DS-M型超細(xì)分選機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用

李邦憲，孫繼亮，陳 剛（中建材（合肥）粉體科技裝備有限公司，安徽 合肥230051）

0 引言

電廠的粉煤灰原灰，一般是通過簡(jiǎn)單的的靜態(tài)分級(jí)設(shè)備分為一級(jí)灰、二級(jí)灰或渣灰就可以被水泥等建材企業(yè)充分地利用，大部分能做到粉煤灰的零排放。但在某些局部的地區(qū)，其粉煤灰的排放量超出了當(dāng)?shù)氐乃嗟冉ú钠髽I(yè)一般需求，為有效解決這些“多余”的粉煤灰，文獻(xiàn)[1]指出：通過對(duì)電廠排出的原灰進(jìn)行超細(xì)粉磨，可以提高原灰的活性指數(shù)，使其在水泥等建材產(chǎn)品中的摻入量能提高到40%～50%。通過這種辦法，可以幫助這些企業(yè)實(shí)現(xiàn)粉煤灰零排放的同時(shí)，也能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)粉煤灰超細(xì)粉磨的關(guān)鍵設(shè)備是超細(xì)管磨機(jī)和超細(xì)分級(jí)機(jī)，尤其是超細(xì)分級(jí)機(jī)，如何在45μm粒徑分級(jí)精度下實(shí)現(xiàn)較高的分選效率，是整個(gè)粉煤灰超細(xì)粉磨系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。

1 高效超細(xì)粉煤灰專用分級(jí)機(jī)的分析研究

目前，用于超細(xì)分選的分級(jí)設(shè)備大多都是渦流分級(jí)機(jī)，但現(xiàn)有的生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)渦流分級(jí)機(jī)有如下的不足之處：

（1）渦輪分級(jí)機(jī)存在邊壁效應(yīng)：現(xiàn)行的渦流分級(jí)機(jī)只相當(dāng)于在渦旋的旋風(fēng)筒中部增加了一只旋轉(zhuǎn)的渦輪裝置，混合粉煤灰的含塵氣體切向進(jìn)入殼體后即產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，粗顆粒在離心力的作用下被拋向壁面落下，同時(shí)由于邊壁效應(yīng)的影響，靠近筒壁的細(xì)灰也在離心力的作用下被拋向筒壁混入粗灰中，造成細(xì)灰分選不干凈。

（2）氣流旋轉(zhuǎn)存在速度梯度：由于分級(jí)區(qū)域是渦輪外緣與筒壁之間的環(huán)形區(qū)域，氣流僅從一個(gè)切向進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，因此在進(jìn)風(fēng)口區(qū)域氣體速度較高，而遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口則氣流速度較低，這就形成了環(huán)形分級(jí)區(qū)內(nèi)流場(chǎng)不穩(wěn)定，從而影響分級(jí)效率。

（3）形成不了平面渦流：現(xiàn)行渦輪分級(jí)機(jī)的渦輪僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的直籠形轉(zhuǎn)子，無水平隔板，分級(jí)葉片也是用扁鋼做成，從而使形成的旋轉(zhuǎn)氣流不是平面渦流，而是螺旋氣流，并且在籠子上部吸進(jìn)氣體的流速較快，而下部吸進(jìn)的氣流速度要慢些，因而影響分級(jí)效率。

（4）不能有效地對(duì)粗灰進(jìn)行清洗，現(xiàn)行的渦輪分級(jí)機(jī)在分級(jí)筒的下部設(shè)計(jì)了切向進(jìn)入的二次風(fēng)對(duì)粗灰進(jìn)行清洗，而這股二次風(fēng)如果風(fēng)速很高，很容易將下落的粗灰大量揚(yáng)起，從而干擾分級(jí)區(qū)上部物料的分級(jí)，如風(fēng)速較低，則起不到對(duì)粗灰的清洗作用。

合肥院研發(fā)的新型超細(xì)粉體分級(jí)機(jī)，是在日本小野田O-Sepa選粉機(jī)的分級(jí)技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)消化吸收、自主創(chuàng)新開發(fā)成功的一種新型高效分級(jí)設(shè)備，其分級(jí)效率可高達(dá)90%以上，料氣比達(dá)到2.0～2.5kg/m3（干空氣）。與現(xiàn)行渦流分級(jí)機(jī)相比，具有以下突出的特點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)的籠型轉(zhuǎn)子是一個(gè)由多層水平隔板與豎直異形分級(jí)葉片組成，水平隔板使分級(jí)區(qū)域的氣流在高度上形成幾個(gè)穩(wěn)定的水平渦流，互不干涉，使得受分選物料從上至下經(jīng)過多次分級(jí)。異形分級(jí)葉片使得從籠子表面進(jìn)入籠子內(nèi)部的分級(jí)氣流在任何一點(diǎn)都保持相同的流速，其相對(duì)速度差＜5%，因此分級(jí)區(qū)域的流場(chǎng)均勻而穩(wěn)定，因而分級(jí)精度很高。

（2）在上部分級(jí)區(qū)的殼體內(nèi)部，特殊設(shè)計(jì)的靜態(tài)導(dǎo)風(fēng)葉片與籠形轉(zhuǎn)子形成主要的分級(jí)流場(chǎng)。含塵氣體須從導(dǎo)向葉片之間的縫隙沿切向進(jìn)入由導(dǎo)向葉片與籠形轉(zhuǎn)子組成的環(huán)形分級(jí)腔的空間，由于導(dǎo)向葉片的存在徹底消除了邊壁效應(yīng)，粗灰中細(xì)灰的含量大大降低，分級(jí)效率大幅度提高。

（3）特殊設(shè)計(jì)的粗粉二次分級(jí)裝置，受下部上升氣流的沖洗，即將落入粗灰斗中的粗灰中的細(xì)灰再次被帶入到上部的分級(jí)區(qū)進(jìn)行分級(jí)。

（4）由于分級(jí)氣流產(chǎn)生的流場(chǎng)均勻穩(wěn)定，氣固二相流的氣流旋轉(zhuǎn)速度較高，所產(chǎn)生的離心力和氣流向心吸力穩(wěn)定，因而分級(jí)精度很高，并且料氣比可達(dá)到2.0～2.5，較其它渦流分級(jí)機(jī)的料氣比（0.7～1.0）要高出2～3倍，分級(jí)的用風(fēng)量?jī)H是渦流式分級(jí)機(jī)的一半，因而系統(tǒng)所消耗的風(fēng)量大大降低，處理能力達(dá)40 t/h的分級(jí)系統(tǒng)能耗僅100 kW；處理能力達(dá)60 t/h的分級(jí)系統(tǒng)能耗僅120 kW，處理能力達(dá)200 t/h的分級(jí)系統(tǒng)能耗僅400 kW，處理能力達(dá)300 t/h的分級(jí)系統(tǒng)能耗僅600 kW。

在大型化方面，能夠生產(chǎn)出處理量達(dá)300 t/h超細(xì)粉煤灰和處理達(dá)到800 t/h超細(xì)水泥的特大型高效分級(jí)機(jī)。

2 改進(jìn)型DS(O)-M型超細(xì)選粉機(jī)及分選系統(tǒng)

DS-M型超細(xì)分級(jí)機(jī)是合肥院在吸收了最新理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用多次分級(jí)原理，將渦旋分級(jí)、慣性離心分級(jí)、離心分級(jí)機(jī)理組合為一體，首創(chuàng)設(shè)計(jì)的專利技術(shù)（專利號(hào)92244422.6）。選粉效率高，分級(jí)性能優(yōu)越，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已超過了目前國際上第三代高效選粉機(jī)。

如圖1所示，經(jīng)粉磨過的粉煤灰半成品由提升機(jī)送進(jìn)入選粉機(jī)入料口，物料經(jīng)撒料盤拋向反擊板后改變方向，落入籠型轉(zhuǎn)子和導(dǎo)向葉片之間的主分級(jí)區(qū)，分級(jí)氣體從選粉機(jī)下部進(jìn)風(fēng)口上升經(jīng)導(dǎo)向葉片整流后進(jìn)入分級(jí)區(qū)，在籠型轉(zhuǎn)子和導(dǎo)向葉片之間形成一強(qiáng)制水平渦流流場(chǎng)，物料在這強(qiáng)制水平渦流流場(chǎng)中進(jìn)行精確的反復(fù)多次的分級(jí)，粗粉落入內(nèi)錐再次經(jīng)三次風(fēng)進(jìn)一步清洗，最后粗粉從出口排出返回磨內(nèi)。合格的成品穿過籠型轉(zhuǎn)子經(jīng)出風(fēng)口隨氣體排出進(jìn)入收塵器被收集下來。在籠型分級(jí)轉(zhuǎn)子內(nèi)部設(shè)置了專門的渦流消除裝置，降低了選粉機(jī)的阻力損失，使選粉機(jī)的壓損控制在＜2 000 Pa，能有效地降低系統(tǒng)電耗，選粉機(jī)的分級(jí)效率達(dá)到80%以上。

圖1 DS-M型超細(xì)分級(jí)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

由DS-M型超細(xì)分級(jí)機(jī)組成的圈流粉磨分選系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

（1）選粉機(jī)的分級(jí)效率達(dá)到80%以上。由于選粉效率高，分選系統(tǒng)的生產(chǎn)能力大幅度增加。與傳統(tǒng)選粉機(jī)粉磨分選系統(tǒng)相比，可增產(chǎn)15%～40%；增加的幅度隨細(xì)度的減小而加大。

（2）電耗降低。系統(tǒng)粉磨單位電耗可比傳統(tǒng)選粉機(jī)圈流系統(tǒng)降低5%～20%。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量提高。由于改善了微粉粒度組成，3～30 mm顆粒含量增加。

（4）系統(tǒng)采用全負(fù)壓操作，杜絕粉塵污染，改善生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。

（5）選用高效率的微粉收集設(shè)備，使粉塵排放量（標(biāo)況下）小于10 mg/m3。

（6）操作方便。產(chǎn)品細(xì)度易于控制，僅通過改變選粉機(jī)轉(zhuǎn)速就很容易生產(chǎn)出比表面積為280～800 m2/kg之間各種細(xì)度的品種。

（7）設(shè)備體積小，布置靈活，由于在不同的部位選用了特種耐磨材料，使用壽命長(zhǎng)，保養(yǎng)方便。

（8）DS-M型超細(xì)分級(jí)機(jī)，對(duì)超細(xì)微粉的分級(jí)精度更高，微粉粒度在3～45 μm范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)；能對(duì)非礦超微粉制備系統(tǒng)的分級(jí)（細(xì)度范圍：325目～800目）。

3 年產(chǎn)60萬t超細(xì)粉煤灰粉磨項(xiàng)目運(yùn)行分析

SQD公司年產(chǎn)60萬t超細(xì)粉煤灰資源綜合利用項(xiàng)目于2019年2月動(dòng)工，該項(xiàng)目的#1生產(chǎn)線于11月11日建成并正式投入運(yùn)營。該項(xiàng)目的#2磨系統(tǒng)生產(chǎn)線，于2019年12月22日通過了72h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的達(dá)標(biāo)測(cè)試，投產(chǎn)產(chǎn)量平均66.3 t/h；成品細(xì)度（45 μm篩篩余）0.4%，基本控制在0.3%～0.5%；粉磨電耗37.40kWh/t（不包括輸送和空壓機(jī)）；綜合電耗410kWh/t。

SQD公司年產(chǎn)60萬t超細(xì)粉煤灰資源綜合利用項(xiàng)目，總投資約1.38億元，建成年產(chǎn)60萬t超細(xì)粉煤灰資源綜合利用生產(chǎn)線。其中＃1和＃2生產(chǎn)線分別年處理為30萬t超細(xì)粉煤灰，利用回收儲(chǔ)存SQD發(fā)電公司的粉煤灰作為主要原料，經(jīng)過細(xì)磨生產(chǎn)，加工成建筑材料的優(yōu)級(jí)摻合料，該材料既可作為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥混合材，又可作為配置高性能混凝土的優(yōu)質(zhì)摻合物，不僅節(jié)約生產(chǎn)水泥所消耗的石灰石資源，減少生產(chǎn)水泥生產(chǎn)的二氧化碳及有害氣體的排放，而且符合建材工業(yè)綜合利用工業(yè)廢渣實(shí)現(xiàn)走生態(tài)、綠色、環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展之路。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1，通過表1可以看出，此次所選用的超細(xì)管磨機(jī)和超細(xì)分級(jí)機(jī)滿足了設(shè)計(jì)的所有要求，在45μm篩余值0.5%的情況下，該超細(xì)分選機(jī)機(jī)的選粉效率達(dá)到84.1%，高的選粉效率及低的循環(huán)負(fù)荷，使得粉煤灰在超細(xì)管磨機(jī)內(nèi)能夠得到充分的研磨，從而為系統(tǒng)的高產(chǎn)提供了有力保證。

一般認(rèn)為，分選后的超細(xì)粉煤灰的顆粒分布組成與開路磨及試驗(yàn)?zāi)サ漠a(chǎn)品的顆粒組成會(huì)有一定的差異性。文獻(xiàn)[1]給出了P·II52.5水泥及實(shí)驗(yàn)室小磨磨細(xì)灰樣品試樣的顆粒粒度分布的相關(guān)數(shù)據(jù)。樣品ED-40、ED-80與P·II52.5水泥的粒度分布曲線很相似。但P·II52.5水泥顆粒組成比樣品ED-40、ED-80顆粒組成要大，所以將樣品ED-40、ED-80用同樣的比例，摻入P·II52.5水泥中進(jìn)行混合，能夠填充P·II52.5水泥顆粒的孔間隙，與水泥的作用面積增大，對(duì)后期的水泥強(qiáng)度發(fā)揮十分有利。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)得到的水泥強(qiáng)度表明：樣品ED-40配置出的水泥品種，就表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度和很好的使用性能。

如表2所示，通過SQD分選灰的顆粒組成與文獻(xiàn)[1]提供的數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看出，其顆粒分布在ED-40和ED-80提供樣本數(shù)據(jù)的的中間，比表面積優(yōu)于ED-80，分級(jí)后的超細(xì)灰性能更好。

表1 SQD#2磨生產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

表2 SQD分選灰與小磨試驗(yàn)灰的對(duì)比

4 結(jié)語

通過此次的SQD公司年產(chǎn)60萬t超細(xì)粉煤灰資源綜合利用項(xiàng)目的生產(chǎn)實(shí)踐證明，針對(duì)超細(xì)粉煤灰分選的選粉機(jī)的設(shè)計(jì)是成功的，在45μm的超細(xì)粒徑下的分級(jí)效率達(dá)到80%～90%，使得超細(xì)管磨的粉磨能力得以提高，從而保證了整個(gè)粉磨系統(tǒng)的高產(chǎn)。高的選粉效率，也保證了分選后的超細(xì)粉煤灰的顆粒組成更合理，為成品超細(xì)粉煤灰的綜合利用創(chuàng)造了更好的條件。