年产万吨矿渣粉磨烘干系统的设计.docx

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年产万吨矿渣粉磨烘干系统的设计

设计总说明

立磨的工作过程可看作为干燥过程，立磨的工艺流程从热工角度分析，可简化为干燥器、空气预热器、通风除尘设备。

立磨充当干燥器的角色，将预干燥的物料在此与干燥介质进行换热。

湿物料受热后，部分水汽化被干燥，水汽随低温度的干燥介质逸出。

热风炉为立磨烘干湿物料提供干燥介质较高温度的烟气。

在热风炉的燃烧室中燃烧燃料产生高温烟气，在混合式中掺入适量冷空气使两者混合到所需温度后作为干燥介质通入立磨内。

该干燥介质具有两个作用：

一是携带已磨细物料，二是烘干已磨细物料。

通风除尘设备用以收集成品及排除烟气。

在干燥过程中，用物料平衡可以计算物料在干燥设备中每小时蒸发的水分量及需要供给的干燥介质质量。

用热量平衡计算干燥所消耗的热量。

进行物料与热量交换主要是为了干燥设计计算的需要，并且可以了解运转中干燥器的结构及操作是否合理。

本次课程设计是对年产100万吨矿渣粉磨烘干系统的设计，在此设计中进行了热风炉发热量计算、系统热量衡算和系统气体横算，掌握立磨矿渣粉磨烘干系统的工艺流程图，并要求手绘出从喂料口到成品出收尘器工艺平面图和剖面图。

第一部分立磨系统平衡计算

1水分平衡

1.1风机后气体的含水量……………………………………………

1.2系统收入的水量…………………………………………………5

1.3水分平衡…………………………………………………………6

2质量平衡

2.1立磨出口风量……………………………………………………6

2.2系统收入风量……………………………………………………7

2.3风量平衡…………………………………………………………7

3热量平衡

3.1收入热量…………………………………………………………8

3.2支出热量…………………………………………………………9

3.3热量平衡…………………………………………………………10

第二部分热风炉热平衡计算

1空气量、烟气量及烟气组成计算……………………………………11

2热量平衡

2.1收入热量…………………………………………………………13

2.2支出热量…………………………………………………………13

2.3热量平衡…………………………………………………………15

3烟气总量及烟气比热…………………………………………………15

4校正……………………………………………………………………15

5参考文献

附录一总压为1atm（101325Pa）时不同温度下的饱和水蒸汽压力表

附录二工艺设备表

附录三课程设计综述

前言

采用各种立磨的矿渣粉磨工艺及技术在我国得到了快速发展，这对我国发展循环经济、充分利用固体废弃物、减少对环境的污染及降低产品能耗发挥了积极的作用。

矿渣粉磨技术的发展不仅包括了矿渣粉磨设备如各种立磨的开发，矿渣粉磨工艺技术的研究同样也应得到重视。

粉磨过程中气体的流量、压力、温度及相互间的合理平衡对整个粉磨系统工作状态的稳定及效能的发挥有着决定性的影响。

本次课程设计对立磨热工平衡计算，主要通过对水分平衡和质量平衡，以及立磨的热平衡理解立磨的操作及工作状态以达到对立磨的稳定工作状态的控制，加深了对所学基本理论知识的理解。

年产100万吨矿渣线热工计算

第一部分立磨系统平衡计算

一、水分平衡

时间基准为1小时

1、风机后气体的含水量

（1）风机后空气的湿含量

设定风机后的露点温度（50℃），由已知条件当地大气压与标准大气压相差不大，且大气压对露点的影响较小，故由设定的露点温度以及标准大气压P时不同温度下的饱和水蒸气压力表查得该露点的饱和水蒸气压力Pd.。

则风机后空气的湿含量：

=

=0.086

（2）风机后的气体总量

由已知条件，工况下出磨气体量为490000m3/h，其标况气体量为

=

=3.07×105m3

T：

标准状态温度273k

P：

标准状态压力101325pa

TG：

工况温度94℃

PG：

工况压力

=89329.62-4000=85329.62pa

PA：

环境压力

=89329.62pa

风机后的标况气体量

=3.07×105×（1+0.02+0.01）

=316164.49㎏

:

收尘器的漏风系数（

=0.02）

:

风机的漏风系数（

=0.01）

（3）风机后气体的含水量

=316164.49×0.086×

=33576.23㎏

:

风机后热烟气的密度

2、系统收入的水量

（1）物料带入水量:

=135×103×

=21510㎏

G:

磨机产量

W1:

入磨物料水分

W2:

出磨物料水分

（2）系统漏风带入水量:

=

=696.14㎏

K1：

立磨漏风系数（K1=0.07）

TA：

环境空气温度

PA：

环境空气压力

WA：

环境空气中的水分含量

（3）循环风带入水量:

=0.086×1.4Vc=0.12Vc

Vc:

循环风量

:

循环风容重，1.4

（4）热风炉带入水量（Wr）:

根据百万吨矿渣热风炉带入水分设为2500kg

3、水分平衡

33576.23㎏=21510㎏+696.14㎏+0.12Vc+2500kg

解等式，即可求出循环风量Vc=73671.88m3

二、质量平衡

1、立磨出口风量

=

=3.07×105m3

T:

标准状态温度

P：

标准状态压力

TG：

工况温度

PG：

工况压力

2、系统收入风量：

（1）循环风：

Vc

（2）物料水分蒸发为水蒸气：

=

=26768m3

（3）立磨漏风量：

=

=28664.42㎏

（4）热风炉带入热风：

Vf

3、风量平衡

3.07×105=73671.88+26768+28664.42+Vf

解方程式，即可求出热风炉带入热量Vf=177895.7㎏

三、热量平衡

1、收入热量

（1）热风炉热风带入热量：

=177895.7×1.33×Tf

Tf：

热风炉热风温度

（2）入磨湿物料带入热量：

=

=3661746.75KJ

Cs：

磨机产品比热

CW：

水的比热

T1：

入磨湿物料温度

（3）磨机漏风带入热量：

=28664.42×1.30×15

=558956.19KJ

CA:

环境空气比热

TA:

环境空气温度

（4）磨机工作产生热量：

=135000×

R：

磨机工作时单位产品产生热量，97.9kJ/kg

（5）循环风带入热量

=73671.88×1.35×84=8354391.2KJ

Cc：

循环风比热

Tc：

循环风温度

2、支出热量

（1）出磨废气带走热量

=3.07×105×1.361×

Cm：

：

出磨废烟气的比热

Tm：

出磨废烟气的温度

（2）出磨物料带走热量

=

T2：

出磨物料的温度

（3）蒸发水分带走热量

=

2490：

每kg水在0℃变成水蒸气所需的汽化潜热。

（4）立磨筒体散热

立磨筒体散热约占总热量的4%=（Qt+Qs+Ql+Qo+Qc）×4％

3、热量平衡

收入热量=支出热量

即：

Qt+Qs+Ql+Qo+Qc=Qm+Qr+Qw+（Qt+Qs+Ql+Qo+Qc）×4％

代入数据得：

0.96×﹙﹚

解方程式，可求出热风炉热风温度Tf=394.7℃

第二部分热风炉热平衡计算

一、空气量、烟气量及烟气组成计算

基准：

100kg煤粉

设煤粉应用基组成如下

组成

Cy

Hy

Oy

Ny

Sy

Ay

Wy

合计

％

53.69

2.85

9.18

0.65

0.33

28.56

4.74

列表计算如下

组成

质量

（kg）

katom

（kmol）

燃烧哦所需空气量（kmol）

烟气量（kmol）

O2

N2

CO2

H2O

SO2

N2

O2

总计

C

53.69

=4.47

4.47

4.91×

=18.46

4.47

0.023

18.46

H

2.85

=1.428

1.428

1.425

O

9.18

=0.287

-0.287

N

0.65

=0.023

—

S

0.33

=0.01

0.01

0.01

W

4.74

=0.26

—

0.26

A

28.56

—

—

合计

—

4.91

18.46

4.47

1.685

0.01

18.483

24.648

当α=1.2时

烟气中过剩O2量（1.2-1）×4.91=0.982

烟气中过剩N2量0.982×

=3.694

0.982

3.694

实际烟气量

烟气组成（%）

烟气体积（Nm3/kg煤粉）

4.47

15.24

1.001

1.685

5.750

0.377

0.010

0.030

0.002

0.982

3.350

0.220

22.177

75.63

4.744

29.324

100.0

8.047

理论空气量：

=

实际空气量：

理论烟气量：

实际烟气量：

二、热量平衡

燃烧室（含混合空气室）热量平衡示意图

平衡范围：

热风炉

平衡基准：

1kg煤粉，0℃

1、收入热量

（1）煤粉化学热

=

=20053.3KJ

（2）煤粉显热

=1×1.36×15=20.4KJ

（3）空气显热

设混合用冷空气量为V混

=

=

2、支出热量

（1）热烟气带出热量

由热量平衡计算中可得Tf

烟气总量=V+V混=8.047+V混

=（1.001×Cco2+0.377×CH2O+0.002CSO2+0.220CO2+4.744CN2）×Tf+

=（1.001×1.1106×1.9475+0.377×2.0663×0.7582+0.002×0.1861×2.926×

4.2+0.220×1.022×1.4233+4.744×1.091×1.2451）394.7+

=3759.34+513.11

（2）热风炉损失热量

热风炉热效率

=20053.3×（1-0.9）=2005.33KJ

3、热量平衡

收入热量=支出热量

+

+

=

+

即：

20053.3+20.4+

=3759.34+513.11

+2005.3

解方程式，可求出

=29.24

三、烟气总量及烟气比热

烟气总量=V+

=6.285+29.24=35.52

=1.328KJ/（Nm3·℃）

核算：

将求出的烟气比热1.328KJ/（Nm3·℃）及热烟气的含水量带入立磨热平衡，重新核算。

如下：

1、收入热量

（1）热风炉热风带入热量：

=177895.7×1.328×Tf

（2）入磨湿物料带入热量：

=

=3661746.75KJ

（3）磨机漏风带入热量：

=28664.42×1.30×15

=558956.19KJ

（4）磨机工作产生热量：

=135000×

（5）循环风带入热量

=73671.88×1.35×84=8354391.2KJ

2、支出热量

（1）出磨废气带走热量

=3.07×105×1.361×94＝3927008.95KJ

（2）出磨物料带走热量

=

（3）蒸发水分带走热量

=

（4）立磨筒体散热

立磨筒体散热约占总热量的4%=（Qt+Qs+Ql+Qo+Qc）×4％

3、热量平衡

收入热量=支出热量

即：

Qt+Qs+Ql+Qo+Qc=Qm+Qr+Qw+（Qt+Qs+Ql+Qo+Qc）×4％

代入数据得：

0.96×﹙177895.7×1.328×﹚

解方程式，可求出热风炉热风温度Tf=395.3℃

α=

=0.15%

工艺设备表

编号

名称型号规格

1

收尘器LPM6A-180

处理风量：

13390m3出口粉尘含量：

<50mg/Nm3

压缩空气消耗量：

0.55m3/min

净过滤面积：

155㎡阻力损失：

1470-1770Pa

2

风机R6-2x39No26.5F

风量：

545000m3/h全压：

7200Pa

含尘量：

约100mg/m3

温度：

90（最大120）℃

转速：

960rpm介质密度：

0.81Kg/m3

3

磁分离器

磁分离器1000mm

4

单向螺旋闸门LZD300×300

5

皮带输送机槽型B500×10110mm

全程防尘导料槽，全程防雨

输送物料：

矿渣粉

输送量：

40t/h

输送距离：

10.1m

倾斜角度：

10°

6

分流槽能力：

约160t/h

7

叶轮喂料机ZA

转速：

约8rpm能力：

160t/h

8

莱歇辊式立磨LM56.2+2S

能力：

120t/h

入磨粒度：

95%<30mm入磨物料水分：

<15%

出磨物料水分：

<0.3%出磨物料粒度：

4500cm2/g

磨机底座

磨机本体

磨盘

辅助磨辊

主磨辊

粉磨部件

液压气动弹性系统

挠性联轴节

9

膨胀节YZ·T·2.5/2004×4008×1-F

使用温度：

150℃

10

膨胀节YZ·T·2.5/φ2200×1-J

使用温度：

150℃

11

膨胀节YZ·T·2.5/φ2250×2-J

使用温度：

250℃

12

储气罐C-2.0容积2.0m3公称压力：

0.8MPa

13

流量调节阀D941W-1CDN1000mm

使用温度：

常温

14

成品袋收尘器LPM4×15C

粉尘类型：

矿渣粉4500cm2/g

风量：

最大545000m3/h

气体温度：

90℃Max：

120℃

气布比：

<1.1m3/（㎡×min）

入口含尘量：

380g/Nm3

出口含尘量：

50mg/Nm3

露点温度：

52℃

转速：

994rmp防护等级：

IP54

15

空气输送斜槽XZ400×45.59mα=8°

16

空气斜槽XZ400×12.958mα=8°

17

膨胀节YZ·T·2.5/φ3200×4-J

使用温度：

250℃

18

流量调节阀D941W-1CDN2200mm

使用温度：

90℃（Max.120℃）

19

膨胀节YZ·T·2.5/1730×3000×1-F

使用温度：

150℃

20

流量调节阀D941W-1CDN2200mm

使用温度：

90℃（Max.120℃）

21

膨胀节YZ·T·2.5/φ2200×2-J

使用温度：

150℃

22

流量计

23

风机9-26No8D-7右90°全压：

3220-3580Pa

风量：

13189-15387m3/h

24

QL粉状物料取样机QL-400

能力：

51/h

25

膨胀节YZ·T·2.5/φ2400×3-J

使用温度：

400℃

26

膨胀节YZ·T·2.5/1200×3350×1-J

使用温度：

250℃

27

皮带输送机槽型B500×5870mm

全程防尘导料槽，全程防雨

输送物料：

矿渣粉（含铁粒）

输送量：

40t/h

输送距离：

5.87m

倾斜角度：

0°

胶带速度：

1.0m/s

胶带形式：

CC-56B500×3（3.0+1.5）

螺旋拉紧装置（带密封装置）

附：

跑偏开关、拉绳开关

功率：

200Kw转速992rpm

28

振动预喂料机能力：

30t/h

输送宽度：

约1030mm输送长度：

1650mm

29

斗式提升机NE50×35.115m右装

水分：

0.3（最大15）%喂料粒度：

0-10mm

能力：

40t/h

30

膨胀节YZ·T·2.5/φ2800×2-J

使用温度：

150℃

8M1

主电动机YRKK800-6

功率：

3550Kw电压：

6000V

转速：

994rmp防护等级：

IP54

8M2

慢动装置

8-1

主减速机润滑站

08-1M

电动机M2BA355-SM6电压380V

功率：

200Kw转速992rpm

14-1

灰斗加热器功率：

Kw电压380V

14-2

空气输送斜槽

14-2-1

斜槽风机9-195.6A

风量：

2262-3317m3/h风压：

7420-7520Pa

立磨矿渣粉磨

摘要：

立磨适用于大规模生产线，立磨集烘干与粉磨于一体，自身占地面积小，生产工艺流程简单，建筑费用低，具有低耗高产的特点。

关键字：

矿渣；立磨；矿渣粉磨系统

引言

我国是一个钢铁大国，矿渣资源丰富，矿渣产率约占钢铁产量的30％。

“十五”期间我国矿渣产量为5.4亿吨，约占全球矿渣产量的12.5％。

矿渣具有诸多良好特性，经超细粉磨后的矿渣微粉已成为一种不可多得的资源，可以用来制备多种高抗磨、抗腐蚀、高强度的特种水泥。

因此，粉磨工艺就成了矿渣微粉生产的关键[1]。

立磨又称为立式辊磨，其粉磨机理属料床粉磨，是在非密闭空间内一次性料层间连续挤压粉磨，形成的料床形状为柱面平面，磨辊对物料的挤压角大于辊压机对物料的挤压角。

立磨具有良好的通风烘干功能，集物料烘干、粉磨、选粉、收集于一体，不须单独设置烘干系统，即使进磨矿渣水分达13%～15%，仍能将其磨细至比表面积450m2/kg以上，且调节方便[2]。

（矿渣微粉制备工艺的技术评价）

1立磨工作原理

1.1立磨的基本形式

目前应用较为普遍的矿渣立磨粉磨工艺见图1[1]，主要由立磨、热风炉、袋除尘器、回料提升机、喂料系统、主排风机和烟囱及若干阀门等组成。

立磨的粉磨工艺是由一套碾磨装置（即磨辊和磨盘）来完成的，物料在磨辊和磨盘之间被碾磨成粉状。

碾磨装置的运动由磨盘回转并相应带动磨辊传动，碾磨压力除了磨辊自重外，主要靠一套液压装置对磨盘物料加压。

经碾磨后的物料中存在大量粗粉，经配套的选粉机选粉，粉体的选粉过程是经过气流分选，在气流流动过程中大部分粗粉自动落到磨盘上，接收再次粉磨，其余经选粉机选出为成品，经收尘及输送系统送入成品储库。

图1粉磨工艺布置

1.2立磨粉磨基本原理

到磨盘中心的物料，在磨盘回转过程中因离心力被抛出磨盘，物料在从中心运动到磨盘边的过程被磨辊挤压碾碎。

因此，物料从磨盘中心到边上的运动轨迹直接影响到立磨的粉磨效率。

图2[2]显示了物料在磨盘上的3种运动轨迹。

轨迹1为物料快速通过磨盘，被碾压的时间很短，粉磨效率不高；轨迹3为物料在磨盘上的停留时间长，经过多次碾磨，容易形成过粉磨现象；轨迹2在磨盘上的停留时间较适中，它既有相当的通过量又有合适的细粉量，能达到较好的粉磨效果，因而需针对被粉磨物料特性，设计相应和合适的磨盘回转速度，以控制合适的物料停留时间，取得较好的粉磨规模效率。

图2粉磨轨迹

2粉磨系统的主要工艺参数及相互关系

矿渣粉磨系统的主要工艺参数包括：

系统通风量、立磨压差、磨机入口压力、入磨及出磨气体温度。

这些参数相互关联，相互影响。

粉磨系统调试及正常工作时，能否正确调整好各个参数之间的合理组合和匹配，往往成为系统工作状态是否正常的关键。

理想的状态是，根据工艺系统各检测控制参量，中控系统能根据系统工作状况自动进行判断并进行相应参数的调整，以尽量减少或避免人工操作，减少或消除个体判断差异，提高系统工作效率[3]。

2.1系统通风量

系统通风量主要由主风机提供，它直接决定着系统的产量、功耗、易损件磨损状况及物料外循环量，甚至还有出磨气体的温度。

系统风量过小时，主电机不能启动，在运行过程中则可能会停机，同时风量过小，会导致系统产量降低，外循环料数量增大。

在目前多数粉磨系统中，一般采用排风机前面的阀门开度来调节风量，在不明显降低出磨气体温度的情况下也有通过调整磨机入口前的冷风阀来加大风量的，但这样往往会导致磨机入口负压的下降。

采用调节风机转速直接调节风机通风量是最经济的途径，详见后述。

系统风量过大时，系统功耗将增加，具体反映为主风机电流上升，收尘器负荷加大，出磨成品的质量也会受到影响。

一般而言，对确定的粉磨系统，存在一个合理的风量工作范围，以保证此时系统的产量、功耗、出口气体温度和入口压力均位于合理区间内。

2.2磨机压差和入口压力

粉磨系统工作时，应尽量保持磨机压差稳定，压差稳定了，磨机的工作状态就稳定了。

压差减小，表明入料小于出料，从而磨机循环负荷下降，料床厚度减小，振动将会增大。

而压差增大，则表明入料多于出料，从而导致循环负荷加大，粉磨效率降低，出磨物料减少，导致压差进一步上升，以致发生饱磨或其它故障。

此种情况下可通过控制入磨物料量来稳定压差。

另外，在调整系统通风量时，过大或过小的调整都会导致压差的较大波动，这种情况下则应通过稳定通风量来解决。

第三种情况是，在喂料量及通风条件不变的情况下，如果立磨磨辊、磨盘磨损或液压加载系统故障而导致粉磨压力下降时，亦会出现由于产量下降、回料量增多而导致压差波动。

此时应通过查找原因，调整粉磨压力及挡料圈高度来解决。

入口压力的稳定同样也便于稳定磨机工况，一般情况下保持入口适当的负压，既可保证粉尘不外逸，又可使压差稳定，从而使磨机工况稳定。

入口负压一般可通过循环风阀来控制及调整。

2.3磨机气体温度

入磨气体温度一般控制在200～300℃，可满足大多数情况下的物料烘干要求。

出磨气体温度一般控制在80～100℃。

太高，会影响后面设备的安全运行，如影响滤袋寿命，加剧风机磨损，同时对磨机工况也会造成一定影响；反之如温度过低，物料不能烘干，影响粉磨效率，且易引起后面除尘器的结露。

不同厂家由于物料状况不同，气体温度控制区间的上下限值会有些差异。

温度的调节一般是通过调节喷水系统及热风阀开度来进行的。

如温度较低时，可加大热风阀开度，同时降低或停止喷水量。

反之则可减小热风阀开度，增大喷水量，甚至配合调整冷风阀或循环风阀来调节温度。

出磨气体温度较低而通风量又偏低时，亦可通过加大通风量来调节气体温度，此时应控制好冷风阀、循环阀的开度配合。

对粉磨矿渣而言，矿渣自身所含水分较高，一般不需过多喷水稳定料床。

故在用喷水调节气体温度时，一定要控制好喷水量，以防带来新的问题。

由上述分析可知，在立磨粉磨系统的工艺参数中，通风量是一个比较活跃并占据主导地位的重要参数，它影响着粉磨系统的许多参量，对磨机产量及粉磨系统的工作性能有着决定性的影响。

因此应对通风量的合理分布区间及其调整方法予以高度重视及系统研究。

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