磨系統的優化

          1、高效選粉機的選型新型高效選粉機一般以處理風量表示其規格。也有少數采用設備的特征尺寸來表示的,但同時會注明處理風量的。生料烘干磨及煤磨由于屬于風掃型磨磨機,在進行選粉機的選型時,一般情況下主要以磨機的通風量為依據,經計算得出的磨機實際需要的通風量再加上一定的漏風系數,就是選粉機的處理風量,有了處理風量,選粉機的規格就定下來了。水泥磨選粉機在選型時,主要以設計產量來定。水泥粉磨因采用的技術不同,工藝及系統流程有較大的變化,不能僅僅按磨機的規格和產量來定選粉機的規格。一般選粉機出口的成品濃度在700~8OOkg/m3比較理想,因此對于普通閉路磨以及帶輥壓機預粉磨系統或聯合粉磨系統可根據要求的產量來計算出選粉機的處理風量。而輥壓機半終粉磨系統、終粉磨系統由于其選粉機的循環負荷較大,要根據選粉機需要的最大處理量來選型。系統風機在設計選型時要注意的是選型手冊上所標出的參數是在什么溫度下的值?應換算為實際工況溫度下的參數。另外應考慮空氣含塵量以及海拔高度對風機參數的影響。

          2、關于選粉效率選取我們講提高選粉機的分級效率,是指選粉機的內在性能。在實際生產操作中,不應一味片面追求提高選粉機的使用效率(指經過取樣進行篩余分析計算得到的效率值),因為當選粉機規格型號確定之后,其本身的性能已確定,無法改變,尤其是新型高效選粉機,它不像離心式或旋風式可以通過改變小葉片的數量或撒料盤的形式來進行調整。高效選粉機本身的調整參數只有轉速和風量。通常選粉機的效率與循環負荷是一對矛盾參數,循環負荷低,選粉效率高;反之則選粉效率低。盡管高效選粉機比傳統選粉機性能優越,對物料濃度的變化適應性強,但這種變化規律還是存在。而過低的循環負荷會導致磨機的粉磨效率下降。當一臺磨機的產量處于較高的狀態時,其選粉效率并不是處于較高值。一般循環負荷控制在120~150%比較合理。

          3、系統工藝流程的選擇對于不同物料的粉磨其生產工藝流程的是不同的。比如水泥廠的生料粉磨、煤粉制備、水泥粉磨都有一些具體要求。通常水泥粉磨系統工藝流程如圖7。 流程1,采用了具有處理500~1000g/m3高濃度氣體的高效收塵器,流程簡單,系統阻力小,特別是在降低水泥溫度方面,充分發揮了選粉機的特點,是目前較為常見的流程,特別在水泥磨系統中是首選的流程。流程2類似于旋風式選粉機系統,但與它所不同的是磨內氣體及提升機等其他揚塵點氣體可直接通入選粉機,作為選粉用風,由于排入收塵器氣體只是選粉機用風的一部分,大部分氣體作再循環,因此收塵器規格可以減小。這種系統還適合于原料水分比較高或寒冷地區以解決因選粉機吸入大量冷空氣而引起收塵器結露的問題。隨著磨機規格的增大,原工藝流程在實際使用中出現了一些問題:

          (1)當入磨熟料溫度較高或環境溫度較高時,水泥磨的水泥成品溫度較高,此時我們希望磨機加強通風。而隨著磨機規格的增大,其通風能力的增加相對于產量的提高幅度變小,磨機通風能力變差,因此大磨水泥溫度相對小磨高。而大型磨機一般不采用筒體淋水冷卻的辦法,除了采取磨內噴水的辦法,只有加大通風量,而磨機的通風量增加,又必然減少了選粉機的外界進風量,又降低了成品在選粉機分級過程的冷卻效果。

          (2)與磨機廢氣管相聯的選粉機一次進風口容易產生粉塵沉降,特別是磨機通風量加大時增加了廢氣的含塵濃度,更加劇了選粉機進風通道內部的粉塵沉降,一方面增加了選粉機的通風阻力,另一方面又加劇了選粉機殼體和導向葉片的磨損。

          (3)磨機、選粉機、收塵器組成的系統,排風機的全壓較大,因此收塵器承受的負壓大,漏風較多,鎖風不宜解決。

          (4)排風機的電機功率較大,電耗加大。

          因此大型閉路水泥粉磨系統,易采用磨機通風收塵與選粉機分級系統分開的工藝流程,如圖8所示。采用的新工藝流程可有效地解決上述問題,系統總功率也可降低(見表1)。

         

        一般流程 新流程
        磨機 φ3.8×13m 電機 2800kW 磨機 φ3.8×13m 電機 2800kW
        選粉機 DS(O)-2000 電機 110kW 選粉機 DS(O)-2000 電機 110kW
        收塵器 FGM128-2×10 120000m3/h 選粉機收塵器 FGM128-2×10 120000m3/h
        排風機 130000m3/h 7100Pa 電機 400kW 主排風機 130000m3/h 5300Pa 電機 280kW
            磨機收塵器 FGM96-7 40000 m3/h
            排風機 40000m3/h 3200Pa 電機 55kW
        系統總功率 3310 kW 系統總功率 3245 kW
        水泥溫度 100% 水泥溫度 90%

         

          4、磨機的優化選定了合適的高效選粉機后,粉磨系統必須進行優化才能達到滿意的效果,一方面是工藝系統的優化,選擇比較符合具體情況的工藝流程;另一方面是磨機內部的優化。不僅是水泥粉磨系統,生料磨、煤磨同樣如此。水泥閉路粉磨系統大家研究了很多,一般認為水泥磨閉路粉磨系統的優化應從兩方面來解決:一是磨內,另一是磨外。磨外大家都知道采用新型高效選粉機及新工藝流程,磨前增設預破碎設備、輥壓機等,磨內如何解決?通常的辦法是優化研磨體的級配,調整倉位。隨著對開路及閉路技術的深入研究,目前已開始將閉路粉磨新技術和開路粉磨節能技術—磨內篩分技術以及高效分級襯板技術有機地結合起來,以進一步提高系統的技術經濟指標。這是完全不同的兩種工藝技術路線,但還是有共同的結合點。我們強調提高磨機的粉磨效率,一方面是提高磨內的研磨效率,在一定時間內粉磨一定量的物料,產生合格的細粉量越多越好,同時盡量減少磨內過粉磨現象;另一方面是適當加快物料在磨內的流速。開路節能粉磨技術核心是磨內篩分裝置和小鋼鍛的采用。通過設置帶篩分功能的隔倉板,把達到一定細度的物料提取出來送到細磨倉,可有效減少磨內的過粉磨。對于閉路磨特別是兩倉磨來說,一般希望二倉采用小球,既能提高磨內物料流速,又能達到提高研磨能力的目的。設置高效分級襯板,二倉級配中就可采用更小的研磨體,而不至于出現大小球反竄現象。小研磨體的采用對細磨倉的粉磨效率的提高起至關重要的作用。因此對閉路磨來說同樣可以移植開流磨關鍵技術,當然簡單地把磨機按開流磨技術來改是不可能達到較好的效果,必須進行必要的改進和調整,使之適合閉路磨的特點和要求,否則會適得其反。把磨內篩分和磨外分級結合起來,系統的粉磨效率得到進一步的提高,水泥產量就可以有進一步的提高。由于采用了較小的研磨體,研磨次數增加,一方面可使出磨水泥細粉的含量得到了提高,再通過高性能選粉機的有效分選,水泥的顆粒級配得到明顯的改善;另一方面也使成品的顆粒形態(球型度)更好。這些都有效地改善了水泥的性能,可提高水泥的強度?! ∥覀冊谏綎|里能魯西里能水泥廠對Ф3×9.7m 水泥粉磨系統采用DS-750高效選粉機及磨內篩分技術進行了綜合優化改造。原系統為配Ф5.0m離心式選粉機閉路磨,臺時產量31~32t/h左右,產品細度R0.08≤4%,系統改造后,生產PO32.5R水泥,臺時產量45~46t/h,比表面積330m2/kg,循環負荷120%,選粉機選粉效率73%。原水泥粉磨系統噸水泥電耗約為35~36 kWh/t,;改造后的噸水泥電耗約為29kWh/t,噸水泥電耗下降了6~7kWh/t。在維持與技改前同樣強度,混合材摻量可增加2~4%.

          四、結束語

          隨著技術的發展和成熟,需要我們從更細微處著手去分析問題和解決問題。對于閉路粉磨系統,提高粉磨效率的問題,不僅僅是單一采用高效選粉機就能達到滿意的結果,必須以系統工程的觀點去全面分析,使粉磨系統能達到整體優化,從而實現優質高產的目標。以此觀點來分析現有粉磨系統,還有很大的潛力,尚有很多工作可做。

          參考文獻:

          [1] The Current State of Development of the TSV High- Efficiency Dynamic Classifier.ZKG CHINA,2003.

          [2] Improvements in the Production of Raw Meal and Cement by the Combined Use of Roller Press and V-separator.ZKG CHINA,No.1-1997

          [3] New experience and data from grinding plants with VSK?-separator.ZKG INTERNATIONAL,No.2-2004

          (本文圖略,請參見2006年《第六屆水泥與混凝土國際會議》論文集查看全文)

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