合肥中亞建材裝備有限責(zé)任公司總工程師張志宇

      5 月21日在南京召開的2011第四屆國際粉磨峰會上，合肥中亞建材裝備有限責(zé)任公司總工程師張志宇作“HRM煤粉立式磨的特點及應(yīng)用”主題報告，以下為報告內(nèi)容。

　　一、概述

　　立式磨亦稱輥式磨、中速磨，從發(fā)明至今已有半個多世紀(jì)的歷史，隨著材料科學(xué)、液壓技術(shù)的發(fā)展和設(shè)計、加工的不斷創(chuàng)新，使立式磨研磨體的耐磨性能得到顯著改善和提高，液壓系統(tǒng)更加先進(jìn)可靠。磨輥輥套和磨盤襯板的結(jié)構(gòu)形式不斷改進(jìn)、磨盤轉(zhuǎn)速對應(yīng)不同產(chǎn)品細(xì)度使其粉磨效率進(jìn)一步提高，從而使立式磨的開發(fā)和應(yīng)用得到進(jìn)一步拓展。

　　合肥水泥研究設(shè)計院早在八十年代初就著手HRM型立式磨的研究工作,它是在廣范收集國內(nèi)外各種立式磨資料的基礎(chǔ)上，吸收國外的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國水泥工業(yè)特點而設(shè)計的一種新型節(jié)能粉磨設(shè)備。它既具有能將磨輥翻出機外、檢修方便的優(yōu)點，又具有輥套可翻面使用、壽命長的特點，如今合肥水泥研究設(shè)計院生產(chǎn)的HRM型立式磨已有1000多臺用于水泥生產(chǎn)的生料及各行各業(yè)的煤粉制備。

　　研究表明：煤炭的哈氏可磨特性系數(shù)一般在50～90之間，適合于用立式磨粉磨。HRM型系列立式煤磨是HRM型立式磨派生系列之一。我國豐富的煤炭資源為水泥生產(chǎn)提供了充足的能量，在水泥行業(yè)重新認(rèn)識并廣泛使用該裝備。我們根據(jù)不同行業(yè)、不同煤種、不同煤粉細(xì)度要求單獨設(shè)計相應(yīng)類煤粉立式磨，使HRM煤粉立式磨的性能更優(yōu)越，獲得越來越多用戶的肯定。目前HRM煤粉立式磨已出口巴基斯坦、印度、泰國、阿聯(lián)酋及越南等多個國家，總計有三百多臺運行，其中有一百多臺套不同規(guī)格的立式煤磨在水泥行業(yè)使用，效果良好，取得了巨大的經(jīng)濟、社會效益。

　　本文介紹HRM煤粉立式磨特點及應(yīng)用，使用戶在使用中充分發(fā)揮其能力，為企業(yè)節(jié)能增效。

　　二、HRM煤粉立式磨結(jié)構(gòu)、性能特點和系列參數(shù)

　　2.1、HRM煤粉立式磨的結(jié)構(gòu)

　　HRM煤粉立式磨是在原料立式磨長期生產(chǎn)實踐過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗，同時對國內(nèi)電力及冶金、水泥等行業(yè)使用的立式煤磨進(jìn)行調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計而成的制備煤粉的專用設(shè)備（如圖1），結(jié)構(gòu)簡介如下：

　　圖 1  HRM煤粉立式磨結(jié)構(gòu)圖

　　2.1.1．傳動裝置：

　　立式磨的傳動裝置由主電機、聯(lián)軸器、減速機三部分組成，安裝在磨機下部，既要帶動磨盤傳動，還要承受磨盤、物料、磨輥的重量以及加壓裝置施加的碾磨壓力，是立式磨中最重要的部件之一。

　　為了適應(yīng)用戶較多粉磨劣質(zhì)煤貨無煙煤的趨勢，HRM煤粉立式磨采取了增大主減速機減速比以降低磨盤轉(zhuǎn)速的措施，同時改進(jìn)磨輥輥套和磨盤襯板的結(jié)構(gòu)形式，使磨盤上形成穩(wěn)定的料層從而增加磨輥的碾壓力，提高粉磨效率，減小磨機振動的可能，生產(chǎn)更加平穩(wěn)可靠。[Page]

　　2.1.2．磨輥裝置

　　磨輥是立式磨重要的研磨部件，HRM型立式媒磨采用弧形襯板和輪胎形輥套，輥套為對稱結(jié)構(gòu)，在磨損到一定程度后可翻面使用，延長其使用壽命。磨輥軸承采用新型機械密封裝置，既提高了密封可靠性，同時因不需要密封風(fēng)機而減少了磨內(nèi)含氧量，降低了磨內(nèi)爆炸的可能性。

　　一般立式磨的磨輥軸承采用油脂潤滑，但由于原煤水分較大，為了提高烘干能力，磨腔內(nèi)氣體溫度一般高達(dá)100多度，操作不當(dāng)易造成磨輥軸承溫度過高，導(dǎo)致潤滑脂蒸發(fā)變質(zhì)影響軸承壽命。因此，HRM煤粉立式磨已采用磨輥稀油強制潤滑、冷卻，大大增加了軸承使用壽命（一般可提高2.5倍以上）。

　　2.1.3．加壓及限位裝置

　　HRM煤粉立式磨抬輥操作和限位裝置可以使磨機空載啟動。啟動前無需在磨盤上布料，避免開機難的煩惱。此外由于磨輥和磨盤之間的間隙可調(diào)，使得既能保持穩(wěn)定的料層厚度，提高粉磨效率，又能保證磨輥和磨盤不直接接觸，磨機振動值大幅降低，所以HRM煤粉立式磨比其它立式磨更適應(yīng)于粉磨劣質(zhì)煤或無煙煤。

　　2.1.4．分離器（選粉機）

　　立式煤磨的分離器（即選粉裝置）一般分靜態(tài)、動態(tài)、動靜態(tài)組合三種形式。靜態(tài)慣性分離器，顧名思義只有固定不動的導(dǎo)向葉片，該機選粉效率低，調(diào)節(jié)細(xì)度功能差，往往不能滿足煤粉磨制細(xì)度要求。動態(tài)分離器，是指電機帶動一個高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的葉片與粗顆粒撞擊，給物料以較大的線速度，產(chǎn)生較大的離心力，使其進(jìn)行分離，該型分離器的選粉細(xì)度可達(dá)0.08mm篩余6～12%，可滿足煙煤粉磨的細(xì)度要求。

　　新型HRM煤粉立式磨則采用了最先進(jìn)的動靜態(tài)組合式分離器，該分離器外側(cè)有導(dǎo)向葉片，中間是變頻可調(diào)速的籠型轉(zhuǎn)子，下部設(shè)有集料斗，有助于沒有通過選粉機的不合格煤粉重新落回磨盤粉磨。該分離器分級效率高，調(diào)節(jié)余地大，選粉細(xì)度可達(dá)0.08mm篩余2%以下，可滿足水泥生產(chǎn)線大多數(shù)劣質(zhì)煤或無煙煤粉磨的細(xì)度要求。

　　2.2、HRM煤粉立式磨的性能特點

　　HRM煤粉立式磨在長期運行中，表現(xiàn)出如下性能特點：

　　2.2.1．粉磨效率高，粉磨能耗低。粉磨電耗與同規(guī)模產(chǎn)量的傳統(tǒng)風(fēng)掃球磨機相比，節(jié)電20～40％，特別在原煤水分較大的情況下，節(jié)電幅度更大。

　　2.2.2．烘干能力大。立式煤磨采用風(fēng)掃式操作，通過調(diào)節(jié)入磨風(fēng)溫和風(fēng)量，可粉磨烘干水分高達(dá)20％的原煤，特別在水泥生產(chǎn)線上，煤磨的烘干熱源一般來自蓖冷機廢氣（約200℃），采用風(fēng)掃球磨機烘干能力有限，而采用立式煤磨則可以用大風(fēng)量來解決其高水分烘干的要求。

　　2.2.3．入磨物料粒度大，可達(dá)磨輥直徑的 5％。一般用于2500t/d～6000t/d熟料生產(chǎn)線的煤磨，入料粒度可達(dá)50～80㎜。

　　2.2.4．粉磨可控性能好。物料在立式磨內(nèi)停留時間僅0.5～2分鐘，磨內(nèi)的合格產(chǎn)品能及時分離出來，避免了過粉磨現(xiàn)象。產(chǎn)品細(xì)度可通過調(diào)節(jié)動靜態(tài)分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來控制，轉(zhuǎn)速越高，細(xì)度越細(xì)，煤粉細(xì)度可達(dá)R0.08≤2%。且細(xì)度穩(wěn)定，粒度均齊，有利于煤粉燃燒，非常適用于粉磨劣質(zhì)煤和無煙煤。

　　2.2.5．工藝流程簡單、占地面積小、建筑面積小，可露天布置。立式磨集破碎、粉磨、烘干、選粉、輸送五道工序于一體，工藝簡單、布局緊湊、占地面積約為球磨系統(tǒng)的60～70％，建筑面積約為球磨系統(tǒng)的50～60％。

　　2.2.6．噪音低、揚塵少，操作環(huán)境清潔。立式磨的噪音僅為80～85dB（A聲級），比球磨機低20～25dB（A聲級），系統(tǒng)在負(fù)壓下工作，無粉塵飛揚，操作環(huán)境清潔。

　　2.2.7．研磨體消耗少，壽命長，運轉(zhuǎn)率高。由于HRM型立式磨設(shè)置了限位裝置，立式磨輥套與襯板之間不會直接接觸，磨機振動幅度小，研磨體壽命長，運轉(zhuǎn)率高。[Page]

　　2.3、HRM煤粉立式磨規(guī)格及技術(shù)參數(shù)

　　HRM煤粉立式磨規(guī)格及技術(shù)參數(shù)見表1。

　　注：1.原煤哈氏可磨數(shù)≥50；2. 可用于粉磨無煙煤，煤粉細(xì)度(R0.08)≤2%

　　三、立式磨煤粉制備工藝流程和系統(tǒng)風(fēng)量計算

　　3.1、工藝流程

　　HRM煤粉立式磨系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

　　圖 2  立式煤磨系統(tǒng)工藝流程圖

　　系統(tǒng)工藝流程簡述如下：

　　原煤從原煤堆場通過格子篩網(wǎng)過篩后落到大傾角皮帶輸送機上，經(jīng)電磁除鐵器除鐵后，皮帶輸送機把原煤送入原煤倉進(jìn)行儲存。

　　待制粉系統(tǒng)均已啟動后，打開原煤倉底部棒閥，啟動密封計量膠帶給煤機，原煤進(jìn)入立式煤磨進(jìn)行烘干、粉磨。

　　由熱風(fēng)爐出來的熱風(fēng)或水泥生產(chǎn)線廢氣，在系統(tǒng)風(fēng)機的抽引下，進(jìn)入立式煤磨，與磨內(nèi)被粉磨的原煤進(jìn)行充分熱交換后，帶起煤粉在分離器處進(jìn)行分選，細(xì)度不合格的粗煤粉重新落到磨盤上進(jìn)行粉磨，合格的煤粉隨氣流進(jìn)入防爆氣箱脈沖收塵器被收集下來，經(jīng)過分格輪卸入煤粉倉。

　　原煤中的雜物，如部分煤矸石、金屬塊等，通過風(fēng)環(huán)、吐渣口排出磨外。

　　3.2系統(tǒng)風(fēng)量計算

　　立式磨運行時，集粉磨、烘干、物料輸送為一體，一定規(guī)格的磨機要達(dá)到與粉磨能力相適應(yīng)的產(chǎn)量，必須要具有相適應(yīng)的烘干和物料輸送能力。熱平衡分析是研究立式磨粉磨、烘干、物料輸送能力平衡的方法之一，它利用系統(tǒng)收入的熱量與支出的熱量相等的原理，以粉磨能力為基礎(chǔ)，計算出系統(tǒng)烘干物料需通入的熱風(fēng)量，然后核算系統(tǒng)烘干物料需通入的熱風(fēng)量對應(yīng)的系統(tǒng)通風(fēng)量是否能滿足物料輸送要求，若該系統(tǒng)通風(fēng)量大于物料輸送要求，以此作為系統(tǒng)通風(fēng)量各參數(shù)；若該系統(tǒng)通風(fēng)量小于物料輸送要求，以物料輸送需要的通風(fēng)量為基礎(chǔ)，增大系統(tǒng)通風(fēng)量。

　　圖3為立式磨系統(tǒng)熱量收支項目圖。

　　圖3    立式磨系統(tǒng)熱量收支項目圖[Page]

　　a．平衡范圍和基準(zhǔn)

　　平衡范圍：磨機進(jìn)料口、進(jìn)風(fēng)口至磨機出風(fēng)出料口。

　　溫度基準(zhǔn)：0℃。

　　物料基準(zhǔn)：磨機1小時產(chǎn)量=G2t/h。

　　設(shè)定條件：忽略空氣中帶入的水汽量，不吐渣；

　　入磨物料平均水分：M1=12.0%；

　　出磨物料水分：M2=1%；

　　入磨熱氣體溫度t1=300℃；

　　出磨廢氣溫度t2=85℃；

　　入磨物料溫度ts1=20℃；

　　出磨物料溫度ts2=85℃；

　　漏風(fēng)系數(shù)（占入磨熱氣體量的%）k=20%；

　　周圍環(huán)境溫度：ta=20℃；

　　噸產(chǎn)品磨機主電機配置功率按13.2kW計算；

　　立式磨筒體散熱按研磨物料發(fā)熱量的50%計算。

　　上述設(shè)定條件稱為條件一。

　　b.熱平衡計算

　　I.收入熱量

　?、龠M(jìn)磨機熱氣體熱量

　　Q1=1.413×300 =423.9  kJ/h

　　式中：Q1----入磨機熱氣體帶入熱量，kJ/h；

　　---- 入磨機熱氣體用量，Nm3/h；

　　C1=1.413----入磨機氣體的平均熱容kJ/ Nm3.℃；

　　t1----入磨機熱氣體溫度，℃。

　?、谌肽C濕物料帶入熱量

　　入磨機濕物料量=出磨機烘干物料量+磨機蒸發(fā)水分量

　　Q2= 1000G2(0.905×0.99+4.1868×0.01)×20+1000G2×11/88×4.1868×20

　　=29223 G2 kJ /h

　　式中：G1--- 入磨機濕物料量，kg/h；

　　G2=出磨機烘干物料量，kg/h；

　　Q2---入磨機濕物料帶入熱量，kJ/h；

　　Cs=0.905---絕干物料熱容，kJ/kg.℃；

　　CW---水的熱容， kJ/kg.℃，CW =4.1868 kJ/kg.℃。

　?、?、漏風(fēng)帶入熱量

　　Q3= l冷風(fēng)oC冷風(fēng)o ta

　　=0.2×1.297×20

　　= 5.188

　?、?、研磨物料產(chǎn)生熱

　　Q4=3600oKoN0

　　=3600×0.7×13.2 G2

　　=33264 G2 kJ/h

　　3600--熱功當(dāng)量，（1kWh=3600kJ）， kJ/ kWh；

　　0.7--研磨過程中能量轉(zhuǎn)變成熱能的系數(shù)；

　　N0--磨機需用功率，近似看做磨機裝機功率，kW。

　　∴Σ熱收入= Q1+ Q2+ Q3+Q4

　　=423.9 +29223 G2+5.188 +33264 G2

　　= 429.1 +62487 G2

　　Ⅱ支出熱量

　　水分及水汽帶走的熱量

　　ΔW=G2 (W1-W2)÷(100-W2)

　　= G2 ×1000×(12-1) ÷(100-1)

　　=111 G2 kg/h

　　Q5=ΔW(2490+1.88×t2)

　　=111 G2 (2490+1.88×85)

　　=111 G2×2649.8

　　=294128 G2 kJ/h

　　式中：Q5---蒸發(fā)水分及水汽帶走的熱量kJ/h；

　　2490---每kg水在0℃時變成水蒸氣所需的汽化潛熱，kJ/kg；

　　1.88---水蒸氣由0℃升至t2時的平均熱容，kJ/kg.℃；

　　t2---出磨機廢氣溫度，℃；

　　②出磨廢氣帶走熱量

　　Q6=kCts2

　　=1.2×1.302×85

　　= 132.8

　　式中:Q6--出磨廢氣帶走熱量，（不包括蒸發(fā)物料水分所在的水蒸氣），kJ/h ；

　　C=1.302--出磨氣體的平均熱容，kJ/Nm3.℃；

　　ts2--出磨廢氣溫度，℃。

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