中环柱磨机在电厂脱硫石灰石制粉系统中的应用

中国矿业大学      高军

徐州万和机械制造有限公司    杨连国

一、前言

随着粉体加工业的深入发展和用户多领域需求的不断拓展，对制粉设备提出新的更高的要求。有的用户对粉体加工的要求不是“超细粉”而是“超粗粉”。其粒度分布范围从10目（1.6mm）至200目（0.075mm），如电厂循环流化床CFB锅炉脱硫项目，对粉体的粒度要求范围是1.5mm-0.1mm，已经越过“粉体”范围，成了“超细粒”。还有浮法玻璃工艺用的石英砂粒径要求也在20目（0.84mm）至150目（0.1mm）之间。加工金属硅粒径分布要求就更加严格，通常在20目-200目之间（0.84-0.074mm），有的成品要求粒径分布更窄，通筛率要求更严。真可谓粗了不行，细了也不行（细了就废了），并追求成品率。常规设备如锤破、冲击式破碎机等其出料粒度偏粗，成品率低；立磨、球磨等出料粒度太细，即使通过分级机能得到-1mm区间产品也缺乏效率和经济性。为了满足市场多领域的需求，加工这种“超细粒”或“超粗粉”目标就是开发新的设备。

二、产品设计的思考和中环柱磨机的结构、原理

（一）产品设计的思考

实现物料粒径在超细碎和粗磨区间为目标，选用效率高和粉碎后粒径分布性能好是关键所在。为了满足对理想超细碎和粗磨设备的需求，国内外破碎机的研发单位也为此投入大量人力物力进行卓有成效的工作，希望开发出工作效能更高，超细碎和粗磨性能更好的设备，在选择开发方向时，被大家达成共识有两点，第一是采用连续渐进破碎，使其达到最高的工作效率；第二是运用层压破碎原理，充分发挥层压破碎和次生破碎作用获得极高的破碎率和极好的超细碎与粗磨效果。

众所周知，固体物料受外界压力时产生压力变形，形成内部应力集中，当应力达到颗粒在某最弱的界面的破坏应力时，颗粒就会在最弱处首先发生破裂和粉碎。

层压理论的基本观点是物料在每个移动循环中相对邻颗粒相对改变其方向，结果相互作用力和矢量也不断改变。由此达到被粉碎物料的负载改变方向的目的，同时造成强制性自磨的条件，结果结构缺陷少的最坚硬的颗粒可破碎相邻那些粒子间键力弱的颗粒。在等硬度颗粒中剪切与位错滑动力相重合的颗粒被破碎。

在粉碎的生产实践中，层压破碎的概念是物料颗粒的破碎不仅发生在颗粒与磨介之间，同时也大量发生在颗粒与颗粒之间。其特征是在破碎腔的有效破碎段形成高密度的多个颗粒层，将充足的破碎功作用于物料颗粒群，充分发挥层压破碎和次生破碎作用获得极高的破碎效率。次生粉碎是利用物料粉碎过程中所产生的强大碎片飞溅动能对相邻物料进行再粉碎，能产生大量细粒产品。

（二）中环柱磨机的结构和工作原理

中环柱磨机的设计是建立在料层粉碎和渐进粉碎为原则的基础之上，其结构特征和原理是：该专利产品是双回转体设备，内、外回转体分别通过电机经减速机驱动以不同速度旋转。内回转体是数个中速回转的辊轮组，外回转体是一个以超临界转速回转的镶有特殊结构衬板的筒体。                                       

图

 

 

 

 

                        

图1                                    图2

筒体经传动装置拖动下旋转，筒体内设有主轴，主轴通过另一套传动装置驱动旋转，主轴驱动机构装置带动辊轮随主轴一起旋转。物料在筒体内360°范围分布，形成贴壁运动的料层，辊轮环筒体内径360°旋转。物料由机体侧面进料，另一个侧面卸料，从进料端到出料端的料层依次受到辊轮组渐进式递次滚压及揉搓粉碎。渐进式递次的料层粉碎措施使中环柱磨机无需采用高压或高速粉碎运行模式，只需采用中速、中压的粉碎方式就可达到高压或高速的粉碎效果，且简化设备、减小磨耗，使设备结构简单，操作维护方便。

中环柱磨机技术参数如表1所示，主要优点是：

型号	ZH1600A	ZH1600B	ZH2000
生产能力t/h	15～25	25～35	40～60
进料粒度mm	20	20	40
产品细度mm	0～3	0～3	0～3
电机功率kw	75+30	110+55	132+75

1、工作效率高  中环柱磨机为双回转体结构形式，筒体旋转，辊轮组随主轴旋转，均为主动旋转体。从能量传递角度，电动机经减速机直接将能量传递到筒体和辊轮组上，其能量利用率高。同时进入中环柱磨机的物料在筒体超临界转速作用下迅速

表1

贴壁，紧贴筒体的物料在筒体360⁰范围内受到连续渐进的推动中形成合理的料层分布并随筒体旋转，不断地受到数个均布辊轮不受工作区域局限的反复碾压揉搓粉碎，其运动轨迹是规则有序的，在均布料层上实施多次粉碎其效率也是高效的。

2、细碎性能好  中环柱磨机是层压粉碎机械，反复碾压粉碎是其重要特点，而且多层颗粒之间的相互作用以及层压粉碎过程中伴随次生粉碎作用。其获得的高破碎率使细粒产品增多。又由于该机筒体和破碎辊不断回转，使已被破碎的物料在向排料口位移的过程中要经过更多次的碾压粉碎，这种渐进式粉碎作用使排料粒度大大变小。最后一个因素是高能化带来的细产品，其原理是“当给料块度一定，产品越细，所消耗的能量越多，即产品细粒级含量百分数与输入功率成正比。要获得更多的细粒产品，则应给予更多的能量，而不一定是更小的排料口。”中环柱磨机是高能化的层压破碎机，可以对物料施以充分的破碎功，所以能生产出更多的细产品。以上三个因素共同保证中环柱磨机是细碎性能极好的细碎机械。

从实践数据中得出：中环柱磨机目前采用低压、低速操作对进料粒度≤20mm-40mm的矿石实施反复碾压方式比较容易地实现“超细粒”作业（P₈₀ ≤0～3mm）,而且结构简单，操作方便，节能降耗明显。在一定条件下与其它设备配合可作“超粗粉”作业（+150-10目），同时也可在适当工艺条件下可实现+400-200目的超细粉碎。

3、磨耗小  一般粉碎设备所采取的粉碎措施是：要么高速，要么高压，两者必取其一或两者兼顾。而中环柱磨机既未采取高速也未采取高压，而在这二者上选择低速、低压（其粉碎效果则是通过料层反复揉搓粉碎方式得以实现）。因为磨损与其回转工作件运转线速度平方成正比，线速度越快磨损就越大，线速度低磨损就小。从辊压工作状况看，辊面的磨损类型属于典型的受应力作用下的磨料磨损。在不同压力作用下，物料颗粒对辊面产生弹性和塑性变形不同，从而使辊面产生不同程度的循环压应力和拉应力，磨损量随压力大小而增减。

中环柱磨机磨损小的另外一个重要原因是料层粉碎。辊轮与筒体衬板之间为非接触，一方面辊轮与筒体衬板之间本身就有一定的间隙，而且间隙是可以调整的；另一方面中环柱磨机几何结构形式又容易形成较厚的料层，所以采用耐磨性能强的特殊合金钢，在技术措施上又弱化了对辊面磨损，故大幅度延长耐磨件使用寿命，让低磨耗为企业带来低使用成本。              

4、维护简单  中环柱磨机零部件采用螺栓连接，所以拆装十分方便，反复拆装也不会影响紧配度。该机转速调整方式简单、可靠，通过调速器可任意调整主轴（含辊轮）和筒体各自的转速；打开观察口即可调整间隙，方便简捷；整机采用润滑脂润滑，所以维护简单、使用成本低。

三、 中环柱磨机应用

㈠、青岛新源热电有限公司是热电联产的节能环保型企业。公司现有循环流化床蒸汽锅炉三台，并配有石灰石炉内喷钙脱硫系统。石灰石经粉碎机磨成粒度适当的石灰石粉，然后经输送系统、储存系统、气力吹送系统进入锅炉，在炉内实现脱硫。石灰石制备工艺流程为图3：

原料≤１５mm            粉碎       斗式提升 导向挡板   筛分     成品粉→料封泵送进锅炉   （原料仓、给料器）  （中环柱磨机） （斗提机）         （振筛） （成品库）

（尾气） 放空                 收集                  （袋式收尘器）

导向挡板

斗式提升机

螺旋输粉机

输粉皮带

电磁振动给料机

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                  

                       图3生产工艺流程和主要设备组成

-0.074

主机运行 电流：～80A		转筒电机运行电流：～5～10A
粒级 （mm）	重量（g）	产率（%）	累计产率（%）	备 注
+2	0			圆 形 筛 孔
-2+1.50	74.7	26.23	26.23
-1.50+1.0	17.0	5.97	32.20
-1+0.85	9.7	3.41	35.61
-0.85+0.3	73.9	25.95	61.56
-0.3+0.1	41.9	14.71	76.27
-0.1+0.074	51.1	17.94	94.21
16.5	5.79	100.00
合计	284.8	100.00

最初使用的石灰石制备设备存在着易损件磨损快，使用寿命短，更换频率高，维护量大，成品率低，产量小，不能满足设计要求。后经多方考察，认为徐州万和机械

制造有限公司生产的中环柱磨机满足工艺要求。2009年选用ZH1600A中环柱磨机对小于15mm石灰石原料进行破碎，产量每小时不低于15吨，成品粉直径小于1mm的产品占到75%，成品粉粒度组成与锅炉返料系统的返料粒度组成大致吻合（附表2），有效提高石灰石粉利用率，能获得有效脱硫效果。

与改造前的粉碎机相比，中环柱磨机有以下特点：1，成品率高，过粉碎少；2，设备运行稳定平稳，振动小，噪音低，生产粉尘少；3，电耗低；4，设备可靠，磨耗少，运转率高。                表2

粒 级	粉砂岩试验样（软）		砂岩试验样（中硬）
	粉碎前	粉碎后	粉碎前	粉碎后
	产率（%）	产率（%）	产率（%）	产率（%）
+25mm	12.57	2.91	29.51	13.61
-25mm+10mm	37.67
-10mm+5mm	4.19		18.90
-5mm+3mm	1.07	9.69	12.68	29.01
-3mm+2mm	5.43		8.25
-2mm+1mm		8.72	12.37	14.45
-1mm+0.71mm		3.36	3.85	5.74
-0.71mm+0.6mm	1.55	1.77	2.11	2.26
-0.6mm+0.5mm	1.38	42.07	4.90	10.00
-0.5mm+0.3mm	21.96
-0.3mm+0.2mm	11.62	12.69	1.40	3.46
-0.2mm+0.1mm		13.91	2.53	8.68
-0.1mm	2.56	4.88	3.50	12.79
∑	100.00	100.00	100.00	100.00

㈡、浮法玻璃用砂对石英砂岩的产品粒径要求十分严格（粒径范围为0.1～0.84mm），国内某大型浮法玻璃线工程配套石英砂选矿加工系统进行设备选型，先后在国内几种超细碎设备进行试验对比，通过数据对比分析后，中环柱磨机以其破碎效率高、产品粒径分布理想、过粉碎（≤0.1mm）比例小                       表3

而获得认可(如表3)，并多次选用应用于石英砂选矿粉碎加工。                                   

㈢四川江油太白碳酸钙厂原使用颚式破碎机等破碎设备和振动筛进行铸造用砂（碳酸钙）的粉碎加工，产品粒径要求为-16目+80目，由于一次性成品率太低，返料比例太大，生产效率低。后工艺改造选用单段超细破碎机、中环柱磨机和振动筛作为碳酸钙的细碎加工设备，一次成品率由原来的25%提高到 70%，成品产量由4～5t/h提高到20t/h以上，使用一年来，设备运行稳定，产品粒度稳定。

四、结束语

中环柱磨机是应用料层粉碎和渐进粉碎原理的基础上发展起来的。目前主要采用中速、中低压实施反复多次挤压粉碎，实现物料的“超细粒”作业（≤0～3mm），同时在低产量的条件下，针对中、低硬度物料（如非金属矿石）在改变工艺等条件下也可实现（-150目+10目）“超粗粉”粉碎，具有结构简单、操作方便、节能降耗等特点，具有广泛的适用性。

同时中环柱磨机最明显的特征是：①筒体以超临界转速方式旋转，使物料环筒体360⁰范围内得到合理分布；②筒体内衬板和受主轴驱动的辊轮组两直接工作元件动力分别通过电机直接驱动，均为主动工作件，能量传递有效利用率高；③物料在筒体360⁰范围内紧贴筒体旋转运动，并受到辊轮组多次反复碾压，不受工作区域局限，效率高……