技术丨HFX-M新型生料选粉机的应用

宋传杰（中建材（合肥）粉体科技装备有限公司，安徽合肥 230051；水泥制造绿色低碳技术安徽省重点实验室，安徽合肥 230051）

摘要：生料选粉机是生料辊压机系统的一个重要环节，而目前的生料制备系统中，在细度控制、阻力、以及电耗表现等方面还存在着明显的痛点。采用生料细度控制关键技术的新型生料选粉机，在实际应用中体现出明显的优势。该技术不仅在大型生料选粉机的应用上达到了先进的技术指标，在小型生料选粉机及在线技改上同样体现出明显的优势。

关键词：新型生料选粉机；细度控制技术；分选效率；阻力；能效

引言

随着生料辊压机系统的广泛应用，现代生料制备系统对选粉机提出了更高的要求，不仅需要满足精准的细度控制，同时要具备高分选效率、低阻力、低能耗，且能优化辊压机料床的颗粒构成。

现代生料磨系统选粉机主要有两种结构形式，一种脱胎于立磨选粉机，其核心选粉区如图1所示，叶片典型结构源自LV公司：动叶片为异形叶片，叶片间距较大，静叶片为鱼钩型。转子与固定壳体之间的动静密封采用了小叶片气封的形式。

图1 立磨选粉机典型结构形式

图2 立磨选粉机典型密封形式

另一种是在小野田公司第三代动态选粉机的基础上演变而来的下进风式动态选粉机，其核心选粉区如图3所示，叶片典型结构为直叶片形式。其动静密封采用迷宫式密封。

图3 下进风式选粉机典型结构形式

图4 迷宫式密封结构

1新型生料选粉机

随着选粉机规格变大，选粉机内流场的不均匀性也在增大，其控制难度也越大。如何进一步提高分选效率，降低阻力，优化辊压机料床中物料构成，从而实现优质生料的制备以及辊压机粉磨的节能降耗，这需要针对选粉机理做持续而深入的研究。

新型生料选粉机的开发，采用了现代计算流体仿真技术，建立CFD-DEM颗粒离散元双向耦合模型，深入分析选粉机内气固二相流相互作用机理，研究不同尺寸颗粒在选粉机内部的运动分级机理，探索颗粒与部件及颗粒之间相互作用对分选效果的影响，得出影响分级效果和阻力的关键因素。同时基于实验室及工程应用的反馈，针对具体结构进行验证与优化。

基于此开发的生料选粉机用复合密封技术，新型导向叶片技术，核心选粉区流场均化与降阻技术，以及全流域规划与控阻技术，从而形成了生料细度控制关键技术，并开发了全新结构的大型生料选粉机。其采用了新设计的转子，新设计的导向叶片，新设计的密封，以及全新设计的壳体。

1）复合密封技术

图5 复合密封技术

如图5所示，新型复合密封技术结合了迷宫密封及动叶片气封的优势，形成梯度强化式密封效果，同时通过整体机加工，严格控制密封处间隙，从而可以达到严格控制密封处的泄漏量，大大减少跑粗的可能性。经仿真计算可知，相比与传统形式密封处10-20%的泄漏量，新型复合密封可将泄漏量控制在5%以内。密封处泄漏量的控制为生料细度控制创造了良好的基础。

2）新型导向叶片技术

图6 新型导向叶片

在深入研究不同型式导向叶片的气体动力学特性后，对导向叶片进行精细化设计，使得气流通过入口穿过导向叶片区域时形成合适的速度梯度，让粗颗粒可以快速沉降，避免对环形分选区的干扰。同时通过曲面型式受风面的设计，让气流路径尽量平滑，一方面有助于稳定核心分选区流场降低阻力，另一方面增加切向速度分量为粗颗粒快速分选创造条件。整个导向叶片组为可调节式设计，当原料波动或外界条件变化时，可通过调节导向叶片使选粉机达到最佳工作状态。

3）核心选粉区流场均化与降阻技术

图7 核心选粉区均化

仿真分析发现：选粉机内部流场不均衡，局部乱流很多，而高效分选的前提却需要均衡的风场、均匀的料场以及充分的分散。流场的不均衡必然带来局部的低效率，从而影响选粉机的整体表现。基于此，针对选粉机核心选粉区进行了靶向性优化，优化前后的选粉机仿真结果参考上图7所示。结构优化后选粉机各区域流场趋于均匀，为提效降阻创造优良条件。

4）全流域规划与控阻技术

图8 整体流域规划

将选粉机全流域作为整体来考虑，从入口直到出口，既通过结构优化提升效率，同时也兼顾流场的均衡性与平滑性，尽可能减少局部涡流、乱流，降低阻力表现。通过反复仿真分析验证不同结构型式的流场表现及分选表现，寻找影响流场及分选性能的关键因素，最终选取合适参数，达到选粉机性能与阻力的均衡。

2新型生料选粉机的优势

采用生料细度控制关键技术的生料选粉机具备更严格的密封控制能力，基本消除密封区跑粗的可能性；针对200微米筛余的关键指标控制，从结构上消除粗颗粒的逃逸路径，从而严格控制200微米筛余指标，同时放宽80微米以下细粉的通过性，提升生产率；选粉区更均衡的风场，通过提升选粉区风场的稳定性和均衡性，创造高效分选的前提条件，提升选粉机分级效率；整机更低的阻力表现，通过全流域规划，高阻力区针对性降阻，消除或弱化局部涡流区，从而达到整机降阻。

3新型生料选粉机的应用

在西南某公司的应用中，该公司由生料立磨制备系统改造为HFCG200-160辊压机终粉磨系统，配套合肥院HFX-M11000型生料选粉机。改造前立磨系统细度指标为：200微米筛余平均0.8%，80微米筛余平均16.5%；改造后细度指标为：200微米筛余平均0.4%，80微米筛余平均21.2%。产量由改造前400t/h左右提升到550t/h左右，生料制备工序电耗大幅降低。该机的应用，达到了严格控制200微米筛余的同时放宽80微米筛余细度的目标，且选粉机本体阻力约为2000Pa左右。另外选粉机本体工作电流仅为70A左右，大大低于行业平均水平。以选粉机粗粉80微米筛余计算的选粉效率在90%以上，技术先进。

图9 HFCG200-160辊压机终粉磨系统

图10 中控画面

4针对在线选粉机的改造

某集团有若干套大型生料选粉机在线使用，由于使用时间长，部分公司生料辊压机系统选粉机存在细度控制偏粗，生产控制调节不力的情况。将生料细度控制关键技术应用于在线生料选粉机的局部改造中，改造内容主要包括新型导向叶片技术的应用以及复合密封技术的应用改造（选粉机技改时，生料辊压机系统未做其他改动），也获得了不错的效果。

在YC公司的技改中，同样循环风机转速条件下，技改前后选粉机转速大幅度降低，选粉机电流下降100多安培，系统阻力降低；同时80微米筛余增加5%，达到控制200微米筛余并放宽80微米筛余的目的；技改后产量增加，生料工序电耗降低了1.2kWh/t，经济效益显著。

表1 YC公司技改前后对比

该集团JG公司针对生料选粉机进行了类似的技改，技改后在相同细度控制指标的运行情况下，选粉机转速降低170rpm，选粉机电流下降73A，产量提升约5%，工序电耗降低0.73kWh/t。

表2 JG公司技改前后对比

按制备每吨生料节约0.7度电，全年生料制备环节可节电约0.7x4000000=2800000度，如果电费按每度0.5元计，则年节约电费2800000x0.5=1400000元。该项技改材料加施工费用总计不过几十万元，投资回收期不到四个月，小技改带来大收益。上述计算尚未计入由于生料细度降低品质提升所带来的熟料烧成环节煤耗的降低，以及熟料品质提升等所带来的收益。

5同样技术在小型生料选粉机上的应用

为验证生料细度控制关键技术的通用性，对南方水泥HS公司HFX-M6000型生料选粉机进行了局部技改（主要包括新型导向叶片技术的应用，复合密封技术的应用，以及核心选粉区流场均化与降阻技术的应用。选粉机改造时系统未做其他改动），技改后在循环风机用风量基本不变的操作下，系统产质量却发生明显变化：200微米筛余明显降低，80微米筛余适度增加，产量增加，选粉机转速、电流降低。

表3 HS公司技改前后对比