風掃磨的系統優化與能耗分析

張新波 王 巖 史緒剛

（龍蟒佰利聯集團股份有限公司，焦作 454191）

1 研究背景

硫酸法鈦白粉生產的主要原料為鈦鐵礦（或高鈦渣）與硫酸，鈦鐵礦呈鋼灰或鐵黑色，金屬光澤，其主成分為FeTiO3，比重（相對密度d420）4.7～4.8，莫氏硬度5～6，具有弱磁性。商品鈦鐵礦粒徑較大（150～200目），固液反應體系中，顆粒愈小，反應越劇烈；顆粒尺寸可改變反應界面，擴散截面以及顆粒表面結構，即鈦礦粉粒度愈小，比表面積愈大，與硫酸反應愈充分，可以得到較高的酸解率，礦粉細度一般控制在325目（篩余約5～15%）[1]。為使商品鈦鐵礦成為符合生產工藝要求的生產原料，必須使用粉碎設備再加工。

龍蟒佰利聯集團股份有限公司（以下簡稱“我公司”）早期使用的風掃磨機系統流程如圖1所示。

圖1 早期風掃磨系統工作流程

該系統在運行中的主要問題是：產量低（15t/h左右，進料細度200目篩余＞90%，俗稱20粉，磨后325目篩余20%以下）；設備及管道磨損嚴重；經常出現系統正壓冒灰揚塵等現象，運行中的問題原因分析如下。

（1）由于系統物料主收集采用單管旋風除塵器，運行實測旋風進口塵含量約為208g/m3，出口塵含量約118g/m3，物料捕集率只有43.3%，循環風機及回風管長期在高濃度含塵氣體沖刷下磨損嚴重，泄漏頻繁。

（2）由于回風中含有高濃度鈦礦粉塵又直接影響對磨機內部物料的攜帶，重復粉碎也是導致產量低的原因之一。

（3）選粉機處理風量只有40000m3/h，也是影響磨機產能的原因。

（4）排空袋除塵為氣廂式，面積只有320m2，過濾風速高達1.56m/min，對于氣廂在線反吹除塵器而言，風速過高導致清灰不徹底，濾袋堵塞，導致系統正壓運行，工況條件愈加惡化。外排氣體粉塵嚴重超標，污染環境。

（5）返料螺旋經常斷軸，導致系統故障頻繁停車。

2 改造方案

根據以上所述，提產、降耗與改善操作環境是風掃磨改造的主要目的。新的生產工藝流程如圖2所示，取消旋風收塵，由一臺低壓脈沖除塵器作為主收塵，排空風機與循環風機合并，整個流程管路更加簡單。

圖2 改進后風掃磨系統工作流程

風掃磨系統的風掃風量大小對整個粉磨系統產量和相關設備選型至關重要。風量過小，風掃效果不好，系統循環負荷過小；風量過大，系統循環負荷大，不利于節能。根據球磨機規格與成品粉細度和比重，風量可由式（1）確定：

式（1）中，Q為系統總風量，單位m3/h；D為風掃磨有效內徑，單位m；Ψ為鋼球填充系數；V為風掃磨內風速，單位m/s。

對于鈦精礦成品325目篩余8%～15%，堆密度2.2t/m3，按生產經驗V=4.0～4.2m/s，Ψ=32%～35%[1]計算得：Q=（2.9/2）2×3.14×（1-35%）×4×3600=61793.32m3/h。

考慮10%～15%的漏風系數，實際風量按71000m3/h計，系統配套裝置如下：

（1）使用低壓脈沖袋除塵取代旋風除塵和排控袋除塵。低壓脈沖袋除塵是眾多除塵器中效率最高的設備（99.9%），它能使煙塵出口濃度降低至10mg/Nm3，所以，在冶金、建材、化工行業得到廣泛應用[2-4]。根據式（2）：

式中，υ為過濾風速，單位m/min；T為煙氣溫度，單位℃；C為煙塵濃度，單位g/Nm3；D為煙塵平均粒度，單位μm。

由此可見，脈沖清灰袋除塵過濾風速與煙溫、粉塵濃度成反比，與粉塵粒徑對數成正比[5]。所以，在選擇過濾風速時宜低不宜高，根據場地條件情況以及計算風量，過濾風速0.6m/min，袋除塵工作過濾面積2000m2，選粉機處理風量 75000m3/h。

（2）使用深槽型皮帶機取代返料螺旋輸送機，帶速0.3m/s，帶寬1m，不僅降低裝機容量，更重要的是提高了設備運行可靠性，減少了維修量。

3 優化后風掃磨的運行效果及能耗與效益分析

本系統改造后產量與舊系統相比具有以下優點。

（1）一臺過濾面積2200m2的離線低壓脈沖除塵取代旋風除塵后，實際檢測外排氣體含塵量低于8mg/m3，循環風是潔凈空氣，風機及管道壽命大為延長，同時簡化了系統結構，通過給料進口壓力與排空閥門連鎖實現系統的自動調節，降低操作難度，便于實現負壓操作，改善生產環境。

（2）用皮帶機取代返料螺旋，大大提高了運行可靠性，落料處揚塵接入袋除塵進口，避免了揚塵。

（3）系統改造后產量可達25t/h（進料200目篩余＞90%，磨后325目篩余5%～15%），粉碎效果明顯優于改造前。系統運行能耗對比如表1所示。

表1

改造后節能效果對比：

（1）改造前磨機單機平均產量15t左右/h，噸礦電耗為 60.64kW·h。

（2）改造后磨機單機平均產量25t左右/h，噸礦電耗為 30.57kW·h。

按照日工作20小時，每年工作10個月的運行時間，生產與改造前相同礦粉產量可節約用電：15×6000×（60.64-30.57）×0.56/10000=153.0648萬元。即改造后生產相同產量礦粉每年可節約電耗153.0648萬元。

可多生產礦粉（25-15）×6000=60000噸，按照每年每噸原礦成本價格1670元計，可比原磨機系統多創造產值：60000×1670/10000=10020萬元。

項目改造設備明細及費用如表2所示。

表2

4 結語

綜上可知，掃磨系統優化后，不僅解決了揚塵問題，而且當年即可收回改造投資，經濟效益顯著，達到了提產、降耗與清潔生產的目的。