流化床粉尘分级机持料量的控制

流化床粉尘分级机持料量的控制

气固比是气粉操作的重要参数之一。在指定的旋转次数和喷嘴进出口压力下，最佳气固浓度为：最大颗粒平均粒径和颗粒的这种分布。在这一粒度的上下分布中可以是最集中的。对于气流过滤，可以产生最佳的加工率。当添加量过大时，由于气固浓度较低，接触的概率降低，接触的概率明显与粉碎区域的体积浓度（1）有关，体积浓度与添加量有关。当添加量增加到一定范围内时，超过最佳体积浓度，并会严重影响每个颗粒的获得动能，影响颗粒的冲击速度。因此，为了将产品的粒度和产量提高到最佳值，有必要将颗粒的体积和产量降到最佳值。1控制持料量1.1气流粉碎机持料量的确定文献认为:进料速度主要由粉碎区的持料量决定.持料量过小,则粉碎室内颗粒数目较小,颗粒碰撞机会下降,颗粒粒径变大;持料量过大,则粉碎室内的颗粒浓度增加,每个颗粒所获得的动能减少,导致颗粒的有效碰撞变小,颗粒粒径增加,颗粒粒度分布变大,因此寻找最佳持料量是很重要的.Laurence等在AFG100流化床气流粉碎分级机的实验应用中,认为其最佳持料量为200～300g;J.Kolacz利用JMX200,压缩空气耗量656m3/h,对磨料进行了研究,证明最优的持料量为80kg,当持料量减少到40kg时,生产能力降低到原来的50%;同时进一步研究表明,气流粉碎区中的持料量影响着产品料度的稳定性.笔者根据理论分析和大量的工业实验,建立了气流粉碎的持料量与粉碎区的颗粒体积浓度的关系为MH=V(1−ε)ρs+G,(1)ΜΗ=V(1-ε)ρs+G,(1)式中,MH为流化床气流粉碎机的持料量,kg;V为气流粉碎分级区中有效空间体积,m3;(1-ε)为气流粉碎分级区颗粒所占体积与气流所占体积的比值,即Vs/V,气流喷射速度>200m/s时,(1-ε)取为10-2;ρs为固体颗粒的密度,kg/m3;G为流化床气流粉碎区底部填料量,与流化床底部结构有关,kg.气流粉碎取决于颗粒相互碰撞的动能和颗粒的碰撞几率.Rumpf认为:动能随(1-ε)的增大而下降,而颗粒的碰撞几率随(1-ε)的增大而增大.在颗粒速度为10～100m/s的条件下,实验证明当(1-ε)保持在10-4～10-2时,则可兼顾颗粒的动能与颗粒的碰撞几率.1.2密度对持料量的影响图1中LNJ-120型流化床气流磨的工作原理是压缩空气通过Laval喷嘴产生超音速气流,引射加速粉碎区的气固流,在喷嘴喷射的中心区碰撞粉碎,粉碎后的气固流在引风机的负压作用下,向上运动进入分级区,颗粒在气流曳力和分级轮的叶轮旋转产生的离心力作用下进行分级,粗颗粒受到的离心力大,被甩出,而细颗粒则在气流曳力的作用下通过分级叶轮成为产品.表1为LNJ-120型流化床气流粉碎分级机加工不同种类物料的密度和经过大量工业实验所得的底部填料量.底部填料的数值大小与颗粒的粒度、密度及流化床底部结构密切相关.图2即为此设备加工表1中物料时测得的实际持料量与理论计算的持料量.图2为按式(1)理论计算的持料量与实际实验时所测持料量,其中,实际持料量值上的线段为偏离该持料量±10%的数值范围.不难看出,实验测得不同密度的物料其持料量基本分布在理论持料量线的附近,且随着密度的增加实际持料量增大.而密度较小的物料实际持料量要高于理论持料量,密度较大的物料则相反;密度在2.5～3.5g/cm3的物料其实际持料量与理论持料量基本保持一致.这是由于密度较小的物料更容易被气流托起而悬浮,气流粉碎区的气固浓度相对较低,通常需增大持料量,以增加颗粒的碰撞几率;但是密度较小的物料经常会因加料量相对理论值较高而使腔内颗粒体积浓度增大,导致分级机负荷增加,从而加料量在一定程度上受分级机负荷的限制.但当物料密度较大时,颗粒在下部腔体内的气固浓度较高,因此需减少持料量,则实际持料量低于理论持料量.因此,流化床气流粉碎机磨腔中的持料量对粉碎效果和出料粒度的稳定性有重要影响,持料量的大小与气流粉碎机的结构大小、底部形状,粉碎物料的密度和流动参数相关.针对不同的物料和要求,试验最佳持料量是流化床气流磨良好运行的关键.1.3气流粉碎机加料控制方法对流化床气流粉碎分级机进行间断给料时,对产品粒度的实时测量表明,产品的粒度分布极不稳定,尤其是对于d97或d90的指标;将产品改为连续均匀加料后,可以有效地消除产品粒度的波动,提高产品质量,因此对粉碎过程中的测量与自动控制加料,保持流化床粉碎分级机区的持料量是非常关键的.目前,对气流粉碎而言,采用气固浓度传感器控制加料量是可行和有效的,如采用马尔文的Insitec系统,该系统可以测量从静止到超音速流中的0.5～1000μm的颗粒直径和(1～10000)×10-6的气固浓度.但气固浓度传感器价格太贵,在国内市场中难以普遍使用,而电子秤称重控制粉碎区的持料量在大型设备中不好应用,因此寻找合适的加料控制方法是极其重要的.在气流粉碎过程中,随着持料量的增加,颗粒重力压损在整个气流粉碎分级区中的压损增加,使压力损失急剧增加,压损主要由颗粒的重力产生,体积浓度越高压损越大.气流粉碎区的背压高低,可以反映出粉碎流场中的气固比,为了获得最佳的加料速度,本研究采用在流化床的标高0位置,或测定流化床标高0位置与分级区标高1150位置的压差(图1),来间接测量气流粉碎机分级区的气固浓度,前一种方法需要系统其他部分稳定时,测试结果才有效,后一种方法因为压差小,需要更为精确与稳定的测试仪器,测试的负压可以与螺杆加料机的变频器或电磁振动加料机的控制器联动控制加料.这种控制方式已在流能公司的设备中使用,并已在国内外广泛应用.对前一种方法,当其他条件不变时,负压大,说明粉碎区持料量较小,负压小,说明粉碎区持料量大;对后一种方法,压差大说明粉碎区持料量大,压差小说明粉碎区持料量小.当然对某些特殊的物料,也可采用特殊的方法来控制粉碎区的持料量,如碳化硅,当其粉碎时,可以观察到粉碎中心区的火花,火花小,说明加料量小,看不见火花,说明加料量大,若明若暗的火花可能是最适合的持料量情况.这种经验性的料位控制方法已在碳化硅微粉加工行业得以应用.因此,粉碎过程中持料量的测量与自动控制加料亦是气流磨应用的关键.用气流粉碎区的背压高低间接反映出粉碎流场中的持料量是一种经济、可行的方法.1.4气流粉碎的入料粒度进料颗粒粒度分布对气流磨的粉碎能力也有很大影响,是影响处理能力的主要因素之一.进料颗粒粒度应尽可能细.一方面因为粗碎阶段能量消耗小得多,尽量粉碎出细的产品,以降低气流粉碎作业中的能耗.另一方面,D.Eskin等的研究表明:在对喷式气流磨中,50～100μm的颗粒是一个合理的进料粒度范围.超过200μm的颗粒不能够被气流有效地加速.虽然流化床气流磨对几个毫米以下的入料粒度无限制,但在实际进行中,最好还是对入料进行控制,文献给出了气流粉碎比能与产品细度的关系,说明太粗的颗粒由于不能得以充分的加速而导致粉碎效率不高.一般流化床气流磨的加料最好控制在100μm以下,但也不能太小.颗粒小易于加速,但增加到最大速度后的速度衰减也越快,同时太小的颗粒,在进入粉碎区时,气流粉碎中心的静压迅速上升,会形成气流较大的扩散.如果被粉碎颗粒小(或比重轻),颗粒就有可能根本不能进入粉碎中心,而是在接近粉碎中心之前随气流偏离粉碎中心,或以非常小的能量在粉碎中心外围碰撞,会严重影响颗粒的粉碎效率.采用图3中LNJ-36设备,流量为5.4m3/min,喷嘴入口压力为6.8MPa,加工聚四氟乙烯,在相同的粉碎和分级条件下,连续4次将物料从d90=19.8,11.4,7.8μm降到d90=5.8μm,而d50从7.20,2.92,2.35μm降到2.34μm,可见颗粒的入料粒径越小,粉碎粒度变化越不明显,粉碎的效率逐步降低.因此选择和控制流化床气流粉碎的入料粒度是提高气流粉碎效率的重要因素,气流粉碎的粒度最好在38～100μm之间,当然,还要考虑物料特性和加工粒度的要求.2流化床粉碎分级机内持料量的测量与控制(1)气固比是气流粉碎机的重要操作参数之一.最佳的气固浓度是在给定的转速和喷嘴入口压力下颗粒的平均粒径最小,同时,在这个粒度上下的分布也可能最为集中.因此,加料量必须有一最佳值,才能使产品粒度和产量达到最佳.本文给出并验证了流化床粉碎分级机内持料量的计算公式,持料量的大小与气流粉碎机的结构大小、底部形状,粉碎物料的密度和流动参数等相关.实验测得不同密度的物料其持料量基本分布在理论持料量线的附近,且实际持料量随着密度增加而增大