立磨熱平衡計(jì)算如何才能準(zhǔn)確

立磨已用于高嶺土、重晶石、螢石、滑石、水渣、灰鈣粉、硅灰石、石膏、石灰石、磷礦、大理石、鉀長石、石英砂、膨潤土、錳礦等硬度莫氏7級(jí)以下的物料的磨粉加工，不同的型號(hào)有不同的熱平衡，如何準(zhǔn)確地計(jì)算立磨的熱平衡是個(gè)困難的工作，桂林鴻程立磨部技術(shù)員經(jīng)過多年技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下較準(zhǔn)確的熱平衡計(jì)算方法。

熱平衡計(jì)算是一種根據(jù)熱量收入和支出平衡相等為基本依據(jù)，計(jì)算熱工系統(tǒng)中所需熱值的研究方法。立磨在粉磨礦渣原料或者原煤等含水量較高物料時(shí)需要引入合適熱風(fēng)，以此烘干物料所含水分。立磨熱平衡計(jì)算就是以粉磨能力為基礎(chǔ)計(jì)算出通入熱風(fēng)風(fēng)量和熱值量，并以此為依據(jù)選擇如沸騰爐和收塵器、主風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)主要設(shè)備規(guī)格，確定粉磨系統(tǒng)的工況條件。

    本文以廣西賀州某公司年產(chǎn)60萬t礦渣微粉粉磨生產(chǎn)線作為分析案例，計(jì)算該礦粉生產(chǎn)線熱工參數(shù)，分析不同因素變化帶來的不同影響等。該公司所在地方屬于溫帶大陸性氣候，廠區(qū)海拔約1 000m。該生產(chǎn)線主要消化周邊的鋼渣、礦渣等工業(yè)廢渣，生產(chǎn)高性能的砼摻合料。

1?立磨系統(tǒng)工藝流程簡介

    一般而言粉磨礦渣和水泥生料時(shí)都需要通入熱風(fēng)，而粉磨非金屬礦物料如重鈣、葉蠟石等因其含水量很小不需通入熱風(fēng)，此外值得注意的是在原煤粉磨系統(tǒng)中一般不用循環(huán)風(fēng)。

    礦渣粉磨系統(tǒng)的基本流程為單級(jí)收塵器循環(huán)流程，以下簡要介紹：經(jīng)過稱重的物料在輸送中被除鐵后進(jìn)入立磨，物料被碾碎粉磨成合格細(xì)粉后被磨內(nèi)高速氣流吹起，之后進(jìn)入收塵器被收集成成品，較大顆粒則落回磨盤繼續(xù)粉磨，直到粒度合格，合格的廢氣被排風(fēng)機(jī)抽出排放，同時(shí)將部分廢氣從煙囪引入立磨（利用其余熱以降低熱耗），同來自熱風(fēng)爐的高溫?zé)犸L(fēng)一起入磨烘干物料水分，以此形成完整平衡的烘干粉磨系統(tǒng)。

 本礦渣微粉生產(chǎn)線使用了HLM立式礦渣磨，在粉磨礦渣時(shí)此磨機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力為109t/h，其工藝流程圖見圖1。

2?熱平衡計(jì)算

    對(duì)于礦渣粉磨系統(tǒng)來說其熱平衡范圍就是磨機(jī)進(jìn)料口和進(jìn)風(fēng)口至磨機(jī)出風(fēng)口，其總熱收入等于總熱支出，記作Q總?cè)?Q總出。具體項(xiàng)目見圖2。

2.1?基準(zhǔn)數(shù)據(jù)及設(shè)定條件

    基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和假設(shè)條件對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，因此首先要確定出準(zhǔn)確合理的原始數(shù)據(jù)及參數(shù)。2015年6月國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評(píng)價(jià)檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)賀州年產(chǎn)60萬t礦渣微粉粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)線做了技術(shù)鑒定，測(cè)試得到了系統(tǒng)基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)，具有客觀性和準(zhǔn)確性，本文以此為依據(jù)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。

    基準(zhǔn)溫度：0℃（溫度273K）；基準(zhǔn)時(shí)間：1h；基準(zhǔn)大氣壓：101.325kPa；量和單位參考國標(biāo)GB3102.4-93《熱學(xué)到量和單位》。設(shè)定立磨漏風(fēng)率為出磨風(fēng)量的5%；忽略環(huán)境空氣中帶入的水汽量，根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)定循環(huán)風(fēng)使用量為35%；并忽略循環(huán)風(fēng)管及系統(tǒng)其它風(fēng)管的散熱。原始數(shù)據(jù)見表1。

    對(duì)于表1中的眾多比熱值的確定需要經(jīng)過查表和計(jì)算，我們以入磨熱風(fēng)平均比熱C1為例，討論如何得出準(zhǔn)確的數(shù)值。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)鑒定測(cè)量，礦渣粉磨系統(tǒng)內(nèi)的氣體成分見表2、表3。

 由以上得出C1=0.04×0.4492+0.172×0.3244+0.798×0.3124=0.323kCal/Nm3?℃，即為0.323×4.1868=1.353kJ/Nm3?℃，其它平均比熱值均按此法求得。

2.2?熱平衡計(jì)算

    設(shè)L進(jìn)為入磨風(fēng)量，L出為出磨風(fēng)量，L熱為入磨熱風(fēng)量，L循為循環(huán)風(fēng)量，L漏為漏風(fēng)量，L水為入磨水蒸氣量（單位均為Nm3/h）。相互關(guān)系如下：

    即為331 094m3/h。此為烘干原料所需要的出磨風(fēng)量，而輸送物料所需要的最小風(fēng)量為363 333m3/h，說明立磨出風(fēng)口風(fēng)量應(yīng)為363 333m3/h，這樣才既能輸送出相應(yīng)產(chǎn)量的礦粉也能達(dá)到烘干要求。因此尾排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量處理量為：363 333×1.1=399 666m3/h，式中1.1是放大系數(shù)，一般風(fēng)機(jī)選型時(shí)風(fēng)量要比實(shí)際風(fēng)量放大10%~15%，以保證產(chǎn)量。

    即立磨排風(fēng)機(jī)選型要求處理風(fēng)量為400 000m3/h，壓力為7 500Pa；介質(zhì)溫度為90℃；與風(fēng)機(jī)風(fēng)量相對(duì)應(yīng)，收塵器選型要求處理風(fēng)量為400 000m3/h，過濾風(fēng)速≤1m/s。

2.3?分析與應(yīng)用

    根據(jù)圖1所示，立磨排風(fēng)機(jī)為整個(gè)粉磨系統(tǒng)提供風(fēng)量和風(fēng)壓，負(fù)責(zé)提供輸送立磨粉磨后的礦粉所需的動(dòng)力，從鎖風(fēng)喂料機(jī)喂料后至尾排風(fēng)機(jī)均為負(fù)壓操作，此外系統(tǒng)采用了循環(huán)風(fēng)，循環(huán)風(fēng)管是從煙囪旁路引出進(jìn)入磨機(jī)的，因此循環(huán)風(fēng)管內(nèi)也是負(fù)壓。被風(fēng)機(jī)排出的廢氣溫度約為70℃～80℃，還含有一定的熱量，如果直接外排至大氣則造成了部分能量的浪費(fèi)，因此通常引出部分廢氣回磨機(jī)以降低熱耗，上文是在35%循環(huán)風(fēng)的情況下進(jìn)行的熱平衡計(jì)算，我們以同樣的計(jì)算系統(tǒng)在沒有循環(huán)風(fēng)的情況下熱平衡計(jì)算，計(jì)算過程省略，得出如下結(jié)果：L熱=143 792.6Nm3/h

    熱風(fēng)爐供熱量：Q=L熱×C1×T1=60 310 911.1kJ/h換成kCal：Q=14 405 013.6kCal/h，在無循環(huán)風(fēng)情況下熱風(fēng)爐規(guī)格需按1.6×107kCal/h選擇，現(xiàn)場(chǎng)熱風(fēng)爐型號(hào)為GXDF-16，供熱能力為1.6×107kCal/h，可以滿足無循環(huán)風(fēng)的要求，在通入循環(huán)風(fēng)情況下還有所富余，完全可以滿足正常生產(chǎn)的需要。

    小時(shí)煤耗量：Gm=Q/（Qdw×0.92）=3 131kg/h 熱平衡計(jì)算數(shù)據(jù)匯總對(duì)比見表5。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在通入35%循環(huán)風(fēng)和無循環(huán)風(fēng)情況下差別顯著：有循環(huán)風(fēng)可以減少入磨熱量23 086.9Nm3/h，相當(dāng)于降低煤耗502kg/h，明顯的降低了立磨系統(tǒng)的煤耗。

循環(huán)風(fēng)量的大小需要根據(jù)物料的水分確定，通常原料水分低，循環(huán)風(fēng)的濕含量也較低，因此可以使用較大的循環(huán)風(fēng)量；否之相反。對(duì)于太原市廣廈建材有限公司年產(chǎn)60萬t礦渣粉磨系統(tǒng)來說，因?yàn)槠湓纤?.8%，成品水分0.3%，均較低，循環(huán)風(fēng)量理論上可以提高到50%以上，本文熱平衡計(jì)算采用35%循環(huán)風(fēng)是通常的經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)際該廠正常生產(chǎn)時(shí)循環(huán)風(fēng)閥開度也達(dá)到了50%左右。根據(jù)計(jì)算得知，若循環(huán)風(fēng)達(dá)到50%，系統(tǒng)節(jié)能降耗效果將更明顯。經(jīng)鑒定生產(chǎn)線實(shí)際喂煤量為2 184kg/h，低于35%循環(huán)風(fēng)時(shí)計(jì)算的耗煤量2 629kg/h，原因即此。

立磨熱平衡計(jì)算是根據(jù)系統(tǒng)中各工況參數(shù)條件來計(jì)算所需熱值的過程，以此作為熱風(fēng)爐規(guī)格選型依據(jù)；同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的通風(fēng)量平衡計(jì)算，得出系統(tǒng)各風(fēng)量參數(shù)，以此作為收塵器和排風(fēng)機(jī)規(guī)格大小的選型依據(jù)。本計(jì)算中磨機(jī)含塵濃度為300g/m3為立磨出風(fēng)口位置，由于立磨磨腔截面，物料濃度高，滿足此處物料輸送的風(fēng)量為立磨要求的輸送物料風(fēng)量。但是此處的溫度、物料循環(huán)量等參數(shù)難以界定，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以立磨出口處的物料濃度來核算立磨的通風(fēng)量。含塵濃度一般為經(jīng)驗(yàn)值，但和粉磨物料的易磨性、密度、容重等物理性能有關(guān)，不同的物料要求的產(chǎn)品細(xì)度不同，滿足輸送要求的出口含塵濃度也不同。立磨粉磨水泥生料含塵濃度為500~700g/m3，粉磨煙煤的含塵濃度為300~450g/m3，粉磨無煙煤的含塵濃度為250~350g/m3，粉磨高爐礦粉時(shí)

磨機(jī)出口濃度為250~350g/m3，粉磨重鈣的含塵濃度小于200g/m3。立磨粉磨的產(chǎn)品越好磨、產(chǎn)品細(xì)度越細(xì)、采用外循環(huán)流程的出口含塵濃度越高，反之越低。

熱平衡計(jì)算的關(guān)鍵是核算得出的烘干物料需通入的熱風(fēng)量是否能滿足物料的輸送要求，通過對(duì)比兩者數(shù)值大小，取較大的作為磨機(jī)出口通風(fēng)量，以此既可滿足烘干物料也可滿足成品輸送量。此外對(duì)于同一種原料，若入磨風(fēng)溫較低，可以提高入磨熱風(fēng)通風(fēng)量，即采取“低風(fēng)溫大風(fēng)量”可滿足烘干要求，若入磨風(fēng)溫較高，則可適當(dāng)減少入磨熱風(fēng)量。在上述實(shí)例中，熱平衡計(jì)算通風(fēng)量高主要由于產(chǎn)量較高及烘干去除的水分較多，值得一提的是對(duì)熱值影響的因素主要是磨機(jī)產(chǎn)量和原料水分，入磨風(fēng)溫影響也較大。深入研究各工況參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)熱平衡計(jì)算進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算及分析，對(duì)生產(chǎn)線的節(jié)能降耗，降本增效有顯著的幫助。

立磨是桂林鴻程未來發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，公司設(shè)立立磨事業(yè)部，科研人員就有數(shù)十名，近年來投入大量人力物力對(duì)立磨進(jìn)行技術(shù)改造與升級(jí)，在立磨安裝調(diào)試階段針對(duì)立磨熱平衡計(jì)算有了一套成熟的技術(shù)方法。以最快最準(zhǔn)確的方法給客戶調(diào)試安裝并投入運(yùn)營，直到粉磨廠家滿意為止。