1、高效籠式選粉機選型計算2008-2-27作者: 作者：王仲春、曾榮摘要：本文從理論和實際兩個方面闡明了高效籠式選粉機的分離粒度、生產能力、動力配備的計算公式和有關工藝參數的影響，為正確選型提供了實用的方法。高效籠式選粉機是第三代選粉機的總稱。其主要特點是設有籠型轉子和整流導風葉。不具備此特征的不能算作第三代高效選粉機。選粉機的選型計算將涉及分離粒度、生產能力、動力配置等問題，現闡述如下：1 分離粒度選粉機的分離粒度是指某粒度進入粗粉和細粉的數量相等時的粒徑。按選粉領域述語稱切割粒徑，用X50,m表示。X50可以從Tromp曲線上求得。在選粉機分選時如以t表示喂料中某一粒徑的顆粒在分選以后進入粗

2、粉的百分比。以可選性t和粒徑x作圖，得到的曲線稱Tromp曲線，學述名稱為部分分選曲線。亦有人以t表示，即喂料中某一粒級在分選后進入細粉的百分數，實際上t100t。t和一般常用的選粉效率兩者概念上是不同的。選粉效率是指進入成品中小于某一粒級的累計重量和該粒級在喂料中累計重量百分比。t是單指某一粒級，而是指小于某一粒級的累計值。分離粒徑X50是t為50%時的粒徑m。在實際選型時，人們要求的是成品細度，因此必須搞清成品細度和分離粒度之間的關系。通常生料成品用R80m%，水泥用R45m%、比表面積cm2/g表示。有時亦會用d50、d63.2、d80、d97等粒度表示，分別代表50%、63.2%、80

3、%、97%通過時的粒徑。表1是有關osepa選粉機實際生產資料。osepa選粉機分選后水泥成品粒度級配 表1資料粒級m75534532252015105321比面積cm2/gC廠E廠G廠B廠I廠通過%通過%通過%通過%通過%99.599.299.099.399.697.896.998.198.398.195.993.997.397.096.388.884.794.992.290.976.670.490.382.680.765.958.281.769.069.754.745.768.354.657.340.834.250.840.444.825.420.730.525.328.916.713.9

4、20.617.421.910.115.816.96.410.510.536783176401733333403資料粒級m45322015108531比面積cm2/g雙1雙2雙3雙4通過%通過%通過%通過%99.699.5999399.499.3757299.399636299924843957237309052272160261712371811102515988000615042503250資料粒級m5030151053比面積cm2/g普水早強通過%通過%98.210088984870304214198833004150由表1作不同比面積時的粒度分布曲線，見圖1，可求得有關成品比面積和各種表

5、示粒度之間的關系，見表2。水泥比面積和不同表示粒度的關系 表2比面積Bcm2/g80006150415040173678340333003176d50 md63.2 md80 md97 m4.46.26.411891117.511.51417.5281013.51937131426.5461217.524.54515.519.025.04416.523.529.052R80m%R45m%(332)m%00.462.400.581.30188.50.82.774.30.44.172.10.34.769.01.03.082.00.66.170.8由表2可作圖1：從圖1可以看出：比面積3200cm2

6、/g時R80m已1%，因此以R80m來評價成品細度已無意義。如要計細度的話，在30004000cm2/g之間可用R45m。用（332）m的總量來評述粒度級配的質量也只有在30004500cm2/g范圍內才有意義。超過此值（332）m總量反而下降，因為3m的值大幅增加，從而造成這一結果。d97、d80、d63.2、d50等表示粒度均隨比面積的增加而降低。但即使達8000cm2/g，d97還是11m。還達不到建材系統公認的超細范圍d9710m的標準。圖2是osepa選粉機Trunp曲線和選粉效率曲線的實例。由圖2可得相應的分離粒度，如表3。不同比表面積時的分離粒度X50 表3資料G廠C廠I廠E廠成

7、品比面積 B cm2/g4017367834033176成品-50%粒度d50 m10131216.5分離粒度 x50 m172425.528從表3可知：選粉機分離粒度X50隨成品比面積的增大而變小，它與d50的趨勢一致，和比面積的關系是曲線。從圖2亦可清晰的看出：選粉效率的最高區在粒度1025m的范圍，基本上和d50相吻合。所以對于osepa來說如以80m來計算分離效率已失去意義。即使45m也已處在效率的直線降落區，值已很低。Tromp曲線在較細顆粒部位呈魚鉤狀，這是因為部分顆粒相互粘附、凝聚、干擾，實際上未起分級作用就落入粗粉。曲線上的最低點稱旁路值，用表示。值是評價選粉機的關鍵指標，值愈

8、小表示分離性能愈好。值將隨喂料濃度而變，因此它亦是選粉機能力計算時需要考慮的因素。選粉機的選型過程首先是要確定在一定的成品粒度要求時的工藝參數。例如對于水泥，選定的工藝參數要滿足比面積的需要。由于分離粒度與比面積有相應的關系，因此可從分析分離粒度著手。選粉機內分選物料的濃度已達到kg/m3級，屬于干擾沉降的范圍。干擾沉降的機理非常復雜，難以用數學式來表達。下面就假定充分分散，以單體顆粒自由沉降的理論來探求分離粒度和相關工藝參數之間的關系，再根據實際經驗確定并指導選型。從選粉機內氣流運動和顆粒受力情況來看：粉體顆粒受轉子的回旋作渦旋運動，其切向分速度為Vu，離生的離心力和浮力差為Fu，氣流從切線

9、方向流入轉子，從中心管排出，作回旋運動時，保持向心分速度Vr，氣體對顆粒產生推力，顆粒運動時氣體對其產生阻力Fr。 當Fu=Fr時，可求出顆粒的沉降速度，其值和Vr相等時，此顆粒處于平衡狀態，亦即可能一半隨氣流被帶出，一半被沉落，該顆粒的粒徑，就是分離粒度X50。上式中：Vu顆粒的切向速度，相當于轉子回轉速度，m/s； Vr氣流徑向分速度，m/s； R氣流回轉半徑，相當于選粉機轉子半徑，m；rs顆粒密度，kg/m3；re氣體密度，kg/m3；C阻力系數，決定于Re值；d顆粒直徑，m。 上式中： 氣體的運動粘度，m2/s， ；氣體動力粘度，kg.s/m2根據流體力學，顆粒的繞流阻力系數C與Re之

10、間有如下關系：1000Re100000，C速降至0.18。在高效選粉機，一般可選粒徑為1100m，當成品比面積30005000cm2/g時，分離粒徑為1030m。Vr為34m/s，選粉溫度7080，此時 約為2010-6 m2/s。由此可得：Re=1.56。C值基本上可按 計算，這樣：此時的d即為分離粒度X50。由此可知：一定規格的選粉機，d與vr0.5成正比，亦即與風量的0.5次方成正比。d與vu成反比，即d與選粉機轉速n成反比。維持d不變，則RVr / Vu2之間的關系不變。在實際生產中一般是保持一定的喂料濃度，以達到較好的分離效果。所以Vr維持不變，調節Vu來改變分離粒度以滿足成品細度要

11、求。圖3是osepa選粉機的實際生產情況。由上圖可知在一定范圍內，如Vr不變，則成品比面積和轉子速度Vu成線性關系。由此就可以確定一定成品比面積時的相關工藝參數，最主要的是選粉機轉子的速度。2生產能力選粉機的生產能力是指選粉機本身處理物料的能力。它不同于粉磨系統的產量，但應該與之相匹配。如果選粉機生產能力滿足不了系統產量要求則將影響生產。高效選粉機的規格一般以選粉機的通風量為標志，如N-500、N-1000、N-1500等，分別代表其通風量為500、1000、1500m3/min。因此選粉機的生產能力就可簡單的按下式計算：A=CaN601/1000上式中：A選粉機的喂料能力，t/h；Ca喂料濃

12、度，kg/m3；N選粉機通風量，m3/min。在此首先應確定整個粉磨系統中選粉機要求的喂料量。喂料量與系統循環負荷Cl有關，如Cl大，則喂料能力就大，從而配套選粉機的規格也將大。一個粉磨系統的循環負荷除了選粉機性能以外，還決定于磨機的結構、配球和操作制度，更主要的是決定于成品比面積。高效選粉機組成的一級圈流粉磨系統，在合宜的操作條件下，其Cl和比面積之間的關系如圖4。由圖4可得表4。合理循環負荷值和比面積的關系* 表4成品比面積cm2/g300032003400360038004000450050005500循環負荷Cl %120150175200235270340400450*輥壓機聯合粉磨

13、系統，Cl值可降低50100%。關于Ca值當然與選粉機的選粉性能直接相關。Ca值大，表示選粉機內粉體濃度大，必然干擾沉降作用大，使得旁路值增加。因此計算選粉機的生產能力應在同一的值基礎上，也就是說應確定一個合理Ca值。根據實際生產情況確定以值0.1，相應的Ca值2.5kg/m3作基準。實際上單按喂料濃度計算是不全面的，因為干擾沉降不僅決定于喂料濃度，而且與喂料中的細粉比例有關。細粉比例大，按顆粒計的濃度就大，碰撞機會多、效率降低。因此在計算選粉機能力時，也應該考慮選粉濃度。根據應用osepa選粉機實例統計，絕大多數的選粉濃度值Cf為0.750.85kg/m3（故可按平均0.80kg/m3計算）

14、。即F=CfN601/1000上式中：F高效選粉機的成品能力，t/h；Cf選粉濃度，kg/m3；N選粉機通風量，m3/min。由此選粉機能力的計算應以喂料濃度Ca 2.5kg/m3和選粉濃度Cf 0.8kg/m3兩個指標來進行。配套時選型計算時取規格較大者。結合表4，亦可以得出：比面積小于3600cm2/g時選粉濃度是制約因素。需要進一步說明的是按Ca 2.5kg/m3、Cf 0.8kg/m3，根據要求的喂料量和成品量可以計算出選粉機所需工作風量。但是如果氣體密度變化，料氣比是否應該改變呢？例如在高海拔地區選粉機選型時是否要調整呢？實際上選粉機是氣固分離作用，其濃度值應該用物料的質量流量和氣體

15、的質量流量比值，如以氣體體積流量計，則當re變小時，氣體分子量變小，實際的濃度值增加，對分選效率有影響。一般情況下選粉機的操作溫度在80左右，在海拔為0m時氣體的密度為1.0kg/m3。因此Ca 2.5kg/m3相當于Ca 2.5kg料/kg氣。有一些公司是直接用kg料/kg氣來表示喂料濃度的。由此在高海拔地區選粉機要求的風量應該進行校正。操作溫度不變，氣體密度僅與氣壓有關。式中：NH海拔HM時要求的選粉機風量，m3/min；A選粉機喂料量，t/h；PH海拔HM時的氣壓mmHg；CaH海拔校正后的喂料濃度，kg/m3。具體在確定規格時，亦有用N/ 來選型。這樣可使選粉機規格適當減小，并適當提高

16、Vu來保證分離粒度。3動力配備由于選粉機要適應不同的操作要求，其工藝參數將會相應的改變所以必須針對性的合理配備動力。一臺選粉機根據其不同的用途應該有不同的比率。有時動力配置過小，滿足不了產量和細度要求，反之，造成浪費。以下探討相關的功率計算。啟動功率：啟動功率是指選粉機轉子從靜止狀態變到操作速度時所需的功率。從物理概念來說，從靜止到操作速度時的動能為 如x秒達到（一般可按10秒計），則其啟動功率為：式中：Ps選粉機啟動功率，kW；w選粉機轉子重量，t；Vu轉子線速度，m/s。運轉功率：選粉機在穩定狀態下的運轉功率包括兩個方面。其一是撒料，可按每小時喂料量從撒料盤上水平零速，達到最大滑離速度的動

17、能來計算：式中：Pf撒料功率，kWQ撒料量，t/h（如上喂料則Q等于喂料量，下部氣流噴進喂料則Q=0，上、下均喂，則應扣除下部氣流帶入）；Vu撒料盤速度，m/s（與轉子速度相近）。其二是抵銷轉子葉片回轉時料幕的阻力，該阻力亦可認為是流體運動對阻礙物的推力。轉子葉片切割料幕時，相對速度Ve近似于Vu。因此所有葉片的總阻力為：式中：F轉子葉片回轉時的總阻力，kg；Cr阻力系數，與Re有關；A0轉子葉片總面積，m2；Ca喂料濃度，kg/m3；re氣體密度，kg/m3；Vu轉子的線速度，m/s。消耗的功率為PD，kW,阻力系數Cr可以從氣體繞平板運動的原理得出。，b為葉片寬度m。高效選粉機實際計算求得的Re一般1105。因此其繞流阻力正處于速降至0.18的范圍。由此選粉機的運行功率為：選粉機在實際運轉時還有機械摩擦消耗，如軸承和軸封的摩擦損失、轉子和導向葉之間的園盤氣阻摩損等。這些可以用上述運轉功率P的百分數來計算。因此選粉機的實際功率P0可