立磨选粉系统改造

　　0、前言
　　立磨是水泥行业、煤炭工业、电力部门等广泛应用的粉磨机械，具有中碎、细碎、粉磨、选粉及烘干于一体等优点。立磨用于生料和煤粉制备已有半个多世纪的历史^[1]。关于立磨的结构特点及工作原理不少书籍资料中已有详细的介绍，这里笔者不赘述。笔者仅针对立磨技术改造中的选粉系统作介绍。我公司的SLK型选粉机投入市场已有几年时间，全国各地多家水泥厂、矿业公司使用该类型选粉机，其优良品质得到一致认可。近年来在立磨技术改造中多次用到该类型选粉机，在生料和煤粉制备的实际生产过程中证实了用SLK型选粉系统改造后的效果。

　　１ 立磨选粉系统存在问题及分析
　　1.1 系统漏风，主要由于立磨本体密封不严和三道锁风阀漏风，造成系统出磨温度低，压差过小。在水泥厂最可能发生的问题就是三道锁风阀漏风问题，因为在锁风阀本来需要一种特殊的耐磨材料。但这种材料价格昂贵，考虑到资金方面的问题，结合水泥厂使用的磨机产量远远超出窑正常生产的所需的生料。因此，水泥厂就用普通的钢板来代替上述所需的特殊的耐磨材料，利用生料均化库达到要求时停磨的时间进行更换磨损的钢板。因此，在没及时更换时最容易引发系统漏风问题。

　　1.2 热风管道积灰，当热风管道积灰超过2/3时，入磨温度和压力偏低，物料烘干不及时。

　　1.3 喷口环是由与水平方向成斜向菱形槽口组成，在磨盘周围一圈，内镶衬板。入磨气体在喷口环改向和空气导向锥导向作用下呈旋流风人磨，阻止物料通过喷口环下跌，符合粒度要求的物料由旋流风输送到上部分离器。入磨检查发现喷口环衬板磨损严重，另外喷口环与磨盘之间的间隙已由原来的6-8 mm磨损到平均20 mm，个别处达40mm。喷口环衬板磨损以及喷口环与磨盘之间的间隙增大，磨腔内不能形成良好的旋向风，使风压失衡或喷口环风速不够，吹不起磨盘边缘溢出的物料。操作中为保证喷口环风速，必然调大风机前风阀开度，以增大风量；这将导致三个不好的结果，第一是立磨上部选粉机风量超过额定风量太多，选粉机转子转速提高许多，回粉量增大，选粉效率降低；第二是由于风量加大，立磨及其选粉机内部风速加快，设备磨损加剧；第三是由于风量加大，风机电流增大，风机能耗增加，由于回粉量增大，立磨能耗增加，因此系统能耗增加。

　　1.4 选粉机灰斗与下锥体之间风速过低。灰斗的作用主要有两方面；第一，一方面收集选粉区域粗粉使其回到磨盘中心，以阻止粗粉在回到磨盘前又被带到选粉区域；另一方面新喂入的料送进灰斗，以便含大颗粒的新喂料得到均匀分布，使磨辊的磨损均匀；第二，一方面控制磨盘到选粉区域的物料流，降低磨盘上方气流内乱所造成的不必要的物料内循环；另一方面将磨盘上方的含尘气体逐渐加速到达选粉区域，这时若选粉机灰斗与下锥体之间风速过低，一部分含尘气体到达不了选粉区域，这必然造成不必要的物料内循环，导致磨机能耗增加，产量降低。

　　1.5 选粉室锥度不太合理。在涡流中运动的粉尘颗粒同时受重力、空气拽力和旋转离心力的作用，在理论上，重力与粒径的三次方成正比、空气拽力与粒径平方成正比、而离心力与粒径三次方乘轨迹曲率半径再乘角速度平方的积成正比，所以不同初速度和不同粒径的粉尘颗粒在运动中会有不同的运动轨迹。改变转子转速可改变粉尘颗粒的初速度和选粉区涡流的流线曲率，从而也就改变了颗粒所受空气拽力的方向和离心力的大小，可有效地调节成品细度。由于选粉室锥度不太合理的影响，造成选粉区域高度方向上负压大小不一致，风速大小不一致，从而空气拽力不一致，导致选粉质量及产量下降。在同等转子转速下，空气拽力大的地方，粗颗粒也能进入成品，空气拽力小的地方，细颗粒也不能进入成品。

　　1.6 导风叶与转子间距太大。这个区间为分散分离功能区，物料在该区间随气流一起形成边下降边旋转的螺旋运动，颗粒流在该环形区间形成环形料柱，该柱体与平面进气流正交；固相颗粒在气流粘性力的作用下具有随气流作旋转运动的趋势，又具有沿切向作直线运动的惯性，细颗粒惯性较小随气流运动的趋势更强，沿一条不与任何流线吻合的路径进入转子；粗颗粒因具有更大的惯性不能被气流带进转子，它们与导风叶相碰后边旋转边下降掉入灰斗。在该区间存在风速梯度，气流速度梯度有助于物料分散。若气流速度梯度太大，则分级力场不均匀；若气流速度梯度太小，对物料分散作用弱，分级效果必然不理想，分级精度无疑会降低；另外该区内不同频率尺度的湍流涡也影响物料分散性，进而影响分级精度和分选效率。总之，该区的宽窄影响物料的分离时间及速度梯度的变化，从而影响分级性能指标；该区宽，则物料的分离时间长，气流速度梯度大，分级力场不均匀，物料易结团，分散性差，分级精度低；该环形区适当变窄可增大粘性耗散能，由于物料的分散度与湍流粘性耗散能成正比，故物料分散性变好，分级精度提高，但该环形区太窄将影响物料通过该区。

　　1.7 导风叶与转子在高度方向不一致。在选粉机运行时，导风叶形成半自由涡，粗细颗粒由于所受惯性力不一样而产生分离，粗颗粒由于所受惯性力较大而倾向作直线运动，细颗粒由于所受惯性力小而倾向于随气流运动；转子的转动形成强制涡，粗颗粒由于所受离心力较大而抛向导风叶，瞬时速度为零而掉入灰斗，细颗粒由于所受离心力小而随气流进入转子。当导风叶与转子在高度方向不一致时，在高度方向气流速度梯度会很大，分级力场很不均匀，分级精度很低。

　　1.8 粗粉与细粉返混。物料在转子叶片之间靠径向气流输送，相邻叶片间的通道中径向气流由于反旋涡流，形成非对称分布；叶片迎风面附近向心流速较大，叶片背风面附近向心流速较小或出现向外的径向流速，这种不必要小旋涡造成粗细粉返混，带来分割粒径偏差，降低分级精度。

　　1.9 叶片磨损严重。由于导风叶片出口含尘气流速度远远低于转子边缘线速度，因此含尘气流对转子叶片造成强烈冲刷而引起磨损。

　　1.10 选粉机转子与壳体之间密封效果差。分级机密封失效是造成产品跑粗的原因之一，使得细粉中混入毫米级颗粒，粒径波动大，给产品质量造成较大影响。原立磨分级机密封采用迷宫式密封，靠控制密封间隙来保证密封效果，但由于间隙始终存在，使部分较粗甚至毫米级颗粒没有经过转子分选就混入成品。而且，迷宫密封方式要求回转部件与静止部件间的间隙较小，若同心度保证不好，将会导致转子无法转动，给安装带来困难。

　　2 立磨选粉机结构改造
　　针对传统选粉装置(如图1所示)的不足，开发了SLK立磨选粉机改进结构(如图2所示)。在平面涡流选粉的基础上，对分级室壳体、导风叶片、转子叶片、导风叶片与转子叶片间距等结构进行了改进和优化，改善了物料分散效果，缩短了物料分离时间，减少了粗细粉返混的机率，进一步提高了选粉效率，减少了物料在磨内的循环，减少了动力损耗，提高了磨机的粉磨效率。SLK选粉系统其主要的性能优势体现在如下几方面。

　　2.1 分级室的研究设计
　　由于立磨的结构特点，含料气体是从下部向上流动，容易造成上下气流速度波动，影响选粉效果。因此其分级室在设计时需考虑壳体导流角度，保证选粉过程气流均匀性和稳定性。经过计算机数值模拟和试验结果得出分级室壳体倾斜角取75°～80°^[2]时为气流速度分布最佳的结论。

　　2.2 异形导风叶片
　　SLK选粉系统特有的异形导风叶片，使得含料气体在通过导风叶片后，其气流速度突变，大颗粒因惯性较大保持原有运动方向而与导风叶片的背风面相撞失去动能落入内锥体。较细粉则随气流进入选粉区域进行分选，减少了不合格颗粒进入选粉区，起到了预分选效果，提高选粉系统的处理量，达到高产、低耗的目的。与传统的直形导风叶片相比，通过异形导风叶片的气流速度与转子的外边缘的速度相当，从而减少了含料气体对转子叶片的冲刷磨损。

　　2.3 异形转子叶片
　　与传统的直形转子叶片相比，异形转子叶片, 这种特殊的结构利于细粉的进入与粗粉的抛出，提高了选粉效率, 有助于减少转子叶片间的局部涡流^[3]。

　　2.4 气流密封方式设计

图2 SLK立磨选粉机改造结构

　　3 立磨选粉系统改造
　　1、SLK型选粉机取代SLS型选粉机。SLK型选粉机是我公司针对立磨选粉系统存在问题而特别研发的与立磨配套的高效选粉机，它解决了以上5、6、7、8、9、10条中提到的问题。SLK型涡流选粉机特点如下：

　　处理量大  通过最优化的风速，允许更多的物料直接进入选粉机。
　　效率高   通过最优化的结构及安装异形转子叶片、异形导风叶片，避免了细颗粒回到磨机产生过多的物料内循环。
　　精度高   特殊的动态气流密封，分级流场气流速度稳定、物料分布均匀，其旁路值≤2%，保证了合格的产品粒度80μm筛筛余8~16%之间任意可调。
　　磨损小  异形导风叶片的设计使气流穿过缺口的速度和转子轮缘速度接近，使转子叶片磨损很小。

　　2、及时清理热风管道积灰，保证有足够的风温和风压。

　　3、调整三道阀板，使其位置居中，左右间隙均匀，减少磨损和漏风。及时补焊三道阀板和底板、增强耐磨性。重新补焊阀板，并加加强筋，增强阀板的抗拉性。同时在阀板和底板的冲击面用堆口的焊条进行堆焊3～5mm的厚度，增强阀板和底板的耐磨性，延长了使用寿命。在补焊的过程中确保阀板和底板的间隙≤3mm，保证磨内压差和出磨温度的稳定性，有利于操作和提高产量。

　　4、为适当提高选粉机灰斗上部与下锥体上部之间风速，在其间加节流环。

　　5、 修复喷口环，焊接喷口环衬板，保证形成良好的旋向风，调整喷口环盖板，使工况风速在80～90m/s。更换了全部喷口环衬板，恢复喷口环与磨盘之间的间隙(6-8 mm)。

　　4、应用与效益分析
　　先进的空气选粉理念与科学合理的内部结构设计相结合，使得SLK选粉系统在立磨技术改造中表现出优良的性能优势，在保证产品品质的前提下，产量提升，单位能耗降低，给企业带来了很好的经济效益。表1为云南某水泥厂生料立磨技术改造前后经济技术参数表。表2为贵州某水泥厂煤立磨技术改造前后经济技术参数表。表3为湖南某水泥厂生料立磨技术改造前后经济技术参数表。

　　由表1、表2、表3的数据分析可知，经SLK选粉系统技术改造后的立磨，在保证产品品质的前提下，其产量能提升10~25%，同时其单位能耗降低。

表1 生料立磨

表2 煤粉立磨

    表3 生料立磨

　　5 结论
　　SLK立磨选粉系统改造技术的成功实施证明我公司SLK选粉机技术用于立磨选粉系统是切实可行的。技改后大量的实践应用证实，SLK型立磨选粉系统较现有的空气选粉机有独特的优势，能够在满足高精、高效、高细的要求下，提高处理量、减少磨损、降低能耗，使企业在低费用情况下增长产量成为可能。其独特的优势体现在如下：

　　5.1 通过分级室的优化设计，使上下气流速度均匀、稳定，提供了稳定的选粉流场。

　　异形导风叶片与异形转子叶片组成的分级装置，提高了选粉系统的物料处理量、选粉精度与选粉效率，同时降低了物料对部件的冲刷磨损，降低了磨机动力消耗。

　　5.2 动态气流密封结构，减少了旁路值，提高了选粉精度。

　　5.3 适当提高选粉机灰斗上部与下锥体上部之间风速，减少了物料在磨内的无用循环，降低了磨机动力消耗。

　　5.4 修复喷口环，焊接喷口环衬板，使工况风速在80～90m/s，降低了立磨系统所需风量，降低了风机无为的动力消耗。

　　参考文献：
　　[1] 汪澜.水泥工程师手册[M].北京：中国建材工业出版社，1997.
　　[2] 李进春，李双跃，任朝富，李洪.基于气-固两相数值模拟的SLK选粉机分级室研究,矿山机械，2009年03期.
　　[3] 李进春, 李双跃, 任朝富,罗泽元, 李洪.涡流空气分级机气流密封方式的设计,水泥技术，2008年04期.
　　[4] 李进春，李双跃，任朝富，李洪．SLK型高精分级机的研制及其粉煤灰实验研究[J]．化工装备技术，2007，(5)：14-18