改进型O-sepa选粉机技术在大型闭路粉磨系统中的应用
2014-08-04 10:11:28 来源：盐城大天力公司
改进型O-sepa选粉机技术在大型闭路粉磨系统中的应用
一．原有 O-Sepa选粉机的不足
1.1结构上的不足
虽然O-Sepa选粉机和*代离心选粉机和第二代旋风选粉机相比，在分级原理上实现了重大的突破，但随着粉磨设备的大型化，现有的结构存在影响选粉效率的因素，主要有以下方面。
1.1.1撒料问题
●O-Sepa选粉机的撒料装置是将混合粉料从上部进料口加到转笼上部的圆形撒料盘上，再通过撒料盘的旋转使粉料产生惯性离心力向四周抛撒。理论上我们希望物料被选粉机撒料盘抛撒成360度均匀的料幕，因此随着设备的能力增大，O-SEPA选粉机进料口的数量逐渐增加，但由于设备结构的限制，进料口不可能无限制增加，大型选粉机的进料口一般设置为四个对称分布。而随着选粉机设备的大型化，撒料盘环型宽度的增加与处理物料量的加大不成比例，单位面积的处理能力逐渐增大，即使选粉机进料口增加为四个，物料还是容易在进料口附近未被充分抛撒开就成团状滑落入分级流场中。尽管不少O-Sepa选粉机对环形撒料盘作了些改进，如将放射状凸楞改为螺线型凸楞，增大抛撒区域；撒料盘外沿增设挡边，延迟物料滑出时间，增大抛撒区域。但这种环形撒料装置还是存在下列问题：
●O-Sepa选粉机转笼的撒料盘是一圆环面，特别是采用上出风的结构圆环面的半径差比较小，很难将粉料沿四周均布。这将使分级转笼四周出现较厚料幕与无料空洞交替出现的状况，不仅造成涡流场中的分选风速度不均匀，不均匀气流速度场导致分级粒径沿转笼轴向的空间波动，湍流脉动导致分级粒径的时间波动，范德华引力产生的假大颗粒导致鱼钩效应等因素都会使分级精度明显下降。同时也影响粉料的后续分散，因而影响分级效果，这是目前影响O-Sepa选粉机分级效果的重要因素之一。
●O-Sepa选粉机的实际撒料是分两步完成的:*步是通过转笼上撒料盘向四周撒料冲向缓冲板，再沿缓冲板下落形成料幕；第二步是利用转笼旋转产生的气流切向速度将料幕层层剥离，使粉体产生周向运动后才是分级功能的开始。在下落粉料没有与气流产生同步旋转之前，粉料仅受到气流进入转笼的径向粘滞作用力，没有切向运动的惯性离心力与之平衡，因而在落料还没有随气流同步旋转时，分级作用还不完全，容易跑粗。料幕有一定的厚度，要让全部粉料随气流同步旋转需要一定时间和过程，反映在粉料在起始下落时的一定行程中易跑粗。
1.1.2进风问题
O-Sepa选粉机采用蜗壳形结构分别在180度方向进入一次风和二次风，选粉机的进风口为长方形，由于边界效应的影响，断面气流的速度梯度加大，蜗壳进口处进入导向叶片与转笼叶片之间的分级区的气流比蜗壳深处要多，无法形成稳定的分级流场。反应在生产中是：靠近一次风进风口处导向叶片磨损特别大，而其它部位导向叶片磨损不大。
1.1.3 分级问题
从理论上看由圆柱形笼式转笼的旋转与导向叶片之间能够形成均匀的涡流场，在粉料的重力、粉料旋转产生的惯性离心力和气流径向运动的对粉体产生的粘滞力（拖拽力）共同作用下实现分级。但在O-Sepa选粉机分级转笼的上端，由于被抛撒的粉料撞击在挡料板上，然后在自重的作用下垂直下落，形成有一定厚度的料幕，此时粉料并没有与气流同步旋转，也就是说粉体只是自由下落还没旋转，即还没有产生惯性离心力，也就没有达到分级状态，但由于气流的径向运动仍然是存在的，这就有不合格的粉料进入转笼中的可能，影响了O-Sepa选粉机的分割粒径。
1.1.4导向叶片问题
导向叶片一般为平板形，随着O-SEPA选粉机的大型化，导向叶片越来越长，为了不影响导向叶片间的通风面积，其厚度不可能增加很多，因此钢性变差，长时间运行，由于气流的作用，导向叶片易产生变形，影响分级流场上下的稳定。另外，由于导向叶片间的气流速度较分级区低，离心力的作用使一部分物料容易从导向叶片间跑出，沉降到进风通道的底板上，影响进风量。
1.1.5三次风问题
一般三次风设置在粗灰下料锥体上，为数量3～４个环状均布的圆管，三次风的风量为总风量的10～15%。有限的风量和局部分选，很难产生明显效果。反而扰乱了上部分级室的水平涡流流场的稳定，影响分级效果。
1.2制造过程中的难点
1.2.1排列角问题
●由于壳体内导向叶片的存在，当转笼旋转时，使分级区产生一个向心的压力差△P。压力差△P在环状分级区是否均匀主要由导向叶片决定，导向叶片在壳体内环周与法线呈一定角度排列，O-SEPA选粉机在制造中一般工艺很难保证排列角均匀一致，从而容易出现下列问题：
●排列角度不匀，导向角度和导流间隙有大有小，造成分级区环周上△P不相等。在使用过程中，为保证产品细度合格，只有加快转笼转速，使分级区内*大的△P合适，这样又会造成其它位置的△P偏小，从而影响整机分级效率的发挥；
●排列角度错误，会造成蜗壳积料，使机器无法使用。
1.2.2防磨损问题
由于O-Sepa选粉机内的气流速度较高，含尘浓度大，对金属材料的磨损很快。中国在引进O-SEPA选粉机技术时没有引进日本的PC钢板技术，为了解决这一问题，国内生产商在出风弯管内的粘贴陶瓷片，因选粉机本身形状不规则，陶瓷片形状与选粉机本身就不一致，并且比较零散，粘贴工艺要求太高，粘贴难度大，同时接缝处容易磨损造成陶瓷片脱落；导流叶片的材质采用耐磨堆焊板，虽耐磨，但由于应力的存在，易变形，造成导流叶片间隙不均匀，形成排列角问题。同时还会导致选粉机内气流不稳定，风速不均匀，易堵塞等问题；转笼采用在普通基体上进行碳氮共渗表面耐磨处理，当表面耐磨层磨损后，选粉机转笼会很快被磨损。
二.改进型O-sepa选粉机技术
任何选粉机的工作过程都可以简单地分三个环节：分散、分级、收集。分散是前提，分级是核心，收集是保证。成品收集的问题随着布袋除尘技术的发展已得到了解决，研究和解决选粉机的技术问题应围绕着分散和分级来进行。改进型O-sepa选粉机是针对0-sepa选粉机在物料分散和分级上存在的不足而开发的高效选粉机。
1．改进型 O-sepa选粉机的结构和工作原理
改进型O--sepa选粉机的结构如右图所示。
选粉机为负压操作，出磨物料由选粉机入料口2处喂入，经撒料盘抛离和一次风口5进入的涡旋气流相遇，经过悬浮分散机构进行充分分散后，在分级区6经二次风口4进入的气流所形成的水平涡流场中实现粗细分级，细粉进入转笼内从细粉出口8由负压空气抽入后续的收尘器，经收尘器收集得到成品，粗粉落入锥斗经粗粉出口9排出返回磨机再次粉磨。
2 改进型O-sepa选粉机技术
2.1撒料的改进
物料分散是物料分级的前提，与O-sepa选粉机的环形撒料盘分散物料不同的是，改进型O-sepa选粉机采用的是一个悬浮机构对物料进行分散，物料在双层蝶形撒料盘充分向四周分散后，再和涡旋的一次风气流进行充分“搅拌”，完成了物料的剥离过程，所以物料分散均匀充分。物料进入分级区后，一方面不存在O-sepa选粉机分级转笼四周出现较厚料幕与无料空洞交替出现的状况，消除范德华引力产生的假大颗粒导致鱼钩效应等因素，分级精度高；另一方面物料一进入分级区就进行分级，不存在O-sepa选粉机分级区初期的料幕层层剥离过程，不仅分级过程充分，也消除物料剥离过程中的跑粗现象。
2.2进风的改进
●和O-sepa选粉机采用蜗壳形结构分别在180度方向进入一次风、二次风和粗粉锥体上进入三次风的进风方式不同，改进型O-sepa选粉机进风位置根据磨机和粉磨物料性质的不同分为三种进风方式:一是一次风在上部和二次风在中部相结合的形式；二是一次风在下面和二次风在中部相结合的方式；三是一次风和二次风都在下部的方式。一次风全部来自磨机内部，通过蜗壳进入悬浮分散机构，实现物料进行悬浮分散。二次风为清洁的外部冷空气，通过均匀进风机构从分级区四周均匀进入。这种进风方式可以达到四个方面的效果：
●消除了O-sepa选粉机进风时的边界效应的影响，无断面气流的速度梯度，从而在分级区获得真正的稳定的分级流场；
●来自磨内的含尘气体不再通过导向叶片或者和二次风混合后通过导向叶片，导向叶片磨损问题大大降低。
●上部的撒料盘有更大的操作空间，提高撒料效果；
●简化系统的传动结构，不仅降低了选粉机整机高度，同时还有利于粉磨系统的布局。
2.3转笼的改进
各种高效选粉机的基本分级原理是一致的，都是在平面涡流选粉机理下设计的，其结构上的共同特征是：在一圈有一定角度的导向叶片中有一个“笼型”分级转笼（如图3所示）。因此高效选粉机的判定标准就是看其核心分级结构是否符合上述特征。正是如此，笼型转笼的结构设计至关重要。日本A.bition公司转笼上采用了两项新专利技术：变截面叶片以及消除涡流装置。
一个质量为m的颗粒进入转笼两个叶片之间后，将在不断减小的离心力的作用下从点1向点2运动。随着离心力的减小，逐渐增大的叶片间距使气流速度不断降低，结果亦使气流携带物料的能力减弱。因此，该颗粒实际上受到一个恒力的作用，并在此力的作用下作为成品被分选出来。
同理，因碰撞反弹而进入两叶片之间的粗颗粒，在两叶片之间的整个过程中受一个向外的恒力的作用而只能向外移动，离开这个空间。
通过上述受力分析，可以看出这种变截面叶片设计实际上是把选粉机的分级空间延伸到里转笼叶片之间，大幅度增加了分级空间区域，可使选粉区的空间较之其他形式的选粉机大5-10倍。
进入转笼的气流在从出风管排出过程速度较高，一般要达到17-19m/s，而且气体含尘浓度较高，一般可达到800-1000g/m3，甚至达1300 g/m3，因此，此处流体阻力较大，涡流加速了设备的磨损。在转笼内部设置涡流消除装置，有以下优点：
●避免了涡流产生的压降，降低选粉机的阻力；
●降低气流切向速度，减小磨损；
●借助涡流被消除过程中气流对消除装置的推力，可降低转笼的驱动动力，降低选粉机的运行电耗。
A.bition公司这一措施，与丹麦S.miths公司在转笼顶部设置的导流减压叶片具有相同异曲同工之处，但在转笼内部设优计点更多一些。
2.4导向叶片的改进
大型A-sepa选粉机将导向叶片设计为不对称的折弯状，既提高了导向叶片的钢度，又有效减少了物料外窜。
2.5取消三次风
A-sepa选粉机取消了O-sepa选粉机的三次风，消除了三次风对分级室的水平涡流流场的影响。
2.6采用ABT制造工艺
采用ABT整体数控成型制造工艺加工导向叶片和转笼，*大限度地减小导向叶片排列角对分级的影响。
三．闭路粉磨系统的优化
1改进型O-sepa选粉机的选型
改进型O-sepa选粉机是专门为大型闭路粉磨系统打造的选粉设备，以处理风量表示其规格。
生料烘干磨及煤磨由于属于风扫型磨机，在进行选粉机的选型时，一般情况下主要以磨机的通风量为依据，经计算得出的磨机实际需要的通风量再加上一定的漏风系数，就是选粉机的处理风量，有了处理风量，选粉机的规格就定下来了。
水泥磨选粉机在选型时，主要以设计产量来定。水泥粉磨由于采用不同技术有不同的工艺，系统流程有较大的变化，不能仅仅按磨机的规格和产量来定。一般选粉机出口的成品浓度在800～900g/m3比较理想，因此对于普通闭路磨以及带辊压机预粉磨系统或联合粉磨系统可根据要求的产量来计算出选粉机的处理风量。而辊压机半终粉磨系统、终粉磨系统由于其选粉机的循环负荷较大，要根据选粉机需要的*大处理量来选型。
系统风机在设计选型时要注意的是选型手册上所标出的参数是在什么温度下的值，应换算为实际工况温度下的参数。另外应考虑空气含尘量以及海拔高度对风机参数的影响。
2．选粉效率选取
改进型O-sepa选粉机是在O-sepa选粉机基础上进行改进，和其它选粉机相比改进型O-sepa选粉机具备很高的分级效率，这是指选粉机的内在性能。在实际生产操作中，不应一味片面追求提高选粉机的使用效率（指经过取样进行筛余分析计算得到的效率值），因为当选粉机规格型号确定之后，其本身的性能已确定，无法改变，尤其是高效选粉机，它不像离心式或旋风式可以通过改变小叶片的数量或撒料盘的形式来进行调整。改进型O-sepa选粉机本身的调整参数只有转速和风量。通常选粉机的效率与循环负荷是一对矛盾参数，循环负荷低，选粉效率高；反之则选粉效率低。尽管改进型O-sepa选粉机比传统选粉机性能优越，对物料浓度的变化适应性强，但这种变化规律还是存在。而过低的循环负荷会导致磨机的粉磨效率下降。当磨机的产量处于较高的状态时，改进型O-sepa选粉效率并不是处于*高值。一般循环负荷控制在120～150％，选粉效率在80%左右比较合理。
3．系统工艺流程的选择
●对于不同物料的粉磨其生产工艺流程是不同的。比如水泥厂的生料粉磨、煤粉制备、水泥粉磨都有一些具体要求。 流程是采用了具有处理1000g/m3高浓度气体的气箱脉冲袋式收尘器，流程简单，系统阻力小，特别是在降低水泥温度方面，充分发挥了选粉机的特点，是目前较为常见的流程，特别在水泥磨系统中是首选的流程。
但随着磨机规格的增大，上述工艺流程在实际使用中出现了一些问题：
●当入磨熟料温度较高或环境温度较高时，水泥磨的水泥成品温度较高，此时我们希望磨机加强通风。而随着磨机规格的增大，其通风能力的增加相对于产量的提高幅度变小，磨机通风能力变差，因此大磨水泥温度相对小磨高。而大型磨机一般不采用筒体淋水冷却的办法，除了采取磨内喷水的办法，只有加大通风量，而磨机的通风量增加，又必然减少了选粉机的外界进风量，反而又降低了冷却效果。
●与磨机废气管相联的选粉机一次进风口容易产生粉尘沉降，特别是磨机通风量加大时增加了废气的含尘浓度，更加剧了选粉机内部的粉尘沉降，一方面增加了选粉机的通风阻力，另一方面又加剧了选粉机的磨损。
●磨机、选粉机、收尘器组成的系统，排风机的全压较大，因此收尘器承受的负压大，漏风较多，锁风不宜解决。因此大型闭路水泥粉磨系统，宜采用磨机通风收尘与选粉机分级系统分开的工艺流程,
改进型O-sepa选粉机也可以采用全旁路旋风筒作为成品收集装置，可以将全旁路旋风筒单独设计为一体，磨机废气进单独设置的收尘器，不与选粉机相联系，这样在收尘器清灰时不会影响选粉机的风量波动。
4. 提高磨机的粉磨效率
选定改进型O-sepa高效选粉机合适型号后，粉磨系统必须进行优化才能达到满意的效果，一方面是工艺系统的优化，选择比较符合具体情况的工艺流程；另一方面是磨机内部的优化。不仅是水泥粉磨系统，生料磨、煤磨同样如此，一般认为水泥磨闭路粉磨系统的优化应从两方面来解决：一是磨内，另一是磨外。磨外采用高效选粉机及新工艺流程，磨前增设预破碎设备、辊压机等；磨内通常的办法是优化研磨体的级配，调整仓位，采用磨内筛分技术以及高效分级衬板技术有机地结合起来。我们强调提高磨机的粉磨效率，一方面是提高磨内的研磨效率，在一定时间内粉磨一定量的物料，产生合格的细粉量越多越好，同时尽量减少磨内过粉磨现象；另一方面是适当加快物料在磨内的流速。要达到上述目的，采用磨内筛分是关键。A.bition公司通过在磨内设置A型筛分装置，即把达到一定细度的物料和选粉机的粗粉提取出来送到细磨仓，可有效减少磨内的过粉磨。对于闭路磨特别是两仓磨来说，一般希望二仓采用小球，既能提高磨内物料流速，又能达到提高研磨能力的目的。设置高效分级衬板，二仓级配中就可采用小研磨体，而不至于出现大小球反窜现象。小研磨体的采用对细磨仓的粉磨效率的提高起至关重要的作用。把磨内筛分和磨外分级结合起来，系统的粉磨效率得到进一步的提高，水泥产量就可以有进一步的提高。由于采用了较小的研磨体，研磨次数增加，一方面可使出磨水泥细粉的含量得到了提高，再通过改进型O-SEPA选粉机的有效分选，水泥的颗粒级配得到明显的改善；另一方面也使物料的球型度更好。这些都有效地改善了水泥的性能，可提高水泥的强度。
某水泥厂Ф3.8×13m 圈流水泥粉磨系统采用改进型O-sepa2000选粉机及A型磨内筛分装置进行改造。改造后台时产量76t/h提高到98t/h左右，水泥成品比表面积350m2/kg以上，循环负荷140%左右，选粉机选粉效率78%。水泥粉磨系统吨水泥电耗由改造前35 kWh/t下降到29kWh/t左右。在维持与技改前同样强度,混合材掺量可增加2～4%.
随着粉磨系统大型化技术的发展和成熟，需要从更细微处着手去分析问题和解决问题。对于闭路粉磨系统，提高粉磨效率的问题，不仅仅是采用改进型O-sepa选粉机和A型筛分装置就能达到满意的结果，必须以系统工程的观点去全面分析整个系统，使粉磨系统能达到整体优化，从而实现优质高产的目标。
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