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1、0 前言 在物料粉磨系统中，节能增产一直是人们努力的目标，而不断地提高粗细粉的分离效率和简化工艺流程，避免出现过粉磨而造成能源浪费，是提高选粉效率的有效途径。自1885年英国人Mumford和Moody发明选粉机以来，至今已经历经了几次重大的变革，虽然最初的离心式选粉机经过多次的改进而仍在大量使用，但还是无法消除其存在的三个根本性缺点：A. 循环气流中粉尘多，使选粉区内物料的实际浓度大，降低了系统的沉降率；B. 选粉区内存在较大的风速梯度，使分离粒经不均，粗颗粒会被高速风带出；C. 存在边壁效应问题，使细小颗粒随粗颗粒在此区域碰撞而同时降落。60年代原西德的WEDAG公司开发了旋风式选粉机，采
2、用外部循环风机供风来取代离心式选粉机的内部供风，用小旋风筒取代离心式选粉机的大直径外筒来收集细粉，提高了收尘效率，从而使得循环气流中含尘浓度大为降低，基本克服了离心式选粉机的第一项缺点，但无法消除第二、三项缺点，故其分离效率仍偏低。直至1979年日本的小野田公司开发了O-SEPA选粉机，才消除了离心式选粉机存在的第二、三项缺点，成为了较理想的高效分选设备。O-SEPA选粉机既保留了旋风式选粉机外部供风循环气流高效净化，又利用了平面螺旋气流选粉的原理，以笼式转子取代小风叶，使气流在横截面上与切向成一定角度稳定均匀地穿越整个选粉区，这样就消除了离心式选粉机存在的第二、三项缺点，但由于O-SEPA选
3、粉机的细粉收集须通过气箱脉冲袋收尘，以至系统价格较高。本课题所设计的新型组合式选粉机是由笼式高效选粉机和粗粉分离器以及旋风收尘器组成，集选粉、烘干、含尘废气处理及收集于一体，使得工艺流程大为简化。将逐步取代至今仍大量使用的离心式、旋风式选粉机。本课题设计思路为：首先确定总体结构的组成、框架及各部分的功能与工作目标，并根据设计任务书的要求，初步计算各工艺参数和结构参数，然后设计机体分级部分的结构及主要零件结构，检查其加工工艺性和装配工艺性并保证与其它部分的接口合理，最后根据设计结果，确定设计参数。在设计过程中，主要解决的问题是如何将三种选粉机有机地结合在一起，如何真正的达到提高选粉效率的目的。1
4、 方案论证1.1 选粉机的分类选粉机是随干法圈流粉磨技术的进步而发展起来的。建筑技术的发展对水泥品种和质量提出了更高的要求。近50年来新建的水泥厂,绝大多数都采用圈流粉磨系统。加设普通选粉机的圈流粉磨系统,产量能提高10%15%,单位电耗下降约10%。尤其是系统大型化以后,带来的经济效益更加显著。圈流粉磨的广泛应用,促进了选粉机的发展。从选粉机的性能方面看,可将其分为三代产品。第一代普通撒料式空气选粉机这种选粉机是以给柯(Gayco)型和斯特蒂文特(Sturtevant)型为代表。它们均为空气在机内循环,利用物料颗粒的离心力和重力不同进行分级,所以把它们称为内部循环式的离心式选粉机。 第二代旋
5、风式选粉机60年代初,西德维达格(Wedag)公司为解决第一代空气在内部循环的空气选粉机存在的问题,首先发明了带多个小旋风筒的空气动态选粉机,其典型代表就是普通的旋风式选粉机。这种选粉机的特点是空气在机内外循环,因为它是由维达格公司发明的,所以把第二代选粉机称为维达格选粉机。 第三代高效选粉机1979年日本小野田公司开发了OSEPA选粉机，不仅保留了旋风选粉机外循环的优点，而且采用笼型转子平面螺旋气流选粉原理，从而大幅度提高了选粉效率。以它为代表的笼式选粉机称为高效选粉机，也被称为第三代选粉机。它比第一代选粉机的选粉能力提高100%,比第二代提高20%50%。O-SEPA高效选粉机的出现,引起
6、了世界著名的几家水泥机械制造公司的极大关注。由于OSEPA型选粉机优点突出，一些著名的水泥设备制造公司纷纷参照其工作原理，竟相开发了各自的第三代选粉机，如丹麦（F.L.Smidth）公司开发的Sepax型高效选粉机；洪保（KHD）公司开发的SKH型和ZUB型型高效选粉机等等。这些选粉机的工作原理与OSEPA型选粉机相同，但结构上各有特点。目前国内大多数的水泥生产厂家所用的选粉分级系统为离心式选粉机、旋风式选粉机，而新建的水泥生厂线则大多配用第三代高效选粉机。1.2 各类选粉机的特点 1.2.1 通过式选粉机 通过式选粉机或称粗粉分离器，它存在着两个分离区：一是内外壳体之间的粗选粉区，颗粒主要是
7、在重力作用下沉降，另一是在内壳中的细选粉区，颗粒是在惯性离心力作用下沉降作进一步分级，分离最小粒径随设备直径和风速的增大而增大，随叶片角度的增大而变小。实际上，选粉机的气流运动和分级过程都比较复杂，以上只是定性分析。 通过式选粉机调整细粉细度的方法有：改变气流速度，气流速度愈低，细粉的细度就愈高；改变叶片的导向角度，叶片与经向夹角愈小，细粉细度下降，此外，有些尚可适当升降反射棱锥体的位置，以控制产品粒度级配。 通过式选粉机结构简单，操作方便，没有运动部件，不易损坏。不过使用这种选粉机，必须另设通风机来产生气流，以将粉料带入选粉机；另外还需设置收尘设备回收细粉，使系统复杂。1.2.2 离心式选粉
8、机离心式选粉机在水泥企业中被广泛采用。依靠大风叶旋转产生的循环气流，经过内壳中部切向安置的回风叶之间的间隙，进入内壳后，形成旋转上升的气流，然后又从内外壳之间的环形空间下降，再返回内壳。因此在选粉机的内部形成一股循环的气流，小风叶用来帮助气流的循环，并且还行成一道旋转的栅栏，使较粗的颗粒沉下，以提高细粉的细度。由于空气在选粉机内部产生循环，因而也被称为内部循环选粉机。 气流的大风叶由于同高浓度的粉尘相接触，磨损较大，磨损后产生震动，给厂房建筑带来不良影响，而且大风叶转速较底，风叶间隙较大，故空气效率较差。同时，细粉在内外壳之间的细粉沉降区中依靠重力很难完全沉降，循环气流返回选粉区时总会带有部分
9、细粉，影响选粉效果，降低选粉效率，撒料时颗粒分散较差; 机内物料颗粒浓度高,相当一部分颗粒互相干扰,形成弱胶结体,短路混入粗粒回粉之中,分离困难;选粉过程中的各种力,在机内很不稳定,随处可变,使分选过程中的临界尺寸在机内位置不同而有较大变异；选粉机规格越大越严重,影响选粉效果;离心式选粉机虽然相比于通过式选粉机有着优势，但总体而言，这种内部循环式的空气选粉机其选粉效率偏低,单位电耗偏高,选粉精度不够理想。1.2.3 旋风式选粉机根据离心式选粉机结构上的不足，对离心式选粉机作了改进，设计了一种外部循环的旋风式选粉机。离心式选粉机的分级和分离是在同一机体内不同区域完成的，流体速度场和抛物方式都不能
10、设计的很合理，同时由于循环气流中大量细粉干扰降低了选粉效率。 旋风式选粉机的抛料分级过程主要是在选粉室上进行，分级原理与离心式选粉机相同，但与离心式选粉机比较，它具有选粉室单位面积的选粉能力较大，处理量一般比离心式选粉机高22.5倍，大型磨机若用23台离心式选粉机，采用一台旋风式选粉机即可；相同循环负荷率下选粉效率高，选粉一般比离心式选粉机提高8%左右，因而可使磨机生产能力提高10%左右，单位电耗节省21%左右；产品细度易于调节，而且调节范围广。使用调节阀控制产品细度，无须停机，可以根据生产情况及时调整。用体外风机代替大风叶，有传动部分结构简单，机体磨损小，振动小，对基础要求交低 ；机体四周安
11、装68个旋风筒,提高了捕集细粉的效率；旋风筒也可分开安装,远离机体,所以布置灵活; 调整循环风机的风叶或进、出口阀和改变小风叶及撒料盘的转速就能大幅度地改变产品的细度,因此细度调节方便灵活,而且范围较大。由于这种选粉机比第一代选粉机优越,所以,从60年代开始便得到迅速发展。但其也存在着缺点：由于采用外部鼓风，密封要求较高，出料口要求设置锁风设备，而且风机磨损快。旋风式选粉机与传统的选粉机相比,选粉效率和精度已有很大提高,有利于增产和节能。但是,由于它在物料分散与分离方面同传统选粉机基本相同,所以主要缺陷并未得到根本性消除。其主要问题是:A. 转子直径大,风叶窄而长,形成很大的横向断面的分离区。
12、这样,相同质量的颗粒在不同位置上就会受到不同的抽吸力及离心力作用,导致合力的大小及方向各异。可是因为断面大,风速低,抽吸力的大小及方向随时变化,颗粒有可能下降沉落,进行二次分选,浪费能量。B. 分离区的形状复杂,各个断面上的风速与流向不一,还存在死角和器壁效应,因此在分离气流的竖向大循环中不可避免地还存在一些小循环或涡流。这不仅给分离区带来干扰,而且使物料颗粒受力复杂化,从而降低了分离效率和精度。C. 物料从一个或两个进料口喂入,落到撒料盘上靠离心力抛出,不可能在整个断面上均布。通过小风叶来改变这种状况,效果往往不够理想，尤其在大型选粉机中表现的更为突出。良好的分散度是实现高效率分离的前提条件
13、,也是使整个分离区的空间得到充分利用的关键。分散度不高是整个第一、二代选粉机的一大缺点。1.2.4 OSEPA选粉机为了解决前两代选粉机分散度不高的缺点, OSEPA选粉机随之出现。OSEPA选粉机，将加人其中的物料自上而下地由选粉机转子上垂直布置的涡流调节叶片与导向叶片组成的较高的分级区，停留时间较长，分级粒径由大到小连续分级，为物料提供了多次分级机会。在分级区内，不存在机壁效应和死角引起的局部涡流，在同一半径的任何高度上内外压差始终一致，气流速度相等，从而保证了颗粒所受各力的平衡关系稳定不变。缓冲板的撞击及水平涡流的冲刷，使物料充分分散并均匀地分布于分级区内。 OSEPA选粉机不仅保留了旋
14、风选粉机外循环的优点，而且采用笼型转子平面螺旋气流选粉原理，从而大幅度提高了选粉效率。以它为代表的笼式选粉机称为高效选粉机。 OSEPA选粉机原理先进、分级机理明确，与传统的离心式、旋风式选粉机相比主要有如下优势：A. 提高产量使用OSEPA水平涡流选粉机可提高粉磨系统产量3050。B. 降低能耗使用OSEPA水平涡流选粉机可使单位能耗降低520或更多。C. 提高质量，降低成本由于OSEPA水平涡流选粉机分级精确，成品中不含粗颗粒，而最有利于水泥质量提高的粒径范围为330m的颗粒含量增加，因此有助于提高水泥强度等级，或在保持水泥强度等级不变的情况下增加矿渣掺量减少熟料用量而降低成本。D. 操作
15、简单，细度调节方便OSEPA选粉机的主电机和润滑油站可远程控制，操作很方便。仅需调节OSEPA选粉机主电机转速的就可以在较大范围内改变产品的细度，产品的颗粒分布调整和风量、机内温度调整都很方便和简单。E. 磨损小，维护简单OSEPA选粉机的易磨损部分如撒料盘、缓冲板、导风叶片和转子叶片等均采用耐磨材料制造或进行抗磨工艺处理，其磨损率很小，因而其维护成本极低。F. 处理粉料量大比尺寸相近的离心式、旋风式选粉机产量大得多，因而更适应大规模生产的需要，且其分级性能十分稳定。G. 选粉效率高回磨粗粉料中的细粉残留量极少，即其特劳姆曲线很陡。1.3 总体结构方案确定毕业设计开始阶段初步定了两套方案A.
16、旋风式选粉机的改进设计；B. 设计OSEPA选粉机。通过对各类选粉机结构、性能的优缺点分析，的出了这样一个结论，如果对旋风式选粉机进行改进设计，依然难以解决分散度不高这一大缺点。而且旋风式选粉机正在一步步的被淘汰，如果将其作为毕业设计课题，意义不大，所以首先否定了这一方案。一般选粉机都有分散、分级、收集的功能而OSEPA型选粉机本身只包含分散、分级，收集功能需要由气箱脉冲代式除尘器完成， 而气箱脉冲代式除尘器价格昂贵，极不利于将OSEPA型选粉机推广于中小型水泥企业。我们希望毕业设计的平台能面向的更广阔些，而在实习期间了解到一种组合式选粉机将取代目前的各类选粉机。所以根据厂家的需求和选粉机的发展趋势，综合考虑将毕业设计
