風(fēng)掃磨的系統(tǒng)優(yōu)化與能耗分析

張新波 王 巖 史緒剛

（龍蟒佰利聯(lián)集團(tuán)股份有限公司，焦作 454191）

1 研究背景

硫酸法鈦白粉生產(chǎn)的主要原料為鈦鐵礦（或高鈦渣）與硫酸，鈦鐵礦呈鋼灰或鐵黑色，金屬光澤，其主成分為FeTiO3，比重（相對密度d420）4.7～4.8，莫氏硬度5～6，具有弱磁性。商品鈦鐵礦粒徑較大（150～200目），固液反應(yīng)體系中，顆粒愈小，反應(yīng)越劇烈；顆粒尺寸可改變反應(yīng)界面，擴(kuò)散截面以及顆粒表面結(jié)構(gòu)，即鈦礦粉粒度愈小，比表面積愈大，與硫酸反應(yīng)愈充分，可以得到較高的酸解率，礦粉細(xì)度一般控制在325目（篩余約5～15%）[1]。為使商品鈦鐵礦成為符合生產(chǎn)工藝要求的生產(chǎn)原料，必須使用粉碎設(shè)備再加工。

龍蟒佰利聯(lián)集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱“我公司”）早期使用的風(fēng)掃磨機(jī)系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 早期風(fēng)掃磨系統(tǒng)工作流程

該系統(tǒng)在運(yùn)行中的主要問題是：產(chǎn)量低（15t/h左右，進(jìn)料細(xì)度200目篩余＞90%，俗稱20粉，磨后325目篩余20%以下）；設(shè)備及管道磨損嚴(yán)重；經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)正壓冒灰揚(yáng)塵等現(xiàn)象，運(yùn)行中的問題原因分析如下。

（1）由于系統(tǒng)物料主收集采用單管旋風(fēng)除塵器，運(yùn)行實(shí)測旋風(fēng)進(jìn)口塵含量約為208g/m3，出口塵含量約118g/m3，物料捕集率只有43.3%，循環(huán)風(fēng)機(jī)及回風(fēng)管長期在高濃度含塵氣體沖刷下磨損嚴(yán)重，泄漏頻繁。

（2）由于回風(fēng)中含有高濃度鈦礦粉塵又直接影響對磨機(jī)內(nèi)部物料的攜帶，重復(fù)粉碎也是導(dǎo)致產(chǎn)量低的原因之一。

（3）選粉機(jī)處理風(fēng)量只有40000m3/h，也是影響磨機(jī)產(chǎn)能的原因。

（4）排空袋除塵為氣廂式，面積只有320m2，過濾風(fēng)速高達(dá)1.56m/min，對于氣廂在線反吹除塵器而言，風(fēng)速過高導(dǎo)致清灰不徹底，濾袋堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)正壓運(yùn)行，工況條件愈加惡化。外排氣體粉塵嚴(yán)重超標(biāo)，污染環(huán)境。

（5）返料螺旋經(jīng)常斷軸，導(dǎo)致系統(tǒng)故障頻繁停車。

2 改造方案

根據(jù)以上所述，提產(chǎn)、降耗與改善操作環(huán)境是風(fēng)掃磨改造的主要目的。新的生產(chǎn)工藝流程如圖2所示，取消旋風(fēng)收塵，由一臺低壓脈沖除塵器作為主收塵，排空風(fēng)機(jī)與循環(huán)風(fēng)機(jī)合并，整個流程管路更加簡單。

圖2 改進(jìn)后風(fēng)掃磨系統(tǒng)工作流程

風(fēng)掃磨系統(tǒng)的風(fēng)掃風(fēng)量大小對整個粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量和相關(guān)設(shè)備選型至關(guān)重要。風(fēng)量過小，風(fēng)掃效果不好，系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷過?。伙L(fēng)量過大，系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷大，不利于節(jié)能。根據(jù)球磨機(jī)規(guī)格與成品粉細(xì)度和比重，風(fēng)量可由式（1）確定：

式（1）中，Q為系統(tǒng)總風(fēng)量，單位m3/h；D為風(fēng)掃磨有效內(nèi)徑，單位m；Ψ為鋼球填充系數(shù)；V為風(fēng)掃磨內(nèi)風(fēng)速，單位m/s。

對于鈦精礦成品325目篩余8%～15%，堆密度2.2t/m3，按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)V=4.0～4.2m/s，Ψ=32%～35%[1]計(jì)算得：Q=（2.9/2）2×3.14×（1-35%）×4×3600=61793.32m3/h。

考慮10%～15%的漏風(fēng)系數(shù)，實(shí)際風(fēng)量按71000m3/h計(jì)，系統(tǒng)配套裝置如下：

（1）使用低壓脈沖袋除塵取代旋風(fēng)除塵和排控袋除塵。低壓脈沖袋除塵是眾多除塵器中效率最高的設(shè)備（99.9%），它能使煙塵出口濃度降低至10mg/Nm3，所以，在冶金、建材、化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[2-4]。根據(jù)式（2）：

式中，υ為過濾風(fēng)速，單位m/min；T為煙氣溫度，單位℃；C為煙塵濃度，單位g/Nm3；D為煙塵平均粒度，單位μm。

由此可見，脈沖清灰袋除塵過濾風(fēng)速與煙溫、粉塵濃度成反比，與粉塵粒徑對數(shù)成正比[5]。所以，在選擇過濾風(fēng)速時宜低不宜高，根據(jù)場地條件情況以及計(jì)算風(fēng)量，過濾風(fēng)速0.6m/min，袋除塵工作過濾面積2000m2，選粉機(jī)處理風(fēng)量 75000m3/h。

（2）使用深槽型皮帶機(jī)取代返料螺旋輸送機(jī)，帶速0.3m/s，帶寬1m，不僅降低裝機(jī)容量，更重要的是提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少了維修量。

3 優(yōu)化后風(fēng)掃磨的運(yùn)行效果及能耗與效益分析

本系統(tǒng)改造后產(chǎn)量與舊系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）一臺過濾面積2200m2的離線低壓脈沖除塵取代旋風(fēng)除塵后，實(shí)際檢測外排氣體含塵量低于8mg/m3，循環(huán)風(fēng)是潔凈空氣，風(fēng)機(jī)及管道壽命大為延長，同時簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過給料進(jìn)口壓力與排空閥門連鎖實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，降低操作難度，便于實(shí)現(xiàn)負(fù)壓操作，改善生產(chǎn)環(huán)境。

（2）用皮帶機(jī)取代返料螺旋，大大提高了運(yùn)行可靠性，落料處揚(yáng)塵接入袋除塵進(jìn)口，避免了揚(yáng)塵。

（3）系統(tǒng)改造后產(chǎn)量可達(dá)25t/h（進(jìn)料200目篩余＞90%，磨后325目篩余5%～15%），粉碎效果明顯優(yōu)于改造前。系統(tǒng)運(yùn)行能耗對比如表1所示。

表1

改造后節(jié)能效果對比：

（1）改造前磨機(jī)單機(jī)平均產(chǎn)量15t左右/h，噸礦電耗為 60.64kW·h。

（2）改造后磨機(jī)單機(jī)平均產(chǎn)量25t左右/h，噸礦電耗為 30.57kW·h。

按照日工作20小時，每年工作10個月的運(yùn)行時間，生產(chǎn)與改造前相同礦粉產(chǎn)量可節(jié)約用電：15×6000×（60.64-30.57）×0.56/10000=153.0648萬元。即改造后生產(chǎn)相同產(chǎn)量礦粉每年可節(jié)約電耗153.0648萬元。

可多生產(chǎn)礦粉（25-15）×6000=60000噸，按照每年每噸原礦成本價格1670元計(jì)，可比原磨機(jī)系統(tǒng)多創(chuàng)造產(chǎn)值：60000×1670/10000=10020萬元。

項(xiàng)目改造設(shè)備明細(xì)及費(fèi)用如表2所示。

表2

4 結(jié)語

綜上可知，掃磨系統(tǒng)優(yōu)化后，不僅解決了揚(yáng)塵問題，而且當(dāng)年即可收回改造投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著，達(dá)到了提產(chǎn)、降耗與清潔生產(chǎn)的目的。