球磨机如何改为棒磨机，具体改装步骤详解

背景介绍：

上海某有限公司新系统采用美国德士古水煤浆加压气化技术为2o万t／a甲醇装置供气。多年来一直运行2台德士古气化炉，磨煤系统为2台03 200×5 800球磨机同时运行。为了提高．煤气和甲醇产量，需要开3台德士古气化炉，同时考虑磨机的备用因素，需新增1台磨煤机。

1 棒磨机与球磨机的比较
1998年，公司组织人员对国内鲁南、渭化等有关厂家进行了调研，并决策新增的第三台磨煤机仍然采用球磨机，并签定了采购合同，安排制造，但对此方案的经济性和合理性，没有足够的信心。经过深入的调研、计算和对比，发现棒磨机的各项经济指标、生产能力等综合效果远优于球磨机。改造前我公司球磨机与渭河化肥厂和淮南化工厂棒磨机的对比数据见表1、表2。

(1)从破碎机理分析，无论球磨还是棒磨，当筒体旋转时，装在筒体内的研磨介质(球或棒)在摩擦力和离心力作用下，随着筒体回转而被提升到一定的高度，然后按一定的线速度抛落，于是对筒内的煤块产生冲击、磨削和挤压，使煤块粉碎。

然而不同的是：
① 球磨机需要钢球在较高处跌落，转速较高，冲击能量较大，粉碎效果才会好，但动力消耗也较大。而棒磨机主要靠棒与棒之间研磨、挤压作用，转速较低，相对需要的动力消耗也较低。
② 棒磨机工作特点是棒与棒之间在运动过程中对煤块有筛分作用，能使大颗粒煤被提升到每层的最高位置，集中到破碎能力较强的地方进行粉碎。因此棒磨机用于煤破碎作业的效率较高，动力消耗低，而且煤的粒度均匀，泥化作用少。

由于以上2条原因，从表1中可看出，渭化棒磨机的电耗比我公司球磨机的电耗省34．4％ 。按开3台德士古炉满负荷生产，每年可节约电费458万元左右。
(2)由于球磨机介质(钢球)抛落下来时冲击是点接触，所以煤中的大颗粒容易从进口逃到出口，大颗粒多，反之较细的煤粒多次受到落球的冲击而会出现过粉碎现象，所以>320目的煤粉比棒磨机多。而棒磨机的工作特点是棒与棒之间在运动过程中成线接触，首先破碎较大颗粒的煤，使大颗粒煤大大减少，这种选择性破碎可以减少煤的过粉碎现象。
由于这个原因，球磨机改成棒磨机后，每年2台棒磨机可比3台球磨机节约3 000多t的煤，价值l0o万元左右。
(3)对德士古煤气化工艺来说，粗的煤粒气化反应所需的时间比>320目细的煤粉气化时间长。从表2可看出，棒磨机的粗及过细的煤粉都比球磨机少，对降低煤耗和煤渣中的残碳都有利。从以上分析可以清楚地看出，棒磨机制出的水煤浆粒度分布更适合德士古气化炉的气化反应。
(4)球磨改棒磨后，节电的另一个原因：
① 不管球磨机还是棒磨机，电机的能耗主要消耗在简体内的介质(球或棒)上，加煤量对电机定子的电流影响很小(这已被多次试验证实)。
② 从表1可明显看出棒磨机的比生产率比球磨机高得多，即具有相同有效体积的棒磨机比球磨机的磨煤能力大得多，也就是说球磨机改棒磨机后生产能力可大幅度提高。球磨机的磨煤量提高到35—40 t／h时，大颗粒增加很多，滚筒筛已出现溢流。而要供3台德士古气化炉的磨煤量是105 t／h左右，显然需要开3台球磨机才行。而球磨机改造成棒磨机，由于我公司球磨机的长度是5．80 m，比渭化的棒磨机长出1．04 m，有效容积大6 m3(棒磨机改为球磨机后简体两端锥面必须改成平行，所以容积减少2．9 m3左右)。按磨煤机
产量计算公式：
Q= V
一
'q
34

式中
Q——设计磨煤机生产率，t／h；
— — 产品中小于0．074~ (200目)级别含
量；
』9l— —给料中小于0．074 n~(200目)级别含
量；
卜磨机有效容积， ；
g——按新生成级别(0．074咖)计算的单位
生产率，即比生产率，t／(m3．h)。
Q与 和q都是成正比的，球磨机改成棒磨
机后，先忽略( 一 1)，则得：
一 ：望鉴
Q棒一 ‘qc#
以渭化的q棒为基准，则：
一： 43 9 0 91 ；52．3(t／h)
．
× ． 一
式(1)中 l不变，从表2可以看出，球磨机的
J92比棒磨机大，所以若考虑(／32一 1)值，则棒磨
机生产能力还会更大。
通过以上计算和比较，改造后2台棒磨机的
磨煤能力超过105 t／h是完全可能的。由于这个
原因，少开1台磨机又可以节电近5o％。
2 球磨机改为棒磨机的转速计算和长度的核实
(1)棒磨机的转速临界转速：
42．4
式中：
，lo-_一临界转速，r／rain；
D— — 筒体内径，m。
rt0=丽42．4=23．7(r／rain)
工作转速(使磨机筒体内最外层研磨介质在
最高处跌落，亦即冲击能量最大时的转速)：
nl =： —√；D =： —~ ／3====：1l一／ ． 92(r／arm)
． 19
转速比：
f_ n_
l
A
。
t ×100％ = 17． 92
×100％ =76％
，l0 ．，

工作转速可按表3选取。

通过以上分析，改造后的棒磨机完全有可能开2台就能满足开3台德士古气化炉满负荷生产的要求。而按球磨机的最大磨煤能力，必须开3台。从成本核算的角度来分析，电费是德士古炉煤气化最大的运行费用，所以实施这项改造，节电效益是相当可观的。根据以上充分的理由，我们在安装球磨机的同时将其改为棒磨机。

3 改造的具体内容。
具体改造内容如图l所示。
(1)球磨机简体两端原为锥面，内衬为橡胶。改造成棒磨机后，为了避免乱棒，端面必须改为平面，材质改为65M．。
(2)取消球磨机出口管内壁的螺旋道，使棒磨机内断棒能随煤浆流出。
(3)转速改小后，重新加工小齿轮。考虑到直径改小后需要保证小齿轮与轴的联接强度(方键联接)，把小齿轮与轴做成一体。
(4)大、小齿轮的中心距缩小，即简体基础与电机基础的中心线之间的距离缩小。
(5)增加l台给棒机，减轻装棒时的劳动强度。

4 改造中出现的主要问题与解决途径
(1)球磨机改造为棒磨机后，运行中动载荷大幅增加，造成基础振动很大，后通过基础的加固得以解决。
(2)原加入的65 h 圆钢不是正火状态，大部分硬度偏低(耶ll0一l60)，运转一段时间后出现弯棒现象；个别圆钢硬度过高，出现断棒现象。后
全部更换正火状态的65M．圆钢，问题得到解决。（需要调质热处理的钢棒请联系我，钢棒硬度可达HRC45-55）
(3)球磨机改造为棒磨机后，当加煤量超过45 t／h以上时，出口滚筒筛有时会出现溢浆现象。
经分析原因是：

① 原球磨机转速为18．1 r／rain，线速度为102．4 m／min。改造为棒磨机后转速降为14．6 r／rain，线速度降为82．6 m／min，过筛的面积减少了l9．4％ 。
② 原球磨机滚筒筛采用的是不锈钢板冲孔的筛网，孔的方向按径向布置，孔径只有3．2 mm，开孔率只有42．6％ ，改造为棒磨机后，水煤浆的实际流通面积减少了l9．4％ ×42．6％ =8．3％ 。针对上述原因。将筛网改为条筛。改造后筛网的开孔率为59．0％ ，增加了l6．4％ 。筛网改造后，水煤浆的流通面积比球磨机滚筒筛增加了l6．4％ ，几乎是原来的2．倍。另外，由于筛条断面为三角形，网上大于缝宽度的大颗粒通不过而被分离，能通过的颗粒则不易嵌堵在缝中。改造后加煤量提高到50 t／h以上，水煤浆只流到滚筒筛筛网长度的1／3就全部流下筛完，大颗粒几乎没有，彻底解决了原来的瓶颈问题。

5 改造后的棒磨机与原球磨机的比较
(1)改造后的棒磨机的电机电流是球磨机的50％左右，而磨煤能力却比球磨机提高25％ 以上。
(2)经过多次试车和工艺、能力的评定，结果见表5。
改造后的棒磨机经过长时间的试运行，对德士古气化炉生产的合成气气体成份和炉渣中的残碳均没有影响。
6 经济效益
(1)从表5可以明显看出单台球磨机改为棒磨机后有以下效益：
① 磨煤能力从35—40 t／h提高至53 t／h(干煤)；
② 电机定子电流从60 A下降到32 35 A；小时电耗从611 kwh下降到349 kwh，下降42．9％；吨煤电耗从15．3 kwh下降到6．58 kwh，下降57％。改造后棒磨机1年(330 d)的磨煤能力419 760 t为基准，则年节电366万kWh，价值172万元(电价按0．47元／k 计)。
③ 原球磨机1年将筛出大颗粒煤1 320 t，而棒磨机只筛出33 t，年节煤l 287 t，价值4o万元(煤价按310元／t计)。

④ 棒磨机钢棒的磨耗比球磨机的钢球磨耗低得多，每年可节约25万元。
综上所述，单台球磨机改为棒磨机后每年可节省237万元。
(2)以保证3台德士古气化炉满负荷生产需磨煤能力为105 t／h为基准，将2台改造后的棒磨机与3台未改造的球磨机进行比较，数据见表6。
从表6可看出，将2台球磨机改造为棒磨机后，经济效益相当可观：
年节约电费：683—260=423(万元)
年节煤价值(3 960—66)×310=121(万元)
年节约钢球费用：0．55×180—0．40 ×40 =83(万元)
合计：423+121+83=627(万元)。

7 结语
(1)本改造项目的节电、节能效果是非常显著的，幅度达50％ 一60％，为降低运行费用、降低产品成本发挥了很大的作用。
(2)改造项目的费用为82万元，投运半年就可收回改造费用。

(3)改造后试运行结果说明了棒磨机的电耗及水煤浆的浓度、粒度分布、大颗粒煤、钢棒磨耗等综合指标远比球磨机好，是目前德士古加压气化技术制备水煤浆设备的理想选择。
(4)棒磨机卸棒的劳动强度和工作量很大，另外还需定期停磨机检查钢棒以及时清除弯棒和断棒，这是它的不足之处。
(5)本改造还须进一步做好以下完善工作：
① 进一步把好钢棒的质量关，硬度HB值控制在24O一285范围内，防止出现弯棒和断棒现象。
② 对钢棒的配比和总量还需做优化调试工作，使煤浆的粒度分布得到优化。
③ 完善煤浆添加剂的自动加入和计量系统，使该系统运行更稳定和更经济。

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