DS-M型超细分选机的开发与应用

李邦宪，孙继亮，陈 刚（中建材（合肥）粉体科技装备有限公司，安徽 合肥230051）

0 引言

电厂的粉煤灰原灰，一般是通过简单的的静态分级设备分为一级灰、二级灰或渣灰就可以被水泥等建材企业充分地利用，大部分能做到粉煤灰的零排放。但在某些局部的地区，其粉煤灰的排放量超出了当地的水泥等建材企业一般需求，为有效解决这些“多余”的粉煤灰，文献[1]指出：通过对电厂排出的原灰进行超细粉磨，可以提高原灰的活性指数，使其在水泥等建材产品中的掺入量能提高到40%～50%。通过这种办法，可以帮助这些企业实现粉煤灰零排放的同时，也能取得一定的经济效益。实现粉煤灰超细粉磨的关键设备是超细管磨机和超细分级机，尤其是超细分级机，如何在45μm粒径分级精度下实现较高的分选效率，是整个粉煤灰超细粉磨系统成功的关键。

1 高效超细粉煤灰专用分级机的分析研究

目前，用于超细分选的分级设备大多都是涡流分级机，但现有的生产中，我们发现涡流分级机有如下的不足之处：

（1）涡轮分级机存在边壁效应：现行的涡流分级机只相当于在涡旋的旋风筒中部增加了一只旋转的涡轮装置，混合粉煤灰的含尘气体切向进入壳体后即产生高速旋转，粗颗粒在离心力的作用下被抛向壁面落下，同时由于边壁效应的影响，靠近筒壁的细灰也在离心力的作用下被抛向筒壁混入粗灰中，造成细灰分选不干净。

（2）气流旋转存在速度梯度：由于分级区域是涡轮外缘与筒壁之间的环形区域，气流仅从一个切向进风口进入，因此在进风口区域气体速度较高，而远离进风口则气流速度较低，这就形成了环形分级区内流场不稳定，从而影响分级效率。

（3）形成不了平面涡流：现行涡轮分级机的涡轮仅是一个简单的直笼形转子，无水平隔板，分级叶片也是用扁钢做成，从而使形成的旋转气流不是平面涡流，而是螺旋气流，并且在笼子上部吸进气体的流速较快，而下部吸进的气流速度要慢些，因而影响分级效率。

（4）不能有效地对粗灰进行清洗，现行的涡轮分级机在分级筒的下部设计了切向进入的二次风对粗灰进行清洗，而这股二次风如果风速很高，很容易将下落的粗灰大量扬起，从而干扰分级区上部物料的分级，如风速较低，则起不到对粗灰的清洗作用。

合肥院研发的新型超细粉体分级机，是在日本小野田O-Sepa选粉机的分级技术基础上，经消化吸收、自主创新开发成功的一种新型高效分级设备，其分级效率可高达90%以上，料气比达到2.0～2.5kg/m3（干空气）。与现行涡流分级机相比，具有以下突出的特点：

（1）设计的笼型转子是一个由多层水平隔板与竖直异形分级叶片组成，水平隔板使分级区域的气流在高度上形成几个稳定的水平涡流，互不干涉，使得受分选物料从上至下经过多次分级。异形分级叶片使得从笼子表面进入笼子内部的分级气流在任何一点都保持相同的流速，其相对速度差＜5%，因此分级区域的流场均匀而稳定，因而分级精度很高。

（2）在上部分级区的壳体内部，特殊设计的静态导风叶片与笼形转子形成主要的分级流场。含尘气体须从导向叶片之间的缝隙沿切向进入由导向叶片与笼形转子组成的环形分级腔的空间，由于导向叶片的存在彻底消除了边壁效应，粗灰中细灰的含量大大降低，分级效率大幅度提高。

（3）特殊设计的粗粉二次分级装置，受下部上升气流的冲洗，即将落入粗灰斗中的粗灰中的细灰再次被带入到上部的分级区进行分级。

（4）由于分级气流产生的流场均匀稳定，气固二相流的气流旋转速度较高，所产生的离心力和气流向心吸力稳定，因而分级精度很高，并且料气比可达到2.0～2.5，较其它涡流分级机的料气比（0.7～1.0）要高出2～3倍，分级的用风量仅是涡流式分级机的一半，因而系统所消耗的风量大大降低，处理能力达40 t/h的分级系统能耗仅100 kW；处理能力达60 t/h的分级系统能耗仅120 kW，处理能力达200 t/h的分级系统能耗仅400 kW，处理能力达300 t/h的分级系统能耗仅600 kW。

在大型化方面，能够生产出处理量达300 t/h超细粉煤灰和处理达到800 t/h超细水泥的特大型高效分级机。

2 改进型DS(O)-M型超细选粉机及分选系统

DS-M型超细分级机是合肥院在吸收了最新理论和技术的基础上，运用多次分级原理，将涡旋分级、惯性离心分级、离心分级机理组合为一体，首创设计的专利技术（专利号92244422.6）。选粉效率高，分级性能优越，其各项技术指标已超过了目前国际上第三代高效选粉机。

如图1所示，经粉磨过的粉煤灰半成品由提升机送进入选粉机入料口，物料经撒料盘抛向反击板后改变方向，落入笼型转子和导向叶片之间的主分级区，分级气体从选粉机下部进风口上升经导向叶片整流后进入分级区，在笼型转子和导向叶片之间形成一强制水平涡流流场，物料在这强制水平涡流流场中进行精确的反复多次的分级，粗粉落入内锥再次经三次风进一步清洗，最后粗粉从出口排出返回磨内。合格的成品穿过笼型转子经出风口随气体排出进入收尘器被收集下来。在笼型分级转子内部设置了专门的涡流消除装置，降低了选粉机的阻力损失，使选粉机的压损控制在＜2 000 Pa，能有效地降低系统电耗，选粉机的分级效率达到80%以上。

图1 DS-M型超细分级机的结构示意图

由DS-M型超细分级机组成的圈流粉磨分选系统的特点如下：

（1）选粉机的分级效率达到80%以上。由于选粉效率高，分选系统的生产能力大幅度增加。与传统选粉机粉磨分选系统相比，可增产15%～40%；增加的幅度随细度的减小而加大。

（2）电耗降低。系统粉磨单位电耗可比传统选粉机圈流系统降低5%～20%。

（3）产品质量提高。由于改善了微粉粒度组成，3～30 mm颗粒含量增加。

（4）系统采用全负压操作，杜绝粉尘污染，改善生产环境，实现文明生产。

（5）选用高效率的微粉收集设备，使粉尘排放量（标况下）小于10 mg/m3。

（6）操作方便。产品细度易于控制，仅通过改变选粉机转速就很容易生产出比表面积为280～800 m2/kg之间各种细度的品种。

（7）设备体积小，布置灵活，由于在不同的部位选用了特种耐磨材料，使用寿命长，保养方便。

（8）DS-M型超细分级机，对超细微粉的分级精度更高，微粉粒度在3～45 μm范围内任意调节；能对非矿超微粉制备系统的分级（细度范围：325目～800目）。

3 年产60万t超细粉煤灰粉磨项目运行分析

SQD公司年产60万t超细粉煤灰资源综合利用项目于2019年2月动工，该项目的#1生产线于11月11日建成并正式投入运营。该项目的#2磨系统生产线，于2019年12月22日通过了72h连续运转的达标测试，投产产量平均66.3 t/h；成品细度（45 μm筛筛余）0.4%，基本控制在0.3%～0.5%；粉磨电耗37.40kWh/t（不包括输送和空压机）；综合电耗410kWh/t。

SQD公司年产60万t超细粉煤灰资源综合利用项目，总投资约1.38亿元，建成年产60万t超细粉煤灰资源综合利用生产线。其中＃1和＃2生产线分别年处理为30万t超细粉煤灰，利用回收储存SQD发电公司的粉煤灰作为主要原料，经过细磨生产，加工成建筑材料的优级掺合料，该材料既可作为生产优质水泥混合材，又可作为配置高性能混凝土的优质掺合物，不仅节约生产水泥所消耗的石灰石资源，减少生产水泥生产的二氧化碳及有害气体的排放，而且符合建材工业综合利用工业废渣实现走生态、绿色、环境友好的可持续发展之路。

生产数据见表1，通过表1可以看出，此次所选用的超细管磨机和超细分级机满足了设计的所有要求，在45μm筛余值0.5%的情况下，该超细分选机机的选粉效率达到84.1%，高的选粉效率及低的循环负荷，使得粉煤灰在超细管磨机内能够得到充分的研磨，从而为系统的高产提供了有力保证。

一般认为，分选后的超细粉煤灰的颗粒分布组成与开路磨及试验磨的产品的颗粒组成会有一定的差异性。文献[1]给出了P·II52.5水泥及实验室小磨磨细灰样品试样的颗粒粒度分布的相关数据。样品ED-40、ED-80与P·II52.5水泥的粒度分布曲线很相似。但P·II52.5水泥颗粒组成比样品ED-40、ED-80颗粒组成要大，所以将样品ED-40、ED-80用同样的比例，掺入P·II52.5水泥中进行混合，能够填充P·II52.5水泥颗粒的孔间隙，与水泥的作用面积增大，对后期的水泥强度发挥十分有利。通过对比实验得到的水泥强度表明：样品ED-40配置出的水泥品种，就表现出很高的强度和很好的使用性能。

如表2所示，通过SQD分选灰的颗粒组成与文献[1]提供的数据对比中可以看出，其颗粒分布在ED-40和ED-80提供样本数据的的中间，比表面积优于ED-80，分级后的超细灰性能更好。

表1 SQD#2磨生产监测数据

表2 SQD分选灰与小磨试验灰的对比

4 结语

通过此次的SQD公司年产60万t超细粉煤灰资源综合利用项目的生产实践证明，针对超细粉煤灰分选的选粉机的设计是成功的，在45μm的超细粒径下的分级效率达到80%～90%，使得超细管磨的粉磨能力得以提高，从而保证了整个粉磨系统的高产。高的选粉效率，也保证了分选后的超细粉煤灰的颗粒组成更合理，为成品超细粉煤灰的综合利用创造了更好的条件。