畢業(yè)設計（論文）水泥廠新型高效分級設備的研究

1、編號編號 本科生畢業(yè)論文 水泥廠新型高效分級設備的研究 research of new and high efficient grading equipments for cement plant 學 生 姓 名 專 業(yè)無機非金屬材料工程 學 號 指 導 教 師 學 院材料科學與工程 2010 年 6 月 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 摘摘 要要 分級機是粉體制備行業(yè)中非常重要的設備之一，通過分級除去粉體原料或 半成品中過大或過小的顆粒，控制產(chǎn)品的粒度在一定的范圍之內(nèi)，從而保證粉 體顆粒粒度分布滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。第三代動態(tài)空氣分級設備，也就是渦流 空氣分級機，具有分級精度高、分級

2、性能好的特點。分級機的關鍵技術是:分散 和分級。本文對物料分散性和渦流空氣分級機內(nèi)流場特性二方面內(nèi)容進行了實 驗研究與分析。 在物料進入渦流空氣分級機前增加了機械打散裝置，通過機械力打散使物 料懸浮分散于氣流中并輸送到分級機內(nèi)。以重質(zhì)碳酸鈣和水泥生料為原料進行 了分級實驗。結(jié)果表明，在高風速范圍內(nèi)增加打散裝置對分級粒徑的影響不大， 但可以明顯提高分級精度;增加打散裝置后水泥生料的分級精度明顯高于重質(zhì)碳 酸鈣的分級精度，由于顆粒粒度分布和粉體物理特性的差異，水泥生料易團聚， 表明此打散裝置更適合用于易團聚物料的分級。 關鍵詞關鍵詞:渦流空氣分級機，機械打散，激光多普勒測速儀，流場特性， abst

3、ract in the powder industry classification is one of the most important basic operation, which makes the particle size suit to the demand of powder product.as the third- generation dynamic air classification equipment, turbo air classifier has high classification precision and good classification pe

4、rformance.as we know, the key technology of turbo air classifier is as follows: dispersion nd separation. in this study, mechanical dispersion of raw materials and the low field characteristics in the turbo air classifier were investigated and nalyzed. the mechanical pre-dispersion equipment was ins

5、talled in a turbo air classifier before the raw materials were classified. raw materials were suspended to disperse and conveyed into classifier by pressured airflow. the classification experiments of ground calcium carbonate and cement raw meal were made and the effect of mechanical pre-dispersion

6、on classification performance was investigated under different operating parameters. the results show that on the high air flow rate condition the effect of different feeding manner on the classified particle cut size is unapparent and employingthe dispersing equipment classification precision is im

7、proved enormously; the result that classification precision of cement raw meal is higher than that of ground calcium carbonate demonstrates that the dispersion equipment was suit to raw materials that are agglomerated largely because cement raw meal powder is prone to be agglomerated with contrast t

8、o ground calcium carbonate due to their particle size and difference nature of particles. key words: o air classifier, mechanical dispersion, laser dopplervelocimeter(ldv), flow field characteristics, 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 i 目錄目錄 摘要 abstract 第一章 緒 論.1 1.1 分級.1 1.1.1 分級的定義.1 1.1.2 分級的意義.1 1.1.3 分級的方法類

9、型.1 1.2.分級機的發(fā)展簡介.1 第二章 渦流空氣分級機的分類.4 2.1 分級室回轉(zhuǎn)型分級機.4 2.1.1 acucut 型分級機.4 2.1.2 atp 型分級機.4 2.2 葉片回轉(zhuǎn)式分級機.5 2.2.1 mps 分級機.5 2.2.2 mss 分級機.6 2.3 顆?；剞D(zhuǎn)型(o-sepa)選粉機.7 2.3.1 結(jié) 構(gòu).7 2.3.2 工作原理.7 第三章 渦流空氣分級機的分級原理及特性.9 3.1 渦流空氣分級機的分級原理.9 3.1.1 渦流空氣分級機中氣固兩相流運動特性.9 3.1.2 物料顆粒在分級機內(nèi)的受力分析.9 3.2 渦流空氣分級機的特點.10 第四章 渦流空氣

10、分級機的應用.12 4.1 影響渦流空氣分級機的因素.12 4.1.1 操作條件的影響.12 4.1.2 結(jié)構(gòu)的影響.13 4. 2 渦流空氣分級機容易出現(xiàn)的問題 .14 4. 3 工藝使用中需注意的問題 .15 第五章 渦流空氣分級機的研究方向.16 5.1 關于分散的研究.16 5.2 分級理論的研究：.16 5.3 流場模擬的研究：.17 第六章 結(jié) 論.19 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 ii 參考文獻.20 致 謝.22 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 1 第一章第一章 緒緒 論論 1.1 分級分級 1.1.1 分級的定義分級的定義 分級是根據(jù)不同粒度、形狀和密

11、度的顆粒在流體(如空氣或水)中所受的重力 和介質(zhì)阻力不同，因而具有不同的沉降末速度來進行的。由于形狀的復雜性， 按照形狀分級目前仍處于試驗研究階段，還無法在生產(chǎn)中得到實際應用。因而， 目前所討論的顆粒分級皆指粒度分級，是按照不同粒徑顆粒在介質(zhì)(通常采用空 氣和水)中受到離心力、重力、慣性力等作用，產(chǎn)生不同的運動軌跡，從而實現(xiàn) 不同粒徑顆粒的分級。 分級的關鍵技術是:分散和分離。分散是指進入分級機的物料要盡可能地分 散開來，物料顆粒之間形成一定的空間距離。分離是指當物料在分級室停留的 有限時間內(nèi)，在氣流作用下完成分級功能，把物料的粗、細顆粒分開，并送至 各自的出口。 1.1.2 分級的意義分級的

12、意義 分級一方面能提高生料，煤以及熟料的粉碎效率，降低能耗及時的將合格 的產(chǎn)品選出來，減輕過粉磨現(xiàn)象 和微細顆粒在粉末中的團聚現(xiàn)象；另一方面確 保產(chǎn)品的細度和顆粒分布。研究水泥廠的高效分級設備具有很高的現(xiàn)實價值， 對水泥廠的節(jié)能減耗有著重要的意義。 1.1.3 分級的方法類型分級的方法類型 常見分級方法有：手選、篩選和流體分選。 手選是指：利用人工對粉碎產(chǎn)品進行挑選，常用于處理產(chǎn)品中的個別大 塊物料，分級效率低； .篩選是指：用工藝要求尺寸的篩網(wǎng)，對粉碎產(chǎn)品分批進行滑動、振動或 回轉(zhuǎn)過篩，分成大、小或粗、細兩部分或不同粒徑范圍的幾部分； .流體分選是指：利用顆粒在氣體或液體中的阻力、慣性力、浮

13、力、離心 力等將粉碎產(chǎn)品按要求的粒徑分開的過程。 目前在水泥生產(chǎn)中有干法分級和濕法分級兩種，常見的是干法分級，就是 利用流動的空氣對粉磨產(chǎn)品進行分級。 1.2.分級機的發(fā)展簡介分級機的發(fā)展簡介 用于水泥行業(yè)的動態(tài)分級機自問世以來, 已有 110 余年的歷史, 它隨著圈 流粉磨系統(tǒng)的發(fā)展而不斷進步, 即以 gayco 型和 sturtevant 型為代表, 空氣 在內(nèi)部循環(huán), 利用物料顆粒的慣性、所受空氣阻力和自身重力不同進行分級的 第一代普通離心式分級機和以 wedag 型為代表, 空氣在外部循環(huán)的第二代旋風 式分級機之后, 現(xiàn)在已發(fā)展到分級機理與以前不同的以 o - sepa 型為代表的 第

14、三代高效分級機, 其分級效率和精度已有很大提高,利于增產(chǎn)節(jié)能。 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 2 空氣分級機按是否具有運動部件可劃分為兩大類，靜態(tài)分級機:分級機中 無運動部件，如重力分級機、慣性分級機、旋風分離器、螺旋線式氣流分級機 和射流分級機等。這類分級機構(gòu)造簡單，不需動力，運行成本低。操作及維護 較方便，但分級精度不高，不適于精密分級。動態(tài)分級機:分級機中具有運動 部件，為得到較為穩(wěn)定的分級力場，通常采用二種方法:一是利用顆粒本身的重 力與顆粒所受到的氣體阻力形成分級力場對物料進行分級;另一種做法是在分級 區(qū)內(nèi)建立較強的離心力場，使顆粒在受到氣體阻力的同時，還受到離心力的作

15、用，通過二者之間的平衡來達到分級物料的目的。前者因采用重力場進行分級， 分級力場強度較弱，不能得到較好的分級效果;后者的分級力場強度大且可調(diào)， 可得到更小的切割粒徑及更好的分級效果，因此在高效率的分級設備中常采用 該方式，此種分級設備稱為強制渦離心分級機 自 1885 年英國人發(fā)明第一臺動態(tài)空氣分級機以來，分級技術有了很大的發(fā) 展。其發(fā)展歷程就其工作原理而言，可概括為三個階段。第一階段為以離心分 級原理設計的離心式分級機，又稱內(nèi)部循環(huán)式分級機，其代表為德國普費佛 （pfeiffer）公司生產(chǎn)的離心式空氣分級機。后來雖幾經(jīng)改進，但在分級原理及 結(jié)構(gòu)上沒有重大突破，通稱為第一代分級機。 第二階段為

16、旋風式分級機，又稱外部循環(huán)式分級機，是由德國洪堡維格 達(humboldt.vedag)公司在 20 世紀 60 年代發(fā)明的，較離心式分級機分級性能有 了較大的提高，稱為第二代分級機。 第三階段為渦流式分級機，渦流空氣分級機結(jié)構(gòu)和分級原理與離心式分級 機、旋風式分級機完全不同，具有分級效率高、節(jié)能的特點，故稱為第三代分 級機降。它保留了旋風選粉機物料分散和機外風機循環(huán)氣流機內(nèi)分級的優(yōu)點， 增加了機內(nèi)籠型轉(zhuǎn)子分級和機外以袋收塵器濾袋過濾為主的細粉收集裝置，從 而改變了機內(nèi)選粉原理，并大幅度的提高了選粉機的處理能力、選粉效率和細 粉收集能力。它大量地利用機外冷空氣，降低機內(nèi)物料溫度，可將出磨高濃度

17、 含塵氣體或其它輔助設備排放的含塵氣體直接引入選粉機，簡化了粉磨系統(tǒng)， 也有利于磨內(nèi)風速的提高，降低粉磨電耗，增加磨機產(chǎn)量。 我國于 1986 年從日本小野田公司引進了 osepa 分級機的設計與制造技術。 20 世紀 90 年代初，一些地方設計院所應用這一技術原理及推出的技術數(shù)據(jù)， 借鑒國外的外型結(jié)構(gòu)資料，開發(fā)了無耐磨材料的小型渦流空氣分級機。 目前，在工業(yè)上應用的幾種主要干式精細分級機是:日本細川公司的 ms、mss 型氣流分級機及其類似設備、德國 alpine 公司的 atp 單輪或多輪 渦輪式分級機以及 lhb 型渦輪式分級機。這些干式精細分級機基本上都是與相 應的機械沖擊式超細粉磨機

18、或氣流磨配套使用的，其分級粒徑可以在較大的范 圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，其中 ms 型及其類似設備的分級產(chǎn)品細度可達 d97=10m 左右， mss 和 atp 型及其類似分級機的分級產(chǎn)品細度可達 d97=56m 左右。依據(jù)分 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 3 級機規(guī)格或尺寸的不同，單機處理能力從每小時幾十公斤至十噸左右不等。 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 4 第二章第二章 渦流空氣分級機的分類渦流空氣分級機的分類 渦流空氣分級機采用水平渦流作為顆粒分散和分級手段，然后采用高速旋 轉(zhuǎn)的籠形轉(zhuǎn)子分選。根據(jù)自身特點有如表 11 所示分類。 表 11 渦流空氣分級機的分類及性能 渦流空氣

19、分級機分類形式分級粒徑/m處理能力/(kg/h) acucut 式0.5600.52000 tc 式0.5301050分級室回轉(zhuǎn)型 atp 式215025000 mps2.560206000 葉片回轉(zhuǎn)型 mss15051500 顆?；剞D(zhuǎn)型osepa 式1051500 2.1 分級室回轉(zhuǎn)型分級機分級室回轉(zhuǎn)型分級機 2.1.1 acucut 型分級機型分級機 該分級機最早由美國 donaldson 公司開發(fā)生產(chǎn)的，迄今有 20 年的歷史。 結(jié)構(gòu)及原理如圖 1 所示。其中:中間部分為分級轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外側(cè)是固定壁，上下 蓋板將分級室密封。轉(zhuǎn)軸上段空心軸作為細粉出口，下段實心軸裝有皮帶輪， 由電機帶動旋轉(zhuǎn)

20、，轉(zhuǎn)子由上下轉(zhuǎn)盤和葉片構(gòu)成，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成離心力場同時在 空心部分產(chǎn)生負壓區(qū)，使氣流隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并沿徑向流向空心軸部，由此構(gòu) 成離心力場與壓力場共同作用的流體流動。分級室內(nèi)顆粒受到流體夾帶的作用， 若顆粒受到徑向夾帶力大于離心力，則顆粒通過細粉出口排出，粗粉由切向出 口排出。該機的特點是分級精度高，切割粒徑可小于 1m，分級粒徑通過調(diào)整 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。最大處理量達 1t/h。此種分級的切割粒徑為 0.560m，分級 精度 d75/d25為 1.31.7，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 5000-7000r/min，粉體處理量為 0.5 2000kg/h。 2.1.2 atp 型分級機型分級機 該機由德國 alp

21、ine 公司研制生產(chǎn)，為一種葉輪轉(zhuǎn)子式分級機。分級葉輪水 平安裝于分級機頂部。被分級的物料先經(jīng)過預選區(qū)，使顆粒完全分散;然后再通 過分級輪分選。故由該分級機得到的產(chǎn)品收率比其它同類產(chǎn)品高得多。該機通 常與流化床式氣流磨或輪碾粉碎機等聯(lián)合使用，為了克服葉輪轉(zhuǎn)速太高所導致 的生產(chǎn)能力下降問題，可將多個小直徑分級葉輪并聯(lián)。水平安裝于分級機或粉 碎機頂部，以提高生產(chǎn)能力并確保獲得較細產(chǎn)品。該分級機的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 5 圖 1 acucut 型分級機 圖 2 atp 型分級機 2.2 葉片回轉(zhuǎn)式分級機葉片回轉(zhuǎn)式分級機 2.2.1 mps 分級機分級機 如圖

22、3 所示，該機由給料管、調(diào)節(jié)管、調(diào)節(jié)環(huán)、分級渦輪及傳動裝置、閉 風器、中間桶體和下錐體組成。它利用離心力場進行分級，當工作介質(zhì)夾著顆 粒進入分級室后，顆粒受到渦輪葉片離心力以及空氣阻力、重力等三維力場作 用，在該力場中，通過調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)風量等參數(shù)來調(diào)整其分級點，從而 實現(xiàn)微細物料與粗物料的分級。該型機的特點是:分級物料范圍廣，在 214m 之間任意調(diào)整分級點;適合于纖維狀、薄片狀、球狀、似球狀、塊狀、管狀等各 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 6 種干法微細分級;分級精度高，產(chǎn)品粒度分布狹窄，可與各種干式分級設備配套 使用。 1轉(zhuǎn)軸;2細粉出口;3分級葉輪;4圓柱型殼體:5氣流分

23、布錐; 6二次氣流入口;7可調(diào)管;8給料管;9粗粒出口 圖 3 mps 型分級機 1 下部錐體, 2 風柵葉片, 3 分級室, 4 分級轉(zhuǎn)子, 5 給料閥, 6 軸, 7 細粉出口。8 三次風進口,9 二次風進口,10 調(diào)隙錐,11 粗粉出口 圖 4 mss 型分級機 2.2.2 mss 分級機分級機 mss 分級機如圖 4 所示，是一種具有切割粒徑小至 lm 的精密分級機，在 原料和一次空氣切向進入上部分級區(qū)之后，空氣及細粉經(jīng)過圓錐臺形導向板和 細顆粒出口進入過濾器，粗顆粒通過一個導向葉片被由分級區(qū)底部切向?qū)氲?長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 7 二次空氣分散。三次空氣可強化分級

24、機對被分級物料的分散和分級作用，使分 散和分級作用反復進行，因而有助于提高分級精度和分級效率。這種分級機特 點是:分級粒度細，可在 12m 范圍內(nèi)進行分級;分級精度高，粒度分布窄;分級 粒度范圍在 230m。其分級處理能力為 501500kg/h，空氣量為 15150m3/min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 8002300r/min，在高的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下可使 d97 fu，迫使其隨氣流 流向轉(zhuǎn)籠中心，并經(jīng)出風口排出機內(nèi)，經(jīng)集料器收集。對于粗顆粒，frfu，迫 使其背離轉(zhuǎn)籠中心運動，一邊旋轉(zhuǎn)一邊下降落入底部的錐形粗料收集錐內(nèi)排出， 從而完成顆粒的分離分級。 在作了如下三條假設后，(1)顆粒切向速度與轉(zhuǎn)籠葉片圓周速度

25、相同;(2)顆粒 徑向速度為零;(3)顆粒為球形等，研究者結(jié)合試驗推導出了適用于渦流式空氣分 級機的理論切割粒徑公式，更有研究者將分級機結(jié)構(gòu)的細節(jié)因素都考慮在內(nèi)。 總之，這些理論成果為進一步提高分級的性能奠定了良好的基礎。 )( 3 )( 9 22 50 pp h q rhr q d hrn q d p .)2.( .10537 . 6 3 5 3 4 3 2 5 50 222 50 )(2 9 rnhzb q d p 2 1 2 1 22 50 ) 2 2 ( )cos4( 18 z r rl q k grn d p 5.3 流場模擬的研究：流場模擬的研究： 渦流空氣分級機中，環(huán)形區(qū)(轉(zhuǎn)籠外

26、邊緣和導風葉片內(nèi)邊緣之間的環(huán)形空間) 的流場可以借助于傳統(tǒng)的流體測量儀器檢測，而轉(zhuǎn)籠葉片間的流場分布，五孔 球形測針和熱線風速儀都無法測量。目前，對這部分流場的研究主要是采用 phoenics 等軟件，對這部分區(qū)域的流場進行數(shù)值模擬。 孫國剛等人用智能型五孔球形測針測量了渦輪式分級機的流場，結(jié)果得出 渦輪式分級機內(nèi)是一種復雜的多區(qū)旋轉(zhuǎn)流場，分級輪附近氣流旋轉(zhuǎn)速度比分級 輪外緣的旋轉(zhuǎn)線速度低許多，進入分級輪的徑向速度非常不均勻。根據(jù)實測的 流場結(jié)果，取分級圓半徑略大于分級輪外緣半徑，可得到與實驗值較一致的切 割粒徑。 徐政等人對影響分級機的主要工藝因素渦輪轉(zhuǎn)速和風量對葉片間流場的影 響進行了數(shù)值

27、模擬研究，并研究了流場對渦輪式分級機分級性能的影響。結(jié)果 得出轉(zhuǎn)速增加，葉片間流場渦流化程度增大，不利于粉體的精細分級;但另一方 面，葉輪轉(zhuǎn)速增加使葉片間顆粒所受的離心力增大，分級粒徑降低。因此，需 要綜合考慮轉(zhuǎn)速對分級性能的影響，而不是簡單地增加轉(zhuǎn)速以達到超細分級的 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 18 目的。 黎國華等研究了渦輪分級機內(nèi)腔流場，針對 fw 1 so 型強制渦臥式渦輪分 級機的內(nèi)腔流場，利用最新的計算流體動力學(cfd)技術，建立起分級機葉片間 的三維旋轉(zhuǎn)流場模型，分別進行了葉片形狀為直型和帶后彎導板型時的數(shù)值模 擬計算。結(jié)果表明，當采用后彎導板的葉片形狀時，混合氣

28、流通過兩葉片間流 場會產(chǎn)生一種正方向的渦旋，它以抵消使用直葉片時由于渦輪高速旋轉(zhuǎn)而不能 克服的附加反方向渦旋，從而使流場更加穩(wěn)定，容易形成整流。為開發(fā)適合微 米級的高效精密分級機提供了一定的理論依據(jù)。 劉家祥等依據(jù)湍流基本概念和渦頻譜基本理論，討論了渦流空氣分級機內(nèi) 不同頻率、不同尺度的湍流渦對物料分散和分級精度的影響，提出高頻脈動的 小尺寸湍渦有利于團聚體解聚、粉料的分散，能提高物料分級精度和分級效率。 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 19 第六章第六章 結(jié)結(jié) 論論 渦流空氣分級機是礦物加工、建材(如水泥)、化工、糧食加工、食品、醫(yī) 藥等行業(yè)干法粉體制備系統(tǒng)中最為重要的設備之一。分

29、級機性能的好壞，不但 決定著產(chǎn)品質(zhì)量，同時也明顯影響著系統(tǒng)能耗。當前各行各業(yè)對粉料的要求越 來越高，因而對分級設備提出了更高的要求，不僅要求節(jié)能和分級效率高，而 且要求成品的顆粒級別滿足特定的要求。 渦流空氣分級機作為第三代分級機，它比之前兩代的分級機不僅在分級機 理上有了重大的突破并且在結(jié)構(gòu)上也有了長足的進步。分級精度大大提高，分 級范圍可調(diào)性變大，占地空間變小，耗電量減少，在分級機領域里已經(jīng)達到了 一個高峰。然而渦流空氣分級機不是完美無缺的，在很多地方乃需要改進提高。 本文論述了渦流空氣分級機在實際使用中的不足之處，并相應的提出了解決的 方法。由于渦流空氣分級機結(jié)果復雜，流場運動復雜，目前

30、對其分級機理和流 場特性的研究還不是十分的清楚，所以渦流空氣分級機在實際的應用中還有很 多的限制。渦流空氣分級機與離心式或旋風式選粉機相比，在結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)配置 上有很大差別，且技術要求較高。渦流分級系統(tǒng)是集選粉與除塵于一體，它的 細粉(成品)是依靠一、一級除塵設備收集，產(chǎn)量的高低很大程度取決于除塵設 備的效果。因此，只有系統(tǒng)配置合理，除塵設備選型正確，才能取得理想效果。 長春理工大學畢業(yè)論文長春理工大學畢業(yè)論文 20 參考文獻參考文獻 1 江旭昌. 高效選粉機z . 國家建材局技術情報研究所,1993. 1213. 2 劉家祥,徐德龍. 選粉機技術綜述j . 西安建筑科技大學學報,1996 ,

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