影响O-Sepa选粉机效率的因素探讨
引言
以O-Sepa选粉机为代表的第三代选粉机是由日本小野田公司在上世纪70年代末开发并随后广泛地应用于水泥生产行业的。O-Sepa选粉机的设备结构和分级原理与离心式选粉机、旋风式选粉机完全不同，它采用悬浮分散技术和平面涡流分级理论进行颗粒分选，具有选粉效率高、节能优势明显等特点。在设计上保留了旋风式选粉机物料分散和选粉气流独立的优点，增加了笼型分级转子和独立的收尘器作为细粉捕集装置，改变了选粉机的选粉原理，大幅度提高了选粉机的处理能力、选粉效率和细粉收集能力，同时也大量地利用了外部冷空气，降低了水泥成品温度。O-Sepa选粉机是涡流式选粉机的典型代表，因其较好的选粉性能被广泛应用于水泥行业的闭路粉磨系统中 [1] 。
01
O-Sepa选粉机结构及工作原理
O-Sepa选粉机主要由壳体部分、传动部分、回转部分和润滑系统四部分组成。壳体部分是一个双蜗壳形的旋风筒，一、二次进风的进风口互成180°切向布置在筒体两侧，多个进料口对称地安装在筒体的上部，三次进风口布置在下锥体，导向叶片固定在蜗壳内相同半径的圆周上，与圆周切线成一定角度，能够增加一、二次风进入选粉机后的旋转并使其沿圆周方向均匀地流入选粉室。回转部分是由笼型转子、主轴、轴承、撒料盘等组成。传动装置由电机、联轴器、减速机等组成，联轴器与转笼主轴相连，带动转笼一起转动。润滑系统由稀油站、管路和润滑轴承等组成。其结构示意图如图1所示。
笼型转子是选粉机的重要部件，笼型转子是由许多竖向均匀布置的细长叶片和横向均匀布置的水平隔板通过连接板与转子轴套相连以使转子在工作状态下运转更稳定。撒料盘安装在转笼的上部，撒料盘上均匀布置径向的凸棱，转子转动时凸棱强制地将物料进行打散，使物料均匀地分散形成均匀料幕。转笼与壳体之间采用迷宫式密封圈进行密封。
O-Sepa选粉机采用水平涡流作为颗粒分散和分级手段，然后采用高速旋转的笼形转子进行分选 [2] 。被选物料从顶部的进料口进入，落在安装于转子上部且随主轴旋转的撒料盘上，由于物料受到较大离心力的作用被撒向四周，撞到缓冲板而改变方向自由下落，物料均匀地撒入转子与导向叶片之间形成的环形选粉区内形成料幕。气流按双向切线方式，从壳体两侧互成180°的一次风二次风两个切向进风口进入类似旋风筒的壳体内；切向进入的气流通过导流叶片的导向作用进入选粉区，与转子的旋转作用相结合，形成强烈的水平涡流场，强大的气流把从撒料盘撒下的料幕吹散，从而达到细粉和粗粉的分离。较细颗粒因其所受的离心力小于气流对其作用的向心力，而随气流穿过转子叶片之间的间隙进入转子内，进而进一步从出风管进入到收尘装置而被补集下来作为成品。较粗颗粒在下落的过程中，因其所受的离心力大于气流对其作用的向心力，而撞向导向叶片，且不断受到水平切向气流的冲刷，将粘附在其上的细粉不断地冲刷下来，最后在重力的作用下进入下锥筒且沿着下锥筒壁运动，当经过三次风口时，粉料将被三次风再一次地分选，使得粘附在粗颗粒上的细粉被三次风分离，之后被气流挟带上升成为合格细粉；粗颗粒则从下部的粗粉出口卸出，返回磨机重新粉磨。物料自上而下，为每个颗粒提供了多次重复分选的机会，而且每次分选都在精确的离心力和气流作用力的平衡条件下进行。
02
影响O-Sepa选粉机效率因素
虽然O-Sepa选粉机具备先进的工作原理，但是在国内大量的实际应用中，选粉机的实际性能和预期效果还是有一定的差距，主要表现在选粉机效率不高，普遍值在50%左右，回粉中含有大量的合格细粉，进而影响粉磨系统生产效率。
影响选粉机选粉效率的因素大致有以下几点。
喂料浓度是选粉机最重要的工艺参数之一，它是指选粉机单位时间内的喂料质量与单位时间内空气流量比值，单位为kg/m 3 ，它决定了选粉机的粉体处理量和产量，对选粉机的分级性能有极大的影响，一般地该值在2.0kg/m3±0.5kg/m3。
喂料速度在一定范围内增加时可以提高成品产量，但是当喂料速度增加到一定值时，选粉机内的粉体浓度也将随之增大。刘家祥 [3] 等研究得出，在其他操作参数不变的情况下，随着喂料浓度的增加，物料的分散效果较差，分级效率和分级精度均降低，选粉机阻力增加进而增加耗能。因此在实际生产中，喂料浓度应控制在合理的范围内，以使选粉机获取较高的产量和较好的选粉效果。
选粉风量是指单位时间内由一、二、三次风入口进入选粉机内的空气量，风量是否合适，是选粉机获得良好选粉效果的前提。对于某一结构确定的选粉机，一定风量也就对应着选粉机内一定的气流速度，气流速度决定被选颗粒的运动状态。有文献指出，风量的大小对分选粒径有直接影响，在一定范围内随着风量的增加，选粉机的分级精度曲线愈陡峭，即分级精度愈高 [4] 。孙小明 [5] 等通过对O-Sepa选粉机一次风进风阀门两侧各开了一个补风口用以补充增大选粉机通风量，提高了选粉机的选粉效率，并配合其他工艺操作调整，生产状况有了很大的改善，粉磨系统台时产量增加35%，达到了高产低耗的目的。
在实际工况下，选粉机内的气体体积会随着温度变化，一般地，环境温度和选粉机出口气体温度温差大概40℃~60℃，在对选粉机工况风量评估时需要考虑气体的热胀冷缩，进而进一步确定选粉机实际工作风量。
转子转速的大小对选粉机效率有较大的影响。在选粉机分选过程中，粉体随着气流一起运动，切向速度和径向速度决定粉体颗粒的运动轨迹，而气流的速度受到转子转速直接的影响。理论上转子转速越高，产品细度越细；转子转速越低，产品细度越粗。但是转子转速越高，气流流经转子叶片后，由于径向空间受压缩，致使切向速度越来越大，由此产生的离心动压也越来越大，继而增大后续气流的通行阻力 [6] ，选粉区内的合格细粉进入成品中的阻力增大，进而降低选粉效率。
选粉机的设备工艺状态也会直观影响到选粉机效率，常见的如选粉机导风叶片磨损，转子叶片磨损，迷宫密封磨损，撒料盘磨损，进风口蜗壳积料堵塞，锁风阀关闭不严，喂料分料不均等。
一般地，O-Sepa选粉机转笼顶部采用凹凸迷宫密封，用以最大程度降低喂料中粗粉进入成品中的几率。但当此处密封因磨损失效时，喂料中的粗粉进入成品的概率就相应增加，进而增加成品中粗颗粒含量。当在细度指标一定的情况下，选粉机转子转速会增加，降低了合格细粉进入成品的几率，进而影响选粉机效率。
导向叶片主要的作用是让气流按照特定角度进入选粉区，与转子的旋转作用相结合，形成强烈并稳定的水平涡流场，当导向叶片磨损或局部磨损时，会造成选粉区局部风速突变，影响涡流场稳定，同时影响转子过风面局部风速变化，不利于选粉机效率的发挥。
撒料盘的主要功能在于均匀分散物料，当撒料盘磨损后，粉料在盘面上打滑，分散区域分布变窄，物料的抛撒能力及分散性变差，无法使粉料在选粉区内得到均匀、充分的分散，不利于实现高效选粉。
O-Sepa选粉机回粉锁风阀的主要功能是确保粗粉按照设定路径排出选粉机并降低此处漏风，当锁风不严或磨损时，相当于增加了选粉机三次风风量，降低了用于稳定水平涡流的一、二次风风量，同时因为漏风的影响进而增加通过转子底部边缘的风速，对选粉区流场稳定性造成破坏，形成选粉流场紊乱，不利于选粉机高效运行。
均匀的喂料是选粉机高效运行的前提条件之一。当喂料分料不均时，会人为地改变转子四周物料的分布状态，即在选粉区内无法形成均匀的物料料幕，料幕厚薄不一，形成“空洞”。气流在穿过料幕时会优先穿透阻力更低的“空洞”区域，并绕开厚料幕区，造成厚料幕区的细粉物料无法被气流分选并带走，进而降低选粉机效率。
03
实际案例分析
我公司2#水泥磨系统采用FPP磨+振动筛+3.8m×13m球磨+N3000 O-Sepa选粉机配置的双闭路联合粉磨系统。
在运行中发现选粉机效率一直维持在55%左右（R45μm基准），如图2黄色柱状图所示。经检查发现选粉机迷宫密封磨损失效，最大轴向间隙接近30mm；回粉翻板阀关闭不严，在正常运转时只能关闭约50%左右；导风叶片磨损严重；实际运行风量200 000m3/h，喂料浓度高值约2.75kg/m3，超过最佳控制范围上限，与此同时，二次风冷风风道处因结露影响而部份堵塞，造成二次风缺风，一次风风量偏高，一、二、三次不匹配。
针对以上发现，我司随即对选粉机进行检修。将迷宫密封轴向间隙缩小至8±2mm，径向间隙缩小至<10mm左右；修复并调整翻板阀至正常锁风位置；更换磨损严重的导风叶片；将二次风风门处积料清理并在实际运行中100%全开；调整选粉机工况风量在180 000m3/h左右，接近选粉机名义风量；控制系统循环负荷，调整选粉机喂料浓度至1.8kg/m3 。
通过实际运行发现，以上措施对改善选粉机选粉效率是有效的，选粉机选粉效率（45μm）提升至平均65%左右，如图2深蓝色柱状图所示。与此同时，系统排风机的功率下降了约80kW，选粉机电机转速从980rpm下降至900rpm左右。
04
结束语
通过对影响选粉机效率的因素进行分析，并结合生产现场实际情况进行有针对性的调整，改善了O-Sepa选粉机的选粉效率，节约了部分能耗，确保水泥粉磨系统高产优质。
作者：林廷全，严顺金，王鹏飞，袁盟杰
单位：仁寿县汪洋建宝水泥有限公司