張新波 王 巖 史緒剛

（龍蟒佰利聯(lián)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(lián)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(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 早期風掃磨系統(tǒng)工作流程

該系統(tǒng)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(xiàn)系統(tǒng)正壓冒灰揚塵等現(xiàn)象，運行中的問題原因分析如下。

（1）由于系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(huán)境。

（5）返料螺旋經常斷軸，導致系統(tǒng)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(huán)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(huán)風機合并，整個流程管路更加簡單。

圖2 改進后風掃磨系統(tǒng)工作流程

風掃磨系統(tǒng)的風掃風量大小對整個粉磨系統(tǒng)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(tǒng)循環(huán)負荷過??；風量過大，系統(tǒng)循環(huán)負荷大，不利于節(jié)能。根據球磨機規(guī)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(tǒng)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(shù)；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(shù)，實際風量按71000m3/h計，系統(tǒng)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(yè)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(shù)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(yōu)化后風掃磨的運行效果及能耗與效益分析

本系統(tǒng)改造后產量與舊系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)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(huán)風是潔凈空氣，風機及管道壽命大為延長，同時簡化了系統(tǒng)結構，通過給料進口壓力與排空閥門連鎖實現(xiàn)系統(tǒng)的自動調節(jié)，降低操作難度，便于實現(xiàn)負壓操作，改善生產環(huán)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(tǒng)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(yōu)于改造前。系統(tǒng)運行能耗對比如表1所示。

表1

改造后節(jié)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(jié)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(jié)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(tǒng)多創(chuàng)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(tǒng)優(yōu)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。