粉磨设备及其选型.docx
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粉磨设备及其选型
粉磨设备及其选型
建平
摘要：
简述立式磨优点和一般工艺流程；以某水泥厂选择LM38.4立式磨作为生料磨为例，对生料磨的选型进行了计算。
关键词：
立磨；选型计算
1立式磨
辊压机、立磨、筒辊磨、环辊磨等粉磨系统，它们虽然是粉磨速度、粉磨强度以物料粒度分布范围等工艺参数不同形式的粉磨系统（见表1-1），但共同的宗旨在于节能、降耗、环保。
表1-1几种料层挤压粉碎设备的主要工艺参数比较
比较项目
辊压机
立磨
筒辊磨
粉磨强度（Mpa）
150~250
20
80
物料被粉磨次数（次/min）
1
2~3
4~8
磨辊线速度（m/s）
1~2
10~12
5~6
最大物料粒度（mm）
25
60
60
物料切入角（°）
6
12
18
粉磨料层厚度（mm）
20~30
25~40
50~70
物料循环负荷（%）
500~600
100~200
700~900
单机最大产量（t/h）
160
220
300
系统单位电耗（KWh/t）
27
28
25
相对电耗（%）
75
75
70
相对投资（%）
120
125
115
其中立式磨作为生料粉磨系统的优选设备，同时具有细碎、烘干、粉磨、选粉、输送等多种功能。
因此，在现今大多数是新型干法的生产线上采用的都是立磨。
立式辊磨机的主要优点为:
通风烘干能力强、节约破碎机电耗、操作运转中的噪音很小、对各种性能原料的适应性强、适应水泥装备大型化配套、集中碎、粉磨、烘干、选粉与气力输送等五项单元操作于一体等等。
从以上优点可以看出，立式辊磨能有效地解决当前粉磨工艺存在的主要问题。
图1-1LM38.4立式辊磨系统工艺流程图
立磨可以单独操作运行，也可以作为预粉磨设备使后续磨机大幅度增产节能。
那么综合考虑粉磨能力、烘干能力、能耗、喂料粒度等，根据水泥厂实际情况进行选型就显得异常重要。
本文以某日产4000吨熟料的水泥厂选择LM38.4立式磨作为生料磨为例进行相关选型计算。
2磨机选型相关计算
2.1磨机生产能力
2.1.1粉磨能力
生料辊磨是烘干兼粉磨的磨机，其能力由粉磨能力和烘干能力中较低的能力确定。
其中粉磨能力决定于物料的易磨性、辊压和磨机规格的大小。
在物料相同、辊压一定的情况下，磨机的产量和物料的受压面积与磨辊的尺寸有关，每一次辊碾压的物料量正比于磨辊的宽度B、料层厚度h和磨盘的线速度V。
磨辊的宽度B和料层厚度h在一定的范围内均与磨盘直径D成正比，线速度V与D0.5成正比，因此可以得出辊磨的粉磨能力公式：
G=K1D2.5
式中：
G为辊磨的粉磨能力，t/h；
D为磨盘直径，m。
K1为系数，与辊磨形式、选用压力、被研磨物料的性能有关。
各种磨机的工艺参数不同，其K1也不同。
一般LM型辊磨K1取9.6，D取磨盘碾磨区外径；而MPS型辊磨K1取6.6，D取磨盘碾磨区中径。
根据所要求的小时产量，选择磨盘的直径为3.8m。
此时：
G=9.6×3.82.5=270.2t/h，可以满足所要求的小时产量，为留有余地，磨机标定生产能力为265t/h是安全的。
2.1.2烘干能力
Gd=KdD2.5
式中：
Gd为辊磨的烘干能力，t/h；
D为磨盘公称直径，m；
Kd为系数，与物料水分热风量与热风温度有关。
参考TRM辊磨取Kd＝10。
所以Gd=10×3.82.5=281.5t/h。
2.2磨盘转速
辊式磨的磨盘转速决定了物料在磨盘上运动速度和停留时间，它必须与物料的粉磨速度相平衡。
粉磨速度决定于辊压、辊子数量、规格、盘径、转速、料床厚度、风速等因素。
不同形式的辊磨因其磨务和磨辊的结构形式不同，其他工艺参数不同，物料在磨盘上的运行轨迹也不相同，要求的磨盘转速也就不尽相同。
但是对于同一形式，不同规格的辊磨，要求质量为m物料颗粒受到的离心力是相同的，经过一系列换算可得下式：
n=K2×D-0.5
式中：
n为磨盘转速，r/min;
K2为系数;
D为磨盘直径，m。
不同磨机的K2值大约为：
LM莱歇型辊磨K2=58.5，MPS型辊磨K2=45.8，Atox型辊磨K2=56，这里LM莱歇型辊磨取58.5。
所以n=58.5×3.8-0.5=30r/min。
2.3磨机功率与辊压
（1）辊压
KT=
式中：
KT—单位磨辊投影面积的辊压
、B—分别为磨辊平均直径和宽度，DR=1.80m，B=0.710m
F—单辊压力，KN与液压有对应关系，L=0.08m
液压系统：
P最大MPaS=BL=0.71×0.08=0.057m2
F=PS=12000×0.057=681.6KN
KT=
=
=533.33KN/m2
满足生料磨的KT<800KN/m2
（2）功率
N0=mFu
Dmn/60
式中：
m—辊子个数；
F—单辊压力；
u—钢与物料摩擦系数，该值与磨盘、磨辊形状以及物料性能有关，u=0.25；
Dm—磨盘回转轨迹直径，Dm=3.8×0.6=2.3m。
N0=mFu
Dmn/60=3.8×681.6×0.25×3.14×2.3×30/60=2338.20kw。
配有电机功率选用：
2400kw。
2.4辊磨通风
辊式磨的通风量一是为生料烘干需要，二是输送成品物料所需。
取两者中用风量大的来选型风机。
按照辊磨系统物料外循环量的大小，可以将辊磨分为风扫式、半风扫式和机械提升式。
风扫式辊磨无外循环装置，即外循环量等于零，物料靠通过磨机的气体被提升到辊磨上部的选粉机进行选粉，用风量大，内循环量也大；半风扫式有一定的粗料进行外循环即通过外部的机械输送装置送回到磨内，用风量要小一些；机械提升式主要指用作预粉磨的辊磨，因其内部不带选粉机，出磨物料全靠机械装置送到外部选项粉机或下一级粉磨设备中，仅有少量的机械密封用风和收尘用风。
对前两种辊磨的通风量可通过出磨废气含尘尝试来计算。
（1）烘干用风:
Qa=
Kf
式中：
Qa——风扫式及半风扫式辊磨系统通风量，m3/h；
C———料气比，kg/m3，C值根据供热方式、选粉装置型式、原料、水分不同而有差别。
一般生料取0.5～0.70g/m3；这里取为0.7；
G——磨机产量，265t/h；
Kf——循环风降低率，用小数表示。
风扫式Kf＝1.0，半风扫式KJ＝0.8-0.9。
这里取为1.0。
据此得到:
Qa=265/（0.7×0.001）×1=378571.4m3/h。
（2）截面风速
Q=3600wS
式中：
w—盘面风速6～12m/s；
S—磨盘面积m2S=
R2=3.14×（
）2=12.56㎡。
W=
=
=9.48m/s，在6～12m/s范围内，是符合要求的。
取w=8m/s则Q=3600wS=3600×8×12.56=361728m3/h为输送物料所需。
根据选型原则，所选取的风量应为两者中较大的一个。
2.5料层厚度
保持适当料层厚度是辊式磨稳定运行的必要条件、料层太薄，降低粉磨效率甚至因磨机强振而停；料层过厚，会降低研磨效率，并易造成“饱磨”。
料层厚度与辊径关系：
由h＝0.02D
20=0.02×1.8×103
20=16—56mm（D-磨辊直径mm）
3磨机性能汇总
由以上计算就可以选择所需要的型号了，下表是所选磨机性能汇总。
表3－1磨机性能汇总
规格型号
LM38.4
磨盘直径
3800
磨辊直径
1800
磨辊个数
4个
磨盘转速
30r/min
最大入磨粒度
<75
入磨物料水分
3%
产品细度
R0.08≦12%
产量
≧265t/h
产品水分
≦0.5%
入磨风温
285℃
出磨风温
80-90℃
液压系统工作压力
≦12MPa
主电机功率
2400kw
参考文献
高长明.当代水泥工业粉磨装备选型趋势分析.水泥技术.2006.
本文作者长期从事硅酸盐行业工作
邹一峰吴志明孙毅杨清峰蔡华锋陈飞
合肥水泥研究设计院（230051）
1．无烟煤煤粉制备的意义
我国水泥行业中，回转窑水泥厂熟料煅烧长期以来均采用烟煤为燃料。
由于我国烟煤矿藏分布不均，主要烟煤产地多在北方，而南方诸省则以无烟煤居多，几乎没有烟煤资源。
北煤南运，增加了铁路等交通部门的压力，也增加了生产厂的燃料成本，因而加重了企业的负担。
为了对燃料资源合理利用和降低南方地区回转窑水泥生产的直接成本，需要解决在烟煤燃料缺乏的地区开发回转窑用无烟煤为燃料问题。
以福建省为例，当地无烟煤价格约150元/吨，而烟煤价格约为300元/吨。
以每吨熟料用实物煤150公斤计算，用烟煤煅烧吨熟料用煤成本为45元，而用无烟煤只需一半的成本。
以一条600t/d的熟料生产线计算，每年仅用燃料成本可减少405万元。
既可开拓当地无烟煤的使用途径，也可给企业带来显著的效益。
众所周知，在常规的烟煤煅烧回转窑烧成系统中，所用燃煤的挥发份一般为20～30％，如挥发份降低则会出现点火困难，燃尽率差，火焰不稳定，黑火头长，火焰温度下降。
若挥发份低于15％以下采用常规工艺一般难以点燃，无法生产。
这种现象是由煤的燃烧机理所决定的。
当煤受热时，首先是挥发份析出，这些挥发份具有较低的着火点，当温度达到时就迅速燃烧，从而点燃煤中的固定碳。
固定碳则按以下反应生成CO2：
2C+O2→CO、C+O2→CO2、CO+O2→CO2。
无烟煤由于其挥发份含量低于10％，燃烧时排出的助燃挥发气体少，固定碳的点燃存在困难。
而碳粒的燃尽速率与燃烧反应中的反应温度成正比，与粒子的粒径平方成反比。
因而必须提高燃烧反应空气温度和降低燃煤粒径。
我们的研究目的是解决无烟煤煅烧工艺中煤粉制备的主要技术问题，探讨如何可靠地、经济地降低入窑煤粉细度，结合生产实际开发煤粉制备工艺和装备，为无烟煤煅烧熟料生产工艺线提供合格的煤粉。
2．常规煤粉制备工艺和设备
目前国内外常用的煤粉制备方法是采用立磨或球磨配双分离、双风机系统。
国内烟煤煤粉主要采用普通风扫球磨制备，回转窑水泥厂煤磨车间主要生产工艺及煤磨机系统配置见表1。
序号
生产线规模
华新窑600t/d
新型干法300t/d）
新型干法600、700t/d
新型干法1000t/d）
1
系统特点
中间仓直吹系统
双风机中间仓
双风机中间仓或单风机中间仓
双风机中间仓或单风机中间仓
2
磨机规格，m
Φ2.5×3.9
Φ2.2×3.0
Φ2.2×4.4
Φ2.4×4.75
3
磨机产量，t/h
10～12
5～6
8～9
10～12
4
产品细度R80，%
10～12
10～12
10～12
10～12
3．煤的粉磨性能及相关试验
关于煤的易磨性，一般认为煤很好磨。
其实不然。
文献[1]报导，煤的粉磨功指数Wi=16～30kWh/t,不仅大大高于石灰石的功指数Wi=10～12kWh/t，也比熟料的功指数Wi=16～20kWh/t高。
人们知道生料中掺一些煤能提高产量。
实际上，正如文献所述，这只是由于掺煤后改善了白生料粉磨中普遍存在的粘球、粘衬板的现象。
如果配煤量较多，生料Wi值将增大。
配煤量愈多,煤的易磨性愈差,生料电耗愈大。
本文认为，是煤的易碎性较好使得人们误认为易磨性好。
在煤磨中，尽管多数情况下入磨煤块度很大，配球一般最大Φ60mm就能处理，就是因为煤的易碎性较好。
与烟煤相比，无烟煤除在燃烧性能方面有着火温度高，燃烧速度慢，燃尽率差的特点外，在粉磨性能方面也有较为明显的差别。
3.1粉磨至一定细度时所需的时间
无烟煤较之烟煤通常成矿地质年代更为久远，可以认为无烟煤是一种比烟煤晶体化更完整的形态。
因而质地变硬，易磨性变差。
这与石灰石的情况类似。
众所周知，栖霞灰岩地质年代较早，颜色较深;黄龙灰岩地质年代较晚，颜色较浅。
通常栖霞灰岩比黄龙灰岩易磨性差得多。
在我们进行的大量化验室小磨试验中，无烟煤与烟煤易磨性的差别也得到证实。
用φ500×500mm统一小磨,标准级配条件下,将煤磨到0.08mm筛余40%的细度，我们称为粗磨；再换用适当级配的小研磨体,磨到细度为0.08mm筛余5%，我们称为细磨。
几种煤的粗磨和细磨所需的时间见表2。
煤种
烟煤1
烟煤2
烟煤3
无烟煤1
无烟煤2
无烟煤3
粗磨时间（min）
7
8
15
14
17
20
细磨时间（min）
9.5
12
12
22
25
30
试验表明，相同细度下无烟煤所用的粉磨时间普遍比烟煤长，也就是说无烟煤的易磨性差于烟煤,特别是细磨性能更差。
同时表明，无烟煤是一种相对易碎难磨的物料。
3.2不同研磨体对粉磨效果的影响
无烟煤的易碎难磨特性，早在90年代初期就引起了我们的注意。
当时推行机立窑节能技术改造，其中的一项措施就是料、煤分别制备，以减轻机立窑的化学不完全燃烧现象。
我们根据无烟煤的特点，采用具有选择性粉碎作用的棒磨来制备煤粉，其产品1mm通过率大于90%，而小于0.08mm的细粉含量极低，粒度组成非常适合机立窑煅烧的要求。
水份小于5%时棒磨的效率很高，在LJP水泥厂，一台装机功率为55kW的φ1.5×2.5m棒磨在调试时，80%负荷下产量可达13t/h。
无烟煤用于回转窑煅烧，对煤粉的要求与机立窑完全不同，必须寻求新的技术途径。
大量的实验室试验结果显示，如采用国内常规方法粉磨无烟煤必将大大增加粉磨电耗，且煤粉细度难以保证。
同时发现，采用适当尺寸的小研磨体对大多数烟煤和无烟煤的细磨效果均很好。
福建DT水泥厂不同研磨体对无烟煤粉磨效果的影响见表3。
表3 DT水泥厂无烟煤粉磨试验结果（0.08mm筛余，%）
煤种
研磨体类型
粉磨时间（min）
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
A
Φ30、Φ40球
42.7
29.6
20.3
14.0
9.4
6.3
-
-
-
-
-
小段
42.7
22.7
11.2
4.2
1.6
0.6
-
-
-
-
-
B
Φ30、Φ40球
41.6
36.3
31.6
27.0
22.3
19.0
15.0
11.9
8.8
6.2
4.7
小段
41.6
35.1
29.0
23.0
17.9
13.4
9.5
6.0
3.3
-
-
C
Φ30、Φ40球
46.3
41.0
36.9
33.0
29.3
25.8
22.9
20.3
17.6
15.3
13.0
小段
46.3
39.5
33.9
28.5
24.1
20.4
17.1
13.9
11.0
8.1
6.0
D
Φ30、Φ40球
43.3
39.8
36.7
33.8
31.0
28.2
25.8
23.1
21.0
19.0
17.2
小段
43.3
38.0
33.4
30.0
27.0
24.1
21.4
18.6
15.9
13.3
11.0
从试验数据可以看出小段的细磨效果明显优于普通钢球。
同时可见，不同的无烟煤效果也不一样。
此外，可以看出四种无烟煤易磨性最好的是A，其余依次为B、C、D。
作为工业性试验，1998年我们在HRB水泥厂对φ2.4×9m煤磨进行改造。
该磨开流生产，无计量设备。
原煤烘干后喂入磨内，出来即为成品，这种工艺流程国内很少。
改造前细度约18%，有时达30%，台时产量11～13t，喂料皮带调速电机转速为200～220r/min。
厂方改造目标是希望把煤粉筛余降下来，以利于窑的煅烧。
我们在磨内增设筛分隔仓板，调整仓位和级配，特别是在细磨仓采用小研磨体。
试验中取得了大量的宝贵数据。
试验证明，如果工艺参数选择得当，小研磨体可以象实验室试验显示的那样高效地完成煤的细磨任务。
经过几次调整，改造完成后在喂料量不变时，细度很容易达到5%；在细度约10%时，喂料皮带调速电机转速可达300r/min，实测喂料皮带速度比原来提高约50%。
在取得大量的实验室试验和工业试验数据的基础上，我们针对不同的生产线进行了无烟煤细磨机的研究设计，目前已进入生产应用开发阶段。
4．无烟煤煤粉的制备工艺
4.1新建生产线的煤粉制备工艺
我们研究设计的无烟煤制备工艺系统首先用于福建DT水泥厂日产600t五级预热器窑生产线。
DT水泥厂厂区附近的无烟煤粉磨性能试验上文已经述及，其易磨性在迄今我们所作的试验中是最差的。
其工业分析和煤灰化学分析结果见表4。
选择B煤进行不同温度下挥发份、点火特性试验，见表5、表6。
表4无烟煤工业分析和煤灰化学分析（％）
煤种
Mad
Vad
Aad
FCad
Qnet,ad（kJ/kg）
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
A
0.97
11.58
25.20
62.25
24328
55.67
24.00
9.95
2.01
2.56
B
0.67
3.67
20.89
74.73
25632
53.53
24.44
10.47
1.98
1.93
C
1.09
2.57
23.81
72.53
24470
64,96
16.92
6.96
4.38
1.55
D
1.65
2.86
17.04
78.45
26844
68.68
14.39
5.70
4.06
2.08
表5B煤在不同温度下的挥发份标定
温度℃
449
517
584
703
挥发份（重量％）
1.29
2.25
2.86
3.35
表6B煤点火性能试验结果
粒径
燃烧气体中O2％
点火时间ms
点火温度℃
d<60μm
21
150
1050
从表5、表6可见，B煤的挥发、点火性能很差。
这说明，无烟煤的易磨性、燃烧性能的趋向是基本一致的。
由于燃烧煤粉的燃尽时间与粒径的平方成正比，因此要求煤粉0.08mm筛余小于3%。
也就是说，随着煤质不同，煤粉细度要求也不同，对于粉磨设备结构和工艺参数也有待合理选择。
根据DT厂无烟煤性能分析试验结果和以前的试验数据，我们确定无烟煤细磨机的规格为Φ2.2×5.8m。
该磨机具有两个粉磨仓。
第一仓主要用于粗磨，采用的研磨体为钢球，主要承担破碎和粗磨作用。
第二仓是细磨仓，采用的研磨体为特制的钢段，是煤粉磨细的关键。
原煤在第一仓粉磨后经由第一、二仓之间特制的筛分装置进行粗细分离，分离后细粉及时进入二仓，粗粉则继续留在一仓，这是细磨仓采用小研磨体的必要条件。
在风扫磨中，煤粉产质量受粉磨能力和烘干能力的制约。
传统煤磨中烟煤煤粉不必磨得很细，烘干能力往往是主要矛盾，因此煤磨大多是短而粗，即长径比较小，能通入大量热风。
无烟煤水份一般较烟煤低，而细度要求细，易磨性又差,粉磨能力是主要矛盾，应选择较大的长径比。
传统煤磨在停磨检查时常可看到磨内两边有很多煤粉而中间风扫得很干净，这说明热风在磨内穿空而过，分布严重不均。
我们在进风处设计了均风装置，使热风在整个断面上分布,这也相当于提高了磨机的烘干能力，所以不设烘干仓。
实际使用中制备出的煤粉水份、细度都符合煅烧的要求。
此外，我们改进了密封，减少了漏风；改进了进料结构，使小球不易在进料斗处堆积，使热风能顺利入磨。
在粉磨系统设计中，由于当时条件所限,仍然沿用了传统的粗粉分离器，其分离效率低，回粉细度小于20%。
系统中其它主要设备包括旋风式细粉分离器、循环风机、袋式受尘器、排风机等。
该系统于1999年初投入正常生产。
开始阶段A煤和B煤搭配使用，后来全部使用低挥发份的B煤，这在全国是第一家。
系统产量基本稳定在7.5～8t/h，最高可达9t/h。
煤粉细度2～3%，水份1～1.5%。
该磨仍未达最大能力，主机电流仅380A（额定电流500A）。
3年来的生产实践表明，该系统运行稳定可靠，操作简便，制备出的煤粉完全可以满足回转窑煅烧的要求，系统的粉尘也可达标排放。
随后为1000t/d新型干法生产线配套的Φ2.4×6.5m无烟煤细磨机也于2001年11月在湖南YS水泥厂投产，煤粉细度控制为3～5%。
在装载量为额定装载量2/3时，产量已达10t/h。
预计满负荷粉磨无烟煤时，按现有细度不变，产量可达13t/h以上。
4.2原有煤粉制备系统的在线改造
用无烟煤作燃料在许多厂已不断得到应用。
这些厂原有的煤粉制备系统制备的煤粉细度一般为0.08mm筛余10～12%，有的达到16%。
要使其达到无烟煤煅烧的要求，必须对原有煤粉制备系统进行改造。
以湖南DJ水泥厂为例，该厂有3台湿法华新窑，各有一套煤粉制备系统且可以互相串用。
煤粉制备系统流程如图1。
煤磨规格为Φ2.5×3.9m，有效内径为2.5m，有效长度为3.9m，装球量为25t，电机功率320kW。
烟煤入磨水份约12%，煤粉细度平均约13%，产量约10t/h。
在对无烟煤进行易磨性试验和其它有关试验、对系统进行详细了解和研究后，我们确定采用以下技术措施：
工艺流程改造。
如图2所示，取消了原循环风机和循环风管，弃用旋风筒，代之以高浓度煤磨袋式收尘器，废气全部经收尘器由系统内唯一的排风机排入大气。
使流程大为简化，操作更加方便。
磨内改造。
采用新型衬板，提高粉磨效率。
既不降低磨机有效容积，又不会形成使煤粉易于留存的死角，还能使研磨体沿轴向合理分级，使大球多聚集于进料端。
合理的研磨体级配。
由于衬板的分级作用，平均球径可以降低，采用小球加强细磨能力，结合小磨试验结果，设计出最佳级配。
采用高效分离器。
用CMS-30煤磨选粉机代替Φ2.5m粗粉分离器，提高了分离效率，减轻了磨机负担。
同时使细度控制变得方便，煤粉细度更加稳定。
改造完成后，在无
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