流化床粉塵分級機(jī)持料量的控制

流化床粉塵分級機(jī)持料量的控制

氣固比是氣粉操作的重要參數(shù)之一。在指定的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和噴嘴進(jìn)出口壓力下，最佳氣固濃度為：最大顆粒平均粒徑和顆粒的這種分布。在這一粒度的上下分布中可以是最集中的。對于氣流過濾，可以產(chǎn)生最佳的加工率。當(dāng)添加量過大時，由于氣固濃度較低，接觸的概率降低，接觸的概率明顯與粉碎區(qū)域的體積濃度（1）有關(guān)，體積濃度與添加量有關(guān)。當(dāng)添加量增加到一定范圍內(nèi)時，超過最佳體積濃度，并會嚴(yán)重影響每個顆粒的獲得動能，影響顆粒的沖擊速度。因此，為了將產(chǎn)品的粒度和產(chǎn)量提高到最佳值，有必要將顆粒的體積和產(chǎn)量降到最佳值。1控制持料量1.1氣流粉碎機(jī)持料量的確定文獻(xiàn)認(rèn)為:進(jìn)料速度主要由粉碎區(qū)的持料量決定.持料量過小,則粉碎室內(nèi)顆粒數(shù)目較小,顆粒碰撞機(jī)會下降,顆粒粒徑變大;持料量過大,則粉碎室內(nèi)的顆粒濃度增加,每個顆粒所獲得的動能減少,導(dǎo)致顆粒的有效碰撞變小,顆粒粒徑增加,顆粒粒度分布變大,因此尋找最佳持料量是很重要的.Laurence等在AFG100流化床氣流粉碎分級機(jī)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中,認(rèn)為其最佳持料量為200～300g;J.Kolacz利用JMX200,壓縮空氣耗量656m3/h,對磨料進(jìn)行了研究,證明最優(yōu)的持料量為80kg,當(dāng)持料量減少到40kg時,生產(chǎn)能力降低到原來的50%;同時進(jìn)一步研究表明,氣流粉碎區(qū)中的持料量影響著產(chǎn)品料度的穩(wěn)定性.筆者根據(jù)理論分析和大量的工業(yè)實(shí)驗(yàn),建立了氣流粉碎的持料量與粉碎區(qū)的顆粒體積濃度的關(guān)系為MH=V(1?ε)ρs+G,(1)ΜΗ=V(1-ε)ρs+G,(1)式中,MH為流化床氣流粉碎機(jī)的持料量,kg;V為氣流粉碎分級區(qū)中有效空間體積,m3;(1-ε)為氣流粉碎分級區(qū)顆粒所占體積與氣流所占體積的比值,即Vs/V,氣流噴射速度>200m/s時,(1-ε)取為10-2;ρs為固體顆粒的密度,kg/m3;G為流化床氣流粉碎區(qū)底部填料量,與流化床底部結(jié)構(gòu)有關(guān),kg.氣流粉碎取決于顆粒相互碰撞的動能和顆粒的碰撞幾率.Rumpf認(rèn)為:動能隨(1-ε)的增大而下降,而顆粒的碰撞幾率隨(1-ε)的增大而增大.在顆粒速度為10～100m/s的條件下,實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)(1-ε)保持在10-4～10-2時,則可兼顧顆粒的動能與顆粒的碰撞幾率.1.2密度對持料量的影響圖1中LNJ-120型流化床氣流磨的工作原理是壓縮空氣通過Laval噴嘴產(chǎn)生超音速氣流,引射加速粉碎區(qū)的氣固流,在噴嘴噴射的中心區(qū)碰撞粉碎,粉碎后的氣固流在引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用下,向上運(yùn)動進(jìn)入分級區(qū),顆粒在氣流曳力和分級輪的葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下進(jìn)行分級,粗顆粒受到的離心力大,被甩出,而細(xì)顆粒則在氣流曳力的作用下通過分級葉輪成為產(chǎn)品.表1為LNJ-120型流化床氣流粉碎分級機(jī)加工不同種類物料的密度和經(jīng)過大量工業(yè)實(shí)驗(yàn)所得的底部填料量.底部填料的數(shù)值大小與顆粒的粒度、密度及流化床底部結(jié)構(gòu)密切相關(guān).圖2即為此設(shè)備加工表1中物料時測得的實(shí)際持料量與理論計(jì)算的持料量.圖2為按式(1)理論計(jì)算的持料量與實(shí)際實(shí)驗(yàn)時所測持料量,其中,實(shí)際持料量值上的線段為偏離該持料量±10%的數(shù)值范圍.不難看出,實(shí)驗(yàn)測得不同密度的物料其持料量基本分布在理論持料量線的附近,且隨著密度的增加實(shí)際持料量增大.而密度較小的物料實(shí)際持料量要高于理論持料量,密度較大的物料則相反;密度在2.5～3.5g/cm3的物料其實(shí)際持料量與理論持料量基本保持一致.這是由于密度較小的物料更容易被氣流托起而懸浮,氣流粉碎區(qū)的氣固濃度相對較低,通常需增大持料量,以增加顆粒的碰撞幾率;但是密度較小的物料經(jīng)常會因加料量相對理論值較高而使腔內(nèi)顆粒體積濃度增大,導(dǎo)致分級機(jī)負(fù)荷增加,從而加料量在一定程度上受分級機(jī)負(fù)荷的限制.但當(dāng)物料密度較大時,顆粒在下部腔體內(nèi)的氣固濃度較高,因此需減少持料量,則實(shí)際持料量低于理論持料量.因此,流化床氣流粉碎機(jī)磨腔中的持料量對粉碎效果和出料粒度的穩(wěn)定性有重要影響,持料量的大小與氣流粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)大小、底部形狀,粉碎物料的密度和流動參數(shù)相關(guān).針對不同的物料和要求,試驗(yàn)最佳持料量是流化床氣流磨良好運(yùn)行的關(guān)鍵.1.3氣流粉碎機(jī)加料控制方法對流化床氣流粉碎分級機(jī)進(jìn)行間斷給料時,對產(chǎn)品粒度的實(shí)時測量表明,產(chǎn)品的粒度分布極不穩(wěn)定,尤其是對于d97或d90的指標(biāo);將產(chǎn)品改為連續(xù)均勻加料后,可以有效地消除產(chǎn)品粒度的波動,提高產(chǎn)品質(zhì)量,因此對粉碎過程中的測量與自動控制加料,保持流化床粉碎分級機(jī)區(qū)的持料量是非常關(guān)鍵的.目前,對氣流粉碎而言,采用氣固濃度傳感器控制加料量是可行和有效的,如采用馬爾文的Insitec系統(tǒng),該系統(tǒng)可以測量從靜止到超音速流中的0.5～1000μm的顆粒直徑和(1～10000)×10-6的氣固濃度.但氣固濃度傳感器價格太貴,在國內(nèi)市場中難以普遍使用,而電子秤稱重控制粉碎區(qū)的持料量在大型設(shè)備中不好應(yīng)用,因此尋找合適的加料控制方法是極其重要的.在氣流粉碎過程中,隨著持料量的增加,顆粒重力壓損在整個氣流粉碎分級區(qū)中的壓損增加,使壓力損失急劇增加,壓損主要由顆粒的重力產(chǎn)生,體積濃度越高壓損越大.氣流粉碎區(qū)的背壓高低,可以反映出粉碎流場中的氣固比,為了獲得最佳的加料速度,本研究采用在流化床的標(biāo)高0位置,或測定流化床標(biāo)高0位置與分級區(qū)標(biāo)高1150位置的壓差(圖1),來間接測量氣流粉碎機(jī)分級區(qū)的氣固濃度,前一種方法需要系統(tǒng)其他部分穩(wěn)定時,測試結(jié)果才有效,后一種方法因?yàn)閴翰钚?需要更為精確與穩(wěn)定的測試儀器,測試的負(fù)壓可以與螺桿加料機(jī)的變頻器或電磁振動加料機(jī)的控制器聯(lián)動控制加料.這種控制方式已在流能公司的設(shè)備中使用,并已在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用.對前一種方法,當(dāng)其他條件不變時,負(fù)壓大,說明粉碎區(qū)持料量較小,負(fù)壓小,說明粉碎區(qū)持料量大;對后一種方法,壓差大說明粉碎區(qū)持料量大,壓差小說明粉碎區(qū)持料量小.當(dāng)然對某些特殊的物料,也可采用特殊的方法來控制粉碎區(qū)的持料量,如碳化硅,當(dāng)其粉碎時,可以觀察到粉碎中心區(qū)的火花,火花小,說明加料量小,看不見火花,說明加料量大,若明若暗的火花可能是最適合的持料量情況.這種經(jīng)驗(yàn)性的料位控制方法已在碳化硅微粉加工行業(yè)得以應(yīng)用.因此,粉碎過程中持料量的測量與自動控制加料亦是氣流磨應(yīng)用的關(guān)鍵.用氣流粉碎區(qū)的背壓高低間接反映出粉碎流場中的持料量是一種經(jīng)濟(jì)、可行的方法.1.4氣流粉碎的入料粒度進(jìn)料顆粒粒度分布對氣流磨的粉碎能力也有很大影響,是影響處理能力的主要因素之一.進(jìn)料顆粒粒度應(yīng)盡可能細(xì).一方面因?yàn)榇炙殡A段能量消耗小得多,盡量粉碎出細(xì)的產(chǎn)品,以降低氣流粉碎作業(yè)中的能耗.另一方面,D.Eskin等的研究表明:在對噴式氣流磨中,50～100μm的顆粒是一個合理的進(jìn)料粒度范圍.超過200μm的顆粒不能夠被氣流有效地加速.雖然流化床氣流磨對幾個毫米以下的入料粒度無限制,但在實(shí)際進(jìn)行中,最好還是對入料進(jìn)行控制,文獻(xiàn)給出了氣流粉碎比能與產(chǎn)品細(xì)度的關(guān)系,說明太粗的顆粒由于不能得以充分的加速而導(dǎo)致粉碎效率不高.一般流化床氣流磨的加料最好控制在100μm以下,但也不能太小.顆粒小易于加速,但增加到最大速度后的速度衰減也越快,同時太小的顆粒,在進(jìn)入粉碎區(qū)時,氣流粉碎中心的靜壓迅速上升,會形成氣流較大的擴(kuò)散.如果被粉碎顆粒小(或比重輕),顆粒就有可能根本不能進(jìn)入粉碎中心,而是在接近粉碎中心之前隨氣流偏離粉碎中心,或以非常小的能量在粉碎中心外圍碰撞,會嚴(yán)重影響顆粒的粉碎效率.采用圖3中LNJ-36設(shè)備,流量為5.4m3/min,噴嘴入口壓力為6.8MPa,加工聚四氟乙烯,在相同的粉碎和分級條件下,連續(xù)4次將物料從d90=19.8,11.4,7.8μm降到d90=5.8μm,而d50從7.20,2.92,2.35μm降到2.34μm,可見顆粒的入料粒徑越小,粉碎粒度變化越不明顯,粉碎的效率逐步降低.因此選擇和控制流化床氣流粉碎的入料粒度是提高氣流粉碎效率的重要因素,氣流粉碎的粒度最好在38～100μm之間,當(dāng)然,還要考慮物料特性和加工粒度的要求.2流化床粉碎分級機(jī)內(nèi)持料量的測量與控制(1)氣固比是氣流粉碎機(jī)的重要操作參數(shù)之一.最佳的氣固濃度是在給定的轉(zhuǎn)速和噴嘴入口壓力下顆粒的平均粒徑最小,同時,在這個粒度上下的分布也可能最為集中.因此,加料量必須有一最佳值,才能使產(chǎn)品粒度和產(chǎn)量達(dá)到最佳.本文給出并驗(yàn)證了流化床粉碎分級機(jī)內(nèi)持料量的計(jì)算公式,持料量的大小與氣流粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)大小、底部形狀,粉碎物料的密度和流動參數(shù)等相關(guān).實(shí)驗(yàn)測得不同密度的物料其持料量基本分布在理論持料量線的附近,且實(shí)際持料量隨著密度增加而增大