生料辊压机终粉磨系统在2500t_d生产线上的应用研究.docx

生料辊压机终粉磨系统在 2 500 t/ d生产线上的应用研究张廷龙1, 21洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 4710392矿山重型装备国家重点实验室 (中信重工机械股份有限公司)摘要：对尼日利亚某水泥厂 2 500 t/ d 生产线生料辊压机终粉磨系统的工作原理、关键设备选型计算和系统传递工程计算等三个方面进行了研究，给出了辊压机通过量及其功率、动静态选粉机通风量、 功率及其本体阻力的确定方法，最后给出了系统的气流、料流和热量衡算结果。 关键词：辊压机；终粉磨；动静态选粉机；热量衡算中图分类号：TQ172.6+32文献标识码：A文章编号：1001-3954(2011)04-0060-04Study on application of raw meal roller press serving as ultimate grindingsystem to 2500 t/ d cement production lineZHANG Tinglong1,21Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd., Luoyang 471039, Henan, China2State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment (CITICHIC)Abstract：The paper studies the raw meal roller press serving as ultimate grinding system applied to 2 500 t/ dcement production line in a certain Nigeria cement plant about its working principle, model selection of key equipments and calculation of system transfer, and offers the method of determining productivity and power of the roller press, as well as ventilation volume, power and pressure drop of dynamic and static air classifiers. Fi- nally, it provides computation results of gas flow and material flow and heat balance of the system.Keywords：roller press; ultimate grinding; dynamic and static air classifier; computation of heat balance该系统也主要是引进和借鉴这两家公司的。随 着新型干法水泥生产线的不断发展，各种水泥工艺和粉磨设备不断产生。从粉磨角度分析，辊压机非常适合生料的粉磨，将辊压机应用于生 料终粉磨系统，系统同时具备挤压、烘干和打散的 功能，操作维护简单，而且整个系统的烘干选粉用 风量、风压比立磨系统低，因此，辊压机终粉磨系 统比立磨系统更节能。但是由于辊压机系统用风量更 低，对生料的烘干能力也相应减小，而且，在带有余 热发电系统的水泥厂，其窑尾废气温度通常为 220230 ，采用生料辊压机终粉磨系统时，要求物料的 初始水分应小于 5%。当前生料辊压机终粉磨系统主 要由 KHD 公司和 LAFARGE 公司提供，国内采用的1系统工艺流程及其工作原理图 1 所示为尼日利亚某水泥厂 2 500 t/ d 生产线生料辊压机终粉磨系统工艺流程。从配料站来的混合料由带式输送机送至生料粉 磨车间，带式输送机上装有除铁器，将物料中混入的 铁件除去；同时在该输送带上装有金属探测器，发现 有金属后气动三通换向，将混有金属的物料由旁路卸 出，以保证辊压机的安全正常运行，不含金属的物料 由气动三通经重锤锁风阀喂入 V 形选粉机，并与来自 于辊压机的出料混合至合适的水分作为 V 形选粉机 的喂料。在 V 形选粉机的物料松散、水分烘干和颗 粒分级的三重作用下，细小颗粒被热风带至热风管道 内继续烘干后进入动静态选粉机进行二次分选，粗颗作者简介：张廷龙，男，1975 年生，工学硕士，工程师，主要从事选粉机械设计、传递工程计算、流体动力学分析和粉磨 工艺设计等方面的产品设计和科研开发工作。60破磨本栏目编辑翟小华风的热风 A1t V 形选粉机漏风 A2V 形选粉机出口风 A3动静态选粉料S1nV 形选粉机进口料的新喂料 S2fV 形选粉机下出料S2s V 形选ultimate grinding system物料密度，取决于物料的粒度组成，此处取2邦德功指数 Wi/ (kWht )单位功产量 q0/ (kgkW h )2.1.2辊压机功率的确定量小，维护方便，维护费用少。破磨本栏目编辑翟小华第 39 卷 2011 年第 4 期95，且最大粒度 75 mm，初始物料湿度 5，生料成品细度控制为 R0.08 mm, p l2 且R0.2mm, p 2.0，生料成品湿度0.5%。 生料熟料料耗按 1.65 t/ t，辊压机年运转率 87，窑年运转率 92，则系统要求 产量 G p2 5001.65/ (928724)214.7 t/ h。 辊压机需要的处理能力为=638.9 t/ h，(1) 式中： Gp，Gr 分别为系统要求产量和辊压机1. 扬尘点收尘器 1 2. 空气输送斜槽 3. 受料溜槽 4. 辊压机 5. 上料斗提 要求产量，t/ h；R0.08, p 为系统成品 0.08 m m6. 返料斗提 7. V 形选粉机 8. 热风炉 9. 扬尘点收尘器 2 10. 稳流仓 11. 动 筛余，根据系统要求取 8%12%；R0.08, r 为静态选粉机 12. 扬尘点收尘器 3 13. 袋式收尘器 14. 烟囱 15. 主风机 A1辊压机排料 0.08 mm 筛余，根据对物料所做V 形选粉机进口风 A1c V 形选粉机进口风的循环风 A1h V 形选粉机进口 的不同辊压力下产品粒度分布曲线的拟合公机入口风 A3k动静态选粉机吹扫风 A4动静态选粉机出口风 A5k袋式式表明 R0.08, r = 70.42%。收尘器反吹风 A5z (= A5za + A5zb)袋式收尘器活化风 A6袋式收尘器出口 2.1辊压机选型计算风 A7主风机出口风 A8排空风 S1 V 形选粉机进口料 S1c辊压机出2.1.1辊压机通过量1的确定粉机上出料 S3动静态选粉机进料 S4f动静态选粉机返料 S4p动静态选 粉机细料 S5a扬尘点收尘器 2 收集料 S5b扬尘点收尘器 3 收集料 S6 (= S6a+S6b)袋式收尘器收集料图 1 生料辊压机终粉磨系统工艺流程639.8 t/ h ，(2)Fig 1 Process flow of raw meal roller press serving as式中：Gt 为辊压机通过量，t/ h； 1 为压缩前粒与新喂入的混合料经返料斗提送入辊压机上方的稳 1.46 t/ m3； 为料饼表观密度，与辊压有关，此处取 流仓进行循环挤压。动静态选粉机为最终产品的分选 1.95 t/ m3；B，D 分别为辊压机辊宽和辊压机辊径， 设备，其细粉随气流进入袋式收尘器进行成品收集， 此处 B = 1.2 m，D = 1.7 m；u 为辊压机辊面线速度， 不合格的返料通过锁风阀卸出至稳流仓后继续挤压。 与被粉碎物料性质和辊面粗糙度有关，对于生料， 袋式收尘器捕集的物料经气力输送斜槽等一系列输送 u2，此处取 1.58 m/ s； 为辊压角，取决于物料性 设备送至生料库，袋式收尘器出来的符合环保要求的 能及辊面状况，此处取 7.9。 清洁空气在主风机作用下，一部分送入 V 形选粉机表 1 生料辊压机终粉磨系统物料组分及其易磨性指标 进风口，另一部分排空。稳流仓中的物料过饱和喂Tab 1 Material constitution and wearability index of raw meal 入辊压机中进行料床粉碎，辊压机碾磨后经上料斗roller press serving as ultimate grinding system送入 V 形选粉机进料口进行循环。生料烘干热源来 自窑尾废气，可通过电动阀门的开度控制窑尾热风 质量百分比/ 量，同时冷风阀的开度控制掺入冷风量，以控制入V 形选粉机的热风温度。易磨性校正系数 K / 该系统整体装机设备少，工艺简单，占地面积 收到基湿度 W1/ 小，开停机方便，能耗低，对原料的粒度及水分适应性较好；操作中主要控制好系统风压、风温和电流，整个系统的监控点少，运行稳定，系统维护工作，(3)N = k N0 = 1 887.9 kW (圆整为 2950 kW)，2关键设备选型式中：N，N0 分别为辊压机选用电动机总功率和辊生料生产能力 220 t/ h，初始物料粒度 45 mm 占压机功率，k W；P T 为辊子投影压力，此处取 5 40061项目石灰石黏土砂页岩赤泥石膏合计标准熟料78.0013.95.301.950.85100-110.512.813.712.98.1611.0213.49-1 -189.872.867.872.291.485.9468.9M1.3041.0570.9841.0481.3251.2513.314.56.14.27.65.12.2.1选粉机风量的确定f4.08 m；nZ 为转子转速，此处为 93.5 r/ min；f 为选粉S = 2 ( Z+ BZ) HZ kZ = 2 (0.01 + 0.12)2.5340 = 26.31ZZZ选粉机本体阻力是由各部件组合而成的，通常破磨本栏目编辑翟小华第 39 卷 2011 年第 4 期62kN/ m2；k 为功率裕量系数，无量纲，此处取 1.18。 表 2 生料辊压机终粉磨系统主要工艺设备2.2 动静态选粉机选型计算 Tab 2 Main processing equipments of raw meal rollerpress serving as ultimate grinding system，(4) 式中：Q 为动静态选粉机通风量，m3/ h；C 为动静态选粉机的选粉浓度，此处取 0.63 kg/ m3。2.2.2 选粉机功率2的确定73.9 kW，(5)Nc = (1 + ) Nco / = 102.2 kW (圆整为 112 kW)，式中：N co，N c 分别为选粉机需用功率和选粉机电动机功率，k W；u Z 为选粉机转笼外边缘的圆周速度， 且 uZ = DZ nZ/ 60 = 19.95 m/ s；DZ 为转子直径，DZ =机型号系数，无量纲，此处取 1.1； 为转子阻力系 数，无量纲，此处取 1.8；S 为转子叶片的总面积，且m2；H ，B ， 分别为转子高度、转子叶片宽度和厚 度，此处 HZ = 2.53 m，BZ = 0.12 m， Z = 0.01 m；kZ 为 转子叶片数量，此处为 40 个； 为选粉气体的密度， 此处取 0.980 5 kg/ m3； 为电动机的储备系数，无量 纲，此处为 0.3； 为传动的机械效率，无量纲，对于 减速器直齿轮传动为 0.930.96，此处为 0.94。2.2.3 选粉机本体阻力的确定情况下是根据选粉机转子位置处的气流表观风速进行 计算，根据现场标定的数据，可以采用如下的经验公 式，(6)该系统的计算内容包括料流衡算、气流衡算和 热量衡算，这些平衡相辅相成。通过料流衡算，可以式中：P 为磨机本体阻力，Pa； 0 为洁净烟气 (或空 确定以动静态选粉机为中心的气流参数；通过气流衡 气) 状态下的设备和部件的局部阻力系数，无量纲， 算，可以控制各个控制容积的能量守恒；通过能量衡 此处取 89；K 为气流含粉时的修正系数，无量纲，此 算可以确定各个设备的物料量及其绝对湿度等指标， 处取 0.8； 为气流含尘浓度，此处为 0.703 4 kg/ kg； 即物料平衡。计算结果如表 3 5 所列。 f 为气流 (此处指窑尾废气) 密度，此处为 0.980 5 该系统的计算条件为：当地海拔高度 400 m， kg/ m3；v 为选粉机转子位置处的气流表观风速，此 大气压力 96 912 Pa，平均气温 15 ，大气相对湿度 处为 4.25 m/ s。 43%。所以，当地大气饱和蒸汽压为 Ps = exp (23.1 964- 3 816.44/ (15 + 227.02) = 1 681 Pa，当地大气绝对湿3 传递工程计算 度为 y = 0.6220.431 681/ (96 912 - 0.431 681) =该系统计算范围是自热风出口始至主风机出口为0.004 7 kg水蒸气/ kg干空气。止，包括热风系统、V 形选粉机、返料斗提、上料斗 借助于笔者 2007 年课题研发中导出的结论：在提、动静态选粉机、稳流仓、辊压机、袋式收尘器和 稀相气流输送过程中，生料粉和高温气流之间的换主风机。系统主要工艺设备如表 2 所列。 热和传质主要发生在加速段的起始区，其距离不超设备名称项目参数值V 形选粉机型号VX9620F风量/ (Nm3h-1)234 500风温/ 250本体阻力/ Pa1 400返料斗提型号TZH90输送能力/ (th-1)700功率/ kW100上料斗提型号TZH1000输送能力/ (th-1)830功率/ kW100动静态选粉机型号RD4080处理风量/ (m3h-1)340 000处理能力/ (th-1)220功率/ kW112稳流仓规格/ mm 3 000仓容/ t30辊压机型号VR170-120辊径/ mm1 700辊宽/ mm1200通过量/ (th-1)640功率/ kW2950袋式收尘器型号JLMB-340-26过滤面积/ m24 080通风量/ (m3h-1)244 800489 600全压/ Pa1 5001 800主风机型号3200DIBBR4通风量/ (m3h-1)400 000全压/ Pa7 500风温/ 95内效率/ %80功率/ kW1 120其他设备功率/ kW60合计功率/ kW3 392Tab 3Computation of material flow balance of raw meal roller-1表 4 生料辊压机终粉磨系统气流衡算-1(收稿日期：2010-11-23)表 5 生料辊压机终粉磨系统总热量衡算破磨本栏目编辑翟小华第 39 卷 2011 年第 4 期表 3 生料辊压机终粉磨系统料流衡算4结语press serving as ultimate grinding system从以下 3 个方面对生料辊压机终粉磨系统进行了 细致的研究：(1) 在系统工艺流程和工作原理方面，结合国内 外已经投产的辊压机生料终粉磨系统的使用情况，给 出了对物料水分具有很强适应能力的工艺流程，并对 其工作原理进行了细致的描述；(2) 在关键设备选型方面，给出了辊压机通过 量、辊压机功率、动静态选粉机通风量、功率及其本 体阻力的确定方法，并给出了该系统中关键设备的型 号和相关技术参数；(3) 在传递工程计算方面，给出了该系统各位置 处详尽的的气流和料流衡算结果，而且借助于热平衡计算，给出了整个系统的热量衡算结果。Tab 4 Computation of gas flow balance of raw meal roller press通过对生料辊压机终粉磨系统进行的 serving as ultimate grinding system研究表明，若窑尾废气不经余热发电时， 可以处理含水量 7% 以下的物料；若窑尾废气经过余热发电，只能处理含水量 4% 以下的物料；若处理含水量更大的物料， 必须借助于热风炉，但物料水分最大不能 超过 10.5%。参 考 文 献1 严 生，常 捷，程 麟新型干法水泥厂工艺设计手册 M北京：中国建材工业出版社，2007.2 熊会思，熊 然新型干法水泥厂设备选型使 用手册 M北京：中国建材工业出版社，2006.(修改稿日期：2011-01-05)Tab 5 Computation of overall heat balance of raw meal roller press serving as ultimate grinding system过 50 cm，时间不大于 0.03 s，因而现有的各级预热 器换热管的长度无论是对传质还是对传热都是足够 的。63项目比热容/ (kJkg-1-1)理论值/ (MJh-1)百分比/ %热风系统带入热1.052 268 31289.40原始生料带入热1.075 23 6364.76漏风带入热1.010 32070.27粉磨机械发热4 2615.58热量总收入76 416100.00蒸发水分消耗热27 71336.27排空气体带走热1.041 723 93931.33物料带走热0.908 017 88723.41系统散热损失6 8779.00热量总支出76 416100.00位置标况气流量/ (Nm3h-1)工况气流量/ (m3h-1)气流温 度 / 气流压 力 / Pa气流质量流 量 / (th-1)气流含水 量 / (th-1)气流绝对湿度/ (kgkg干气 )A1224 000423 514218.3-5007.47290.000.025 8A1c49 00067 75987.0-3002.1763