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氣流粉碎機用蒸汽加料器設(shè)計參數(shù)研究


    我們在文獻中已經(jīng)對適用于氣流粉碎機、以壓縮空氣為工作介質(zhì)的氣力加料器的設(shè)計計算理論及工程實踐作了詳細的研究,為設(shè)計氣流粉碎機的氣力加料器提供了可靠的方法。在此基礎(chǔ)上,本文將對適用于氣流粉碎機的以過熱蒸汽為工質(zhì)的氣力加料器(簡稱蒸汽加料器)的設(shè)計理論作進一步研究,以便提供一個蒸汽加料器的設(shè)計方法。       以過熱蒸汽為工質(zhì)的氣流粉碎機最大優(yōu)點在于具有極大的粉碎力,可提高產(chǎn)品的細度,尤其適用于難以粉碎的非熱敏性物料,如氧化鈦、硅藻土、無煙煤、滑石、炭黑、云母、方解石及氧化鋁等難以粉碎的高表面能的物料;而以壓縮空氣為工質(zhì)的氣流粉碎工藝難以得到令人滿足的細度,單位能耗也較高。       以過熱蒸汽為工質(zhì)的氣流粉碎機設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一在于合理設(shè)計蒸汽加料器。這是因為蒸汽工質(zhì)與引射物在加料器中要進行動量傳遞、能量轉(zhuǎn)化及工質(zhì)與引射物的混合等一系列復(fù)雜的變化過程,蒸汽工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)會發(fā)生迅速劇烈的變化,過熱蒸汽有可能轉(zhuǎn)化成飽和蒸汽或濕蒸汽,尤其是最初和固體物料接觸的蒸汽工質(zhì)最易變?yōu)闈裾羝麪顟B(tài),使部分物料變濕而易于粘壁,使加料器通道變窄,導(dǎo)致其引射功能逐漸減弱,最終完全不能進料。雖然引起粘壁的原因是多樣的、復(fù)雜的,如粉體的極性、分子附著力及超細粉體的二次凝聚等的協(xié)同作用,但從宏觀角度看,維持加料器中的蒸汽始終處于干蒸汽狀態(tài),是蒸汽加料器設(shè)計最需要注意的。       1蒸汽加料器的特點       蒸汽加料器和以壓縮空氣為工質(zhì)的氣力加料器雖同屬氣力輸送噴射器,有著相同的內(nèi)部形狀及相同的工作原理,但因工作介質(zhì)及工作溫度的不同,蒸汽加料器必然有自己的特點,特別是由不同材質(zhì)構(gòu)成的加料器組件需頻繁地經(jīng)歷從常溫到高溫(400℃)的變化,這就要求蒸汽加料器必須有自己獨特的設(shè)計方法及特有的部件構(gòu)造。       1.1蒸汽加料器的基本原理與主要參數(shù)       本文借用文獻的圖1作為蒸汽加料器的原理圖,因為蒸汽加料器與以壓縮空氣為工質(zhì)的氣力加料器內(nèi)部腔體形狀基本相同,它們的工作原理也基本一樣。但過熱蒸汽與壓縮空氣之間的顯著差別使得它們的設(shè)計公式及有關(guān)參數(shù)有不同的表達。本文正是要研究它們的共同點及不同點,以便為蒸汽加料器提供正確的工程設(shè)計方法。         本文所應(yīng)用的符號定義與文獻完全相同,不作新規(guī)定,但新出現(xiàn)的參數(shù)符號除外。       1.2不同工質(zhì)在工作噴嘴出口處的速度       選取Laval型噴嘴作氣力加料器工作噴嘴,并分別算出以壓縮空氣作工質(zhì)及以弧形振動篩過熱蒸汽作工質(zhì)的噴嘴出口速度,以比較二者的大小。       1.2.1壓縮空氣工質(zhì)噴嘴出口速度     (1)     式中,空氣k=1.4。       對氣流粉碎機如不計工作流體在進氣口的速度w大傾角帶式輸送機p,移動式皮帶輸送機可取p振網(wǎng)篩0≈旋振篩p環(huán)錘式破碎機p=0.對輥機85MPa,T振動放礦機0≈提升機械T鏈斗提升機1=29皮帶給煤機3K,p篩分機械p1=0.1MPa,則由式(輸送皮帶1)可得w礦用破碎機p1=519m/s。       1.2.2過熱蒸汽工質(zhì)噴嘴出口速度 &化工振動篩nbsp;   wp1=[2(i0-ip1)]1/2  (2)       如選一般的工業(yè)鍋爐,易取p0=pp=1.2MPa,tp=350℃則i0=3151kJ/kg,可設(shè)定pp1=0.16MPa,tp1=160℃,則ip1=2792kJ/kg。將i0及ip1值代入式(2),可得wp1=847m/s。       比較由式(1)、式(2)得出的自工作噴嘴出口的速度,可見過熱蒸汽比壓縮空氣的大了63%,而單位工質(zhì)的動能更大了1.67倍,使加料器引射能力大大提高。同樣,粉碎機的粉碎噴嘴出口速度也一樣增大,粉碎力提高,有利于物料的超細粉碎。這些正是以過熱蒸汽作為氣流粉碎機工質(zhì)的主要優(yōu)點。       如果把電能當作二次能源,則蒸汽便為一次能源,經(jīng)氣固分離后的余氣中的余能還可再用作生產(chǎn)或生活,可以有效提高能量利用率,降低單位能耗。實踐證明,一個有規(guī)模的以過熱蒸汽為工質(zhì)的氣流粉碎系統(tǒng)不但有理想的粉碎力和產(chǎn)量,同時還可節(jié)能約40%。       2蒸汽加料器的構(gòu)造特點       蒸汽加料器一般在常溫到400℃的溫度下工作,這種溫度變化在氣流粉碎機開始工作預(yù)熱階段或粉碎結(jié)束停機階段表現(xiàn)尤為劇烈。氣流粉碎機和加料器通常襯以堅硬耐磨的剛玉內(nèi)襯,巨大的溫度變化必然使不同材質(zhì)的內(nèi)襯與金屬外殼產(chǎn)生很大的熱膨脹差異。圖1表示在JGM-Q 系列中采用的一種結(jié)構(gòu),已經(jīng)經(jīng)受了長期的運行考驗。由圖1可見,將加料器的接受室和混合室內(nèi)襯做成一體化的剛玉件。無論是工作噴嘴還是混合室均以耐高溫且有一定彈性的密封墊片1、4、5、6、7、8與金屬外殼相壓緊固定,而不采用常溫時傳統(tǒng)的粘結(jié)工藝,這使金屬外殼和剛玉內(nèi)襯在溫度變化時能自由伸縮,釋放熱應(yīng)力。蒸汽加料器具有常溫工作的氣力加料器同樣的調(diào)節(jié)手段,可確保其有良好的工作狀態(tài)。       3引射系數(shù)及幾何尺寸的確定       文獻已經(jīng)對適用于氣流粉碎機的以壓縮空氣為工質(zhì)的氣力加料器的設(shè)計理論作了詳盡的研究,在蒸汽加料器設(shè)計時必須考慮蒸汽的行為特點,同時還要考慮到過熱蒸汽作工質(zhì)時,蒸汽加料器出口的混合流體中含兩種氣體(空氣和水蒸汽)和一種固體,而非壓縮空氣作工質(zhì)時含一種氣體和一種固體的工況,故有關(guān)比容及引射物料的溫度則要以下列方法求取。       3.1蒸汽加料器各比容的確定       工作介質(zhì)蒸汽在加料器中各處的比容及比焓均可從水蒸汽圖表中直接查取,它們是vp、vp3、vpm及ip、ipm,有別于空氣作工質(zhì)的情況。       引射介質(zhì)中的氣體在蒸汽加料器出口的比容     v1,gm=RTm/pm (3)     混合流體中的氣體在加料器出口處的比容     vm,g=(vpm+v1,gmug)/(1+ug) (4)     引射介質(zhì)中的氣體在截面3處比容     (5)     混合流體在截面3上的比容     v3=(vp3+v1,g3ug+v1,sus)/(1+u) (6)       將以上方法確定的比容及比焓值代入文獻的有關(guān)公式,便可以確定蒸汽加料器的引射系數(shù)及各幾何尺寸,從工程應(yīng)用的角度,這種計算方法已足夠精確了,我們的工程實踐結(jié)果也很令人滿意。       3.2引射介質(zhì)的預(yù)熱       需要特別注意的是,蒸汽加料器的設(shè)計及運行要確保加料器中物料始終處于干燥狀態(tài),避免物料受潮粘壁結(jié)垢而使流道堵塞。所以,在蒸汽加料器進行設(shè)計計算時,必須驗證是否要對引射流體進行預(yù)熱,確定預(yù)熱引射流體需附加的功率N(J/s)及引射流體應(yīng)達到的最低溫度t1,min。       引射流體所需的最小附加功率      (7)     式中,(cp)s及(cp)g分別為引射介質(zhì)中固體及氣體的比熱容,J/(kg·℃)。       引射流體應(yīng)達到的最低溫度      (8)       利用式(7)、式(8)可分別得到Ⅳ 及t1,min值,可以此判斷是否需要對引射流體進行預(yù)加熱,以保證混合室中蒸汽始終處于干蒸汽狀態(tài)。具體的判斷準則是:       N>0或t1,min>t。,則需對引射流體進行預(yù)熱;     N≤0或t1,min≤ts,則不必對引射流體進行預(yù)熱。       4結(jié)論       (1)因為適用于氣流粉碎機的以過熱蒸汽為工質(zhì)的氣力加料器的混合物是由兩種性質(zhì)不同的氣體(空氣和水蒸汽)和一種固體所組成,因而在確定相關(guān)比容時需按本文提供的方法,蒸汽加料器引射系數(shù)及有關(guān)幾何尺寸的計算完全可以應(yīng)用文獻中的公式及方法。       (2)以過熱蒸汽為工作介質(zhì)的加料器需避免加料器中物料變濕,應(yīng)始終保持加料器中的蒸汽處于干蒸汽狀態(tài),這對保持加料器的正常工作狀態(tài)十分必要,否則會引起加料器粘壁堵塞,使功能惡化。       (3)應(yīng)用此文介紹的方法設(shè)計制造了JGM-Q系列以過熱蒸汽為工質(zhì)的強力氣流粉碎機,同時也證實了文獻[1]中介紹的3種調(diào)節(jié)手段同樣是有效的。
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