渦流空氣分級機(jī)在固硫灰渣超細(xì)化中的應(yīng)用

梁海龍，趙耀芳

（1.中北大學(xué)朔州校區(qū)，山西朔州036000；

2.山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西朔州036000）

渦流空氣分級機(jī)在固硫灰渣超細(xì)化中的應(yīng)用

梁海龍1，趙耀芳2

（1.中北大學(xué)朔州校區(qū)，山西朔州036000；

2.山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西朔州036000）

隨著固硫灰渣的超細(xì)化應(yīng)用越來越廣泛，對于超細(xì)粉碎分級技術(shù)的要求也越來越高。為了提高固流灰渣的利用率以及利用范圍，同時(shí)為固流灰渣的無害化和資源再利用提供新方向，本文研究了應(yīng)用在超細(xì)粉碎分級中的渦流空氣分級技術(shù)。

分級；固硫灰渣；超細(xì)

隨著循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣，固硫灰渣的排放量急劇增大，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前固硫灰渣年生產(chǎn)量約為8 000萬噸［1］，循環(huán)流化床固硫灰渣利用受限，主要以堆放形式為主，嚴(yán)重污染環(huán)境，制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而超細(xì)粉碎分級技術(shù)能實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的無害化和資源再利用化，隨著超細(xì)粉體的廣泛應(yīng)用，對超細(xì)粉體的粒度和純度等方面都有了更高要求，也對超細(xì)粉體的粉碎和分級設(shè)備有了更高的要求。本文針對應(yīng)用在超細(xì)粉碎分級中的渦流空氣分級技術(shù)進(jìn)行研究，以期為固流灰渣的無害化和資源再利用提供新方向。

1　超細(xì)分級技術(shù)的研究進(jìn)展

分級設(shè)備的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，隨后日本、德國等國家開展了超細(xì)分級技術(shù)的研究并開發(fā)了各種超細(xì)氣流分級機(jī)。我國超細(xì)分級技術(shù)的研究與超細(xì)粉碎技術(shù)同步，90年代以后才有明顯進(jìn)展。

按粒度要求制備超細(xì)粉體過程中容易出現(xiàn)“過粉碎”或“逆粉碎”現(xiàn)象，物料粉碎達(dá)到粉碎極限時(shí)需要及時(shí)將超細(xì)粉分離出去，超細(xì)分級則是超細(xì)粉體技術(shù)的決定因素。超細(xì)分級設(shè)備隨著超細(xì)分級技術(shù)的研究而不斷發(fā)展，空氣分級機(jī)是粉體制備的主要分級設(shè)各，主要有離心式、旋風(fēng)式和禍輪式三種空氣分級機(jī)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在分級理論、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝條件等方面不斷研究空氣分級機(jī)。

國內(nèi)研究巧輪分級機(jī)的學(xué)者有很多，劉家樣為主的學(xué)者主要研究渦流空氣分級機(jī)的轉(zhuǎn)籠葉片和導(dǎo)風(fēng)葉片的直徑、長度、形狀、安裝角度及環(huán)形區(qū)的大小等結(jié)構(gòu)參數(shù)和轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速、風(fēng)速和進(jìn)料速度等工藝條件對分級機(jī)內(nèi)部流場、分級精度和效率的影響。其中，黃強(qiáng)、離麗萍等通過計(jì)算流體力學(xué)軟件Fhient對分級機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行模擬仿真，通過模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)對比，對渦流空氣分級機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的優(yōu)化［2］。

2　渦流空氣分級的原理

如圖1所示結(jié)構(gòu)，空氣和物料從不同的部位進(jìn)入分級機(jī)，空氣氣流從進(jìn)氣口和一次二次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入分級機(jī)，流經(jīng)導(dǎo)流裝置均勻細(xì)化和改變后，進(jìn)入分級機(jī)的旋風(fēng)環(huán)形區(qū)域。

圖1　渦流空氣分級機(jī)的原理

物料從進(jìn)料口經(jīng)料槽進(jìn)入分級機(jī)，經(jīng)過錐狀螺旋分散盤離散均勻后，獲得一定初速度，并與緩沖裝置碰撞，進(jìn)一步離散后進(jìn)入旋風(fēng)環(huán)形區(qū)域，在此區(qū)域與空氣混合形成均勻的氣固兩相流。

在旋風(fēng)分離區(qū)域，氣固兩相流物料顆粒受三個(gè)力形成的合力作用，即氣固兩相流經(jīng)過分級機(jī)中旋風(fēng)裝置產(chǎn)生的向心力，氣固兩相流中固體顆粒螺旋運(yùn)動產(chǎn)生的離心力，以及固相顆粒自身重力。因此，粗顆粒受合力較大在分級裝置的邊緣處分離，細(xì)顆粒受力小處于裝置中心，進(jìn)而將粗細(xì)顆粒分離，細(xì)顆粒隨氣流從分離裝置出口排出，進(jìn)入細(xì)粉收集裝置回收。

粗粉在分離裝置邊緣與裝置邊壁碰撞后沿邊壁下滑進(jìn)入錐形螺旋的粗粉收集裝置中，在粗粉裝置下部設(shè)有三次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，將進(jìn)入粗粉收集裝置中的團(tuán)聚細(xì)粉再次分散，并在三次進(jìn)風(fēng)的作用下再次進(jìn)入分級機(jī)旋風(fēng)分離區(qū)，粗粉從粗粉排出口排出［3］。

3　渦流空氣分級機(jī)存在的問題

（1）進(jìn)料分散度不均

當(dāng)前我國使用的渦流空氣分級機(jī)大部分采用從分級機(jī)側(cè)邊緣進(jìn)料的方式進(jìn)料，物料在撒料裝置和緩沖裝置的雙重作用下進(jìn)行分散進(jìn)入分級機(jī)。但此種方法對于中小型分級機(jī)由于其結(jié)構(gòu)上的限制，進(jìn)料裝置的進(jìn)料口和撒料裝置在結(jié)構(gòu)上位置距離比較接近，造成進(jìn)料分散度不均。

（2）分級區(qū)固相顆粒分布不均

渦流空氣分級機(jī)蝸殼上的兩個(gè)入風(fēng)口水平在同一直線上，分級區(qū)氣固兩相流氣相流體經(jīng)過一次二次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入后，沿著導(dǎo)流葉片切向進(jìn)入環(huán)形分級區(qū)。由于渦流空氣分級機(jī)核心分級區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致分級區(qū)固相顆粒分布不均。

（3）排列角問題

轉(zhuǎn)子帶動導(dǎo)流葉片沿著環(huán)形區(qū)旋轉(zhuǎn)，這樣在分級區(qū)就會產(chǎn)生一個(gè)向心壓力差Δp.導(dǎo)流葉片是壓力差Δp在環(huán)形分級區(qū)的分布是否均勻的主要決定因素，而在制造空氣渦流分級機(jī)的過程中，最容易出現(xiàn)問題的地方就是導(dǎo)流葉片的排列，也就是導(dǎo)流葉片在分級機(jī)殼體內(nèi)的排列是環(huán)周與法線呈一定角度：導(dǎo)流葉片導(dǎo)向角度和導(dǎo)流間隙有大有小，排列角度不均勻，導(dǎo)致壓力差Δp不相等。使用過程中，只能加快轉(zhuǎn)子的速度，才能保證產(chǎn)品的細(xì)度，才能使分級區(qū)內(nèi)的最大Δp合適，但是這樣其它位置的Δp就會偏小，從而整機(jī)的分級效率也就受到了影響。

雖然粗粉收集裝置會對粗粉收集區(qū)團(tuán)聚的細(xì)粉顆粒進(jìn)行離散，但由于三次風(fēng)量有限，細(xì)粉離散程度達(dá)不到預(yù)期，反而將一部分粗粉進(jìn)一步吹入核心分級區(qū)，并破壞核心分級區(qū)的流場穩(wěn)定性，導(dǎo)致分級效果下降［4］。

4　渦流空氣分級機(jī)在固硫灰渣超細(xì)中的應(yīng)用發(fā)展趨勢

隨著超細(xì)粉體的廣泛應(yīng)用，市場對于超細(xì)粉體的粒徑分布也越來越嚴(yán)格，用不同粒徑的粉體生產(chǎn)相對應(yīng)的產(chǎn)品，這對于提高超細(xì)固硫灰渣的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)資源無害化利用有很大的意義。因此，渦流空氣分級機(jī)的分級效率和精度也就成為了急需解決的熱點(diǎn)問題。

隨著超細(xì)粉體細(xì)度的增大，渦流空氣分級機(jī)最顯著的問題就是分級效率急劇下降，因此提高分級機(jī)效率，同時(shí)又不影響精度成為了現(xiàn)階段渦流空氣分級機(jī)的研究趨勢。針對影響分級效率以及分級效果的主要因素（包括粉體間的范德華力、分級粒徑的時(shí)間波動和空間波動燈等），提出以下相應(yīng)措施，針對性的消除或者減輕影響，使得渦流空氣分級機(jī)在超細(xì)粉體中的分級中有良好的分級效果，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（1）減少顆粒間的范德華引力來降低魚鉤效應(yīng)的影響，方法為采用加分散劑或者加強(qiáng)預(yù)分散處理來使顆粒處于充分分散狀態(tài)；

（2）消除分級粒徑的時(shí)間以及空間波動，可以通過改變分級力場的設(shè)計(jì)來平衡不均勻氣流速度場。

（3）避免產(chǎn)生由湍流產(chǎn)生的不規(guī)則結(jié)構(gòu)引起的局部渦流，可以采取改變分級室內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形狀來減少次因素對分級效果的影響。

（4）分級物料的充分混合，可以降低再度混合對分級效果的影響，達(dá)到此效果可以適當(dāng)使用二次風(fēng)以及三次風(fēng)。

5　結(jié)束語

改進(jìn)后的渦流空氣分級機(jī)對于超細(xì)化粉體有著獨(dú)特的優(yōu)勢：氣料混合均勻、分級機(jī)內(nèi)氣料運(yùn)動平穩(wěn)、分級室內(nèi)的分級效率高、維修方便且費(fèi)用低等，可以適應(yīng)市場對于渦流空氣分級機(jī)的需要，使固硫灰渣的超細(xì)使用更加合理、高效。

［1］王沁淘，陳海炎.大型蒸汽動能磨制備超細(xì)固硫灰的工藝［J］.中國粉體技術(shù)，2014，（5）：71-73.

［2］張宇，劉家祥，楊儒.渦流空氣分級機(jī)回顧與展望［J］.中國粉體技術(shù)，2003，（5）：37-41.

［3］林亮.渦流空氣分級機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2014，（10）：164-166.

［4］鄭水林.中國超細(xì)粉碎和精細(xì)分級技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.現(xiàn)代化工，2001，（11）：10-15.

Vortex Air Classifier in the Application of Ultrafine De-Sulfurization Ash

LIANG Hai-long1，ZHAO Yao-fang2
（1.North University of China，Shuozhou Shanxi 036000，China；2.Shanxi Pingshuo Gangue-fired Power Generation Co.，Ltd.，Shuozhou Shanxi 036000，China）

As de-sulfurization ash is finding wider and wider application of ultrafine，to the requirement of the superfine grinding classification technology is becoming more and more high.In order to improve the utilization of solid flow ash and the use range，at the same time as solid flow ash harmless and resource recycling provides a new direction，this paper studies the application of eddy current air classification of ultra-fine grinding classification in technology.

grading；circulating fluidized bed ashes；ultra

TQ051

B

1672-545X（2016）08-0193-02

故障診斷與維修

2016-05-22

梁海龍（1987-），男，山西忻州人，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。