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畢業(yè)設計
開題論證報告
專 業(yè) 過程裝備與控制工程
學生姓名 周智洋
班 級 B裝備032
學 號 0310140153
指導教師 咸斌
完成日期 2007年4月15日
課題名稱:FXS900組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計
一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
課題來源:市場需求,新品開發(fā)。
課題研究的主要內(nèi)容:
FXS900組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計
1.總體方案設計:
1)根據(jù)風量及循環(huán)負荷、料氣比等條件設計分離室直徑,轉(zhuǎn)子直徑,分離器直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2)編制選粉機結(jié)構(gòu)參數(shù)程序,能形成系列產(chǎn)品設計能力。
2.工藝設計:按FX900組合式選粉機能力選粉能力選配球磨機及其他設備進行圈流粉磨系統(tǒng)的工藝設計計算
3.結(jié)構(gòu)設計:雙出風口分離器設計,確定雙出風口分離器各部分結(jié)構(gòu)尺寸。
4.圖樣設計:FX900組合式選粉機總裝圖及總圖部分零件圖;分離器全套設計圖樣。
國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述:
水泥工業(yè)是高電耗、高資源消耗型產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅水泥行業(yè)用于收塵、選粉分級、料氣熱交換的旋風分離器 50 000 多臺總,耗電量 22 億 kW h。 實際平均分離效率 80%左右,殘余粉塵荷載多數(shù)在 400 mg/ m3以上,不僅污染環(huán)境,降低分級效率,減少產(chǎn)品捕集,增加能耗,而且加劇了風機、管道的磨損[1]。
選粉機是閉路粉磨系統(tǒng)的主要設備之一,它是隨著圈流粉磨技術(shù)的進步而不斷發(fā)展的,現(xiàn)已發(fā)展到了以籠形轉(zhuǎn)子為特征的第三代高效選粉機。它采用平面渦流選粉理論,以其穩(wěn)定的選粉力場和較高的分級精度,得到了大家的肯定和認可[2]。
選粉機是閉路粉磨系統(tǒng)的主要設備之一,通過選粉機對粉末粒徑的選擇,能夠很大程度上減少細粉重新進磨,解決對粗粉粉磨的緩沖作用問題,從而提高粉磨效率,進而提高了能源利用率。由磨機、選粉機等設備組成的閉路粉磨系統(tǒng),比無選粉機的開路粉磨系統(tǒng)提高產(chǎn)量10—20%。因此,粉磨作業(yè)中選用選粉機作為磨機的配套設備是提高產(chǎn)量的主要途徑之一。
選粉機的發(fā)展主要分為四個階段。
水泥工業(yè)用選粉機于1885年發(fā)明,由美國斯特蒂文特( Sturtovant)公司生產(chǎn),即離心式選粉機,這就是第一代選粉機。隨著世界工業(yè)技術(shù)的進步和發(fā)展,德國洪堡———維達格公于1960年研制開發(fā)了洪堡———維達格型選粉機,即所謂的旋風式選粉機,屬于第二代選粉機[3]。第一代選粉機由于結(jié)構(gòu)與工作原理的限制,選粉效率不高,粉磨系統(tǒng)的效率與產(chǎn)量提高有限;第二代選粉機因其核心結(jié)構(gòu)并沒有脫離第一代選粉機的范疇,工作原理上無根本性的變化, 所以性能提高有限。1990年至2000年,選粉機的研究有了突破性的發(fā)展,國外各公司相繼開發(fā)出了新型高效第三代選粉機,其中日本小野田公司率先推出的O - Sepa型選粉機是其典型的代表。而第四代選粉機就是我們要研究的組合式高效轉(zhuǎn)子選粉機。
目前水泥工業(yè)中采用的選粉機主要有旋風式、離心式、高效渦流選粉機三種型式。旋風式選粉機結(jié)構(gòu)緊湊、磨損小、震動小、選粉能力大、效率高。離心式選粉機重量輕、維修方便。高效渦流選粉機選粉粒度可調(diào)、能耗低、效率高。我國在上世紀九十年代初從日本小野田公司引進O - Sepa選粉機的生產(chǎn)制造技術(shù),并在國內(nèi)的水泥企業(yè)中得到廣泛應用。但是,一次性投資比較大,系統(tǒng)比較復雜,一般的小企業(yè)難以承受。在此情況下,我國的相關(guān)技術(shù)專家參考O - Sepa選粉機的結(jié)構(gòu)和工作原理,在原有的旋風式選粉機的基礎(chǔ)上,創(chuàng)造出有自主產(chǎn)權(quán)的新一代組合式選粉機。通過模型試驗和生產(chǎn)驗證,其性能比傳統(tǒng)的選粉機有較大程度提高,可與O – Sepa等高效選粉機相媲美。
選粉機的工作過程主要包括分散、分級、分離三個組成部分。
分散是顆粒分級的首要條件,很難想象分散效果不好的選粉機有很好的分級效果。例如離心式和旋風式選粉機的分散裝置都是采用機械撒料盤機構(gòu),依靠機械的方法將物料拋入分級區(qū)。在進入分級區(qū)前,顆粒同氣體不接觸,氣固交換很少,因此,顆粒的分散效果不可能很佳,通常其分離效率在30%~50%之間。也就是說進入分級區(qū)的物料約有30%~50%的部分未經(jīng)分級就直接回到粗料斗(倉),這說明分級效果受到了很大的影響[4]。
分級是選粉機工作的主要階段,正確的分級理論將導致良好的分級效果。離心式選粉機是利用離心空氣分級理論,依靠大風葉形成的豎向物質(zhì)循環(huán)風自上而下的物料接觸產(chǎn)生顆粒的分級,大顆粒物料的沉降速度大于斷面風速而拋向筒壁滑落至粗料倉(斗),小顆粒物料隨氣流一起進入外部空間被收塵下來作為成品。從而實現(xiàn)顆粒分級的全過程。旋風式選粉機是利用旋風空氣分級理論,豎向循環(huán)由風機產(chǎn)生,相對來說其風量可以大些,成品細度調(diào)節(jié)較方便,氣固分離采用外部采風筒,提高了收集效率。整機選粉效率有所提高。O-sepa選粉機較離心,旋風前兩代選粉機在分級理論上有所突破,它采用的平面渦流分級理論,分級效率較高[4]。
分離是分級的繼續(xù),只有把細粉完全從氣流中分離出來,才能達到良好的分級效果。
發(fā)展新一代選粉機,就是要從以上三方面考慮,不斷改進和完善。這種選粉機的優(yōu)勢將逐漸體現(xiàn)出來。目前所使用的旋風分離器為傳統(tǒng)的單出風口旋風分離器,據(jù)不完全統(tǒng)計,僅水泥行業(yè)用于收塵、選粉、分級、料氣熱交換的旋風分離器50000多臺總耗電量22億kWh,實際平均分離效率為80%左右,殘余粉塵荷載多數(shù)在400mg/m3以上,不僅污染環(huán)境,降低分級效率,減少產(chǎn)品捕集,增加能耗,而且加劇了風機管道的磨損。與傳統(tǒng)的選粉機相比,高效選粉機具有如下特點:(1)物料在分級室內(nèi)在較強的旋流及徑向剪切力的作用下,物料分散性好且分級強度高,分級效率高;(2)分選物料經(jīng)過分級界面分明的選粉區(qū),各部分的選粉條件穩(wěn)定不變,故該機的分級精度高;(3)細度調(diào)節(jié)方便可靠,且調(diào)節(jié)范圍較寬,可通過調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速及風量靈活控制。
就是在這種情況下,我們提出了“FXS900組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計”這一研究課題。在次課題中,導流口可調(diào)式雙出風口旋風分離器的設計有效克服了單出風口旋風分離器三大先天缺陷。壓力損失同比降低3O%以上;收塵效率提高10%以上;殘塵荷載降低達7O%以上;捕集細粉能力的提高為現(xiàn)行組合式選粉機改造拓展了市場。
參考文獻:
[1] 倪文龍.雙出風口旋風分離器測試分析與應用[J].礦業(yè)工程,2006, (04):46-48.
[2] 劉平成.K型內(nèi)循環(huán)選粉機的原理及其應用[J].四川水泥,2005,(04):12-14.
[3] 王磊明,陳滔.O_SEPA高效渦流選粉機的應用和發(fā)展[J].江西建材,2006,(02):23-24.
[4] 黃有豐,汪瀾,顧正義.水泥工業(yè)新擠壓粉磨技術(shù)[M].中國建材工業(yè)版社,2002.
二、本課題擬解決的問題
1.在FXS900組合式選粉機總體設計過程中,如何提高系統(tǒng)的效率,降低電耗,提高使用壽命,能更加合理和科學得選擇和設計其結(jié)構(gòu),以提高選粉機的性能,是我們要考慮的問題。
2.分離器的結(jié)構(gòu)設計對選粉機的選粉效率有著重要的影響。國內(nèi)現(xiàn)行技術(shù)的單出風口旋風分離器的工作原理是:含塵氣體從分離器上進風口切向進入筒體,形成由上而下的外旋流并逐漸進入錐體,氣流中的粉塵受旋轉(zhuǎn)離心力作用而與氣體分離,沿筒壁落入鎖風閥排出;分離后的凈化氣流在錐體下部匯集反向,形成較強的中心內(nèi)旋流并反轉(zhuǎn)向上,經(jīng)上出風口排出,從而實現(xiàn)氣固兩相分離。這種旋風分離器存在三項先天性缺陷:
(1)旋風分離器中心凈化氣流是一股較強的旋渦流,無用壓力損失占分離器總壓力損失65%以上;
(2)在上進風口與上出風口間存在短路流;
(3)錐部集料口因氣流轉(zhuǎn)向而導致已沉降微細粉塵“二次返混”。
三、解決方案及預期效果
1.選粉機總體的設計中考慮選粉機的三個關(guān)鍵要素:“分散,分級,收集”,通過分析計算,以確定系統(tǒng)的主要參數(shù),并依據(jù)這些參數(shù)進行電機和風機的選型,以及主軸、進風管、回風管、選粉室、分級圈、撒料盤、滴流裝置、細粉收集筒、粗粉收集筒、進料斗等結(jié)構(gòu)的設計。要充分考慮到企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境要求,保持結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
在選粉室的設計過程中充分考慮到設備的磨損和維護的問題,在此,試提出兩種內(nèi)襯方案:(1)采用鑄石襯板;(2)采用硬度較高的95號氧化鋁陶瓷材料。前者價格便宜但較后者易磨損得多;后者價格貴,但有更長的壽命,減少因更換襯板而耽誤生產(chǎn)情況的發(fā)生。
2.為了克服傳統(tǒng)旋風分離器的上述缺陷,F(xiàn)XS900型組合式選粉機采用導流口可調(diào)式雙出風口旋風分離器技術(shù)取代傳統(tǒng)單出風口分離器。導流口可調(diào)式雙出風口旋風分離器是針對國內(nèi)現(xiàn)行單出風口旋風分離器先天性缺點而研制開發(fā)的氣固兩相分離技術(shù),與傳統(tǒng)旋風分離器相比:
1) 筒身縱向增設下出風口,利用背向分流原理消減核心強制渦。
2) 增設導流筒。讓凈化氣流沿導流筒的周向均布的縫隙式導流口流入。氣流在幾乎整個圓柱面的各個方向進入,導流口把渦旋場流體完全切碎,從根本上消除核心強制渦。即消除了導致旋風分離器壓力損失的主要根源,不僅對節(jié)能有直接的價值,而且風機的風量因風阻(即壓力損失)的減小而加大,有助于分離效率的提高,又減小對選粉機的磨損。
3)導流筒下部設置反射屏使內(nèi)外旋氣流換向點確定有序,避免了錐體下部先分離粉塵受后下旋氣流帶出的“二次返混” 現(xiàn)象,因而分離效率可進一步提高。
4)上出風管下口與導流管上口聯(lián)接,從根本上避免了含塵氣流從進風口進人簡體時,在進風口與上出風管下口間形成的短路流。
5)在導流筒上設置導流口調(diào)節(jié)裝置,使旋風筒內(nèi)流體力場有序可調(diào),能方便地根據(jù)變化的工況調(diào)至最佳的分離效率和最小的壓力損失匹配。
在此課題中,導流口可調(diào)式雙出風口旋風分離器的設計有效克服了單出風口旋風分離器三大先天缺陷。壓力損失同比降低3O%以上;收塵效率提高10%以上;殘塵荷載降低達7O%以上;捕集細粉能力的提高為現(xiàn)行組合式選粉機改造拓展了市場。
四、課題進度安排
3月19日~4月1日.畢業(yè)實習階段。
畢業(yè)實習,查閱資料,到多個公司實踐,撰寫實習報告。
4月2日~4月15日.開題階段。
提出總體設計方案及草圖,填寫開題報告。
4月16日~5月23日. 設計初稿階段。
完成總體設計圖、部件圖、零件圖。
5月24日~6月7日. 中期工作階段。
完善設計圖紙,編寫畢業(yè)設計說明書,中期檢查。
6月8日~6月10日.畢業(yè)設計預答辯。
6月11日~6月18日.畢業(yè)設計整改。
圖紙修改、設計說明書修改、定稿,材料復查。
6月19日~6月21日.畢業(yè)設計材料評閱。
6月22日~6月24日.畢業(yè)答辯。
6月25日~6月28日.材料整理裝袋。
五、指導教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學院意見
簽名
年 月 日
5