当前技术水平的干式分级设备_吴建明

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料颗粒的分离,其中 10μm 以下的分级为超细分 级。分级的作用是控制粉碎过程的进行和控制最终 产品的粒度,而后者尤其对产品质量有着重要作 用。分级分为湿式和干式分级。物料颗粒在液体媒 介 (一般为水) 中实现分级的称为湿式分级,在气 体媒介 (一般为空气) 中实现的分级称为干式分 级。在水源紧缺和干旱地区,以及工艺过程不允许 存在水的情况下,干式分级是唯一的选择。在严寒 地区,干式分级的应用也不受影响。干式分级节约 了大量的水,还消除了湿式分级后续脱水的问题, 是有效的节能分级方式。 1.2 主要干式分级原理 1.2.1 按粒度分级
德 国 Hosokawa Alpine 公 司 的 Turboplex ATP 涡轮分级机是国际先进产品,采用圆柱形分级轮, 有单轮和多轮设备。该设备的新进展是新一代 NG 型分级轮,利用刚性涡压力损失低的特点,采用以刚 性涡原理工作、具有新的几何形状的叶片 (见图5)。 NG 型分级轮能使物料更好地分散,缩短颗粒在分 级区内的滞留时间。与原分级轮相比,分级所需的压 力差只有原来的一半,鼓风能量可节约 30%~50%。 其分级粒度 d50 最细可达 0.5μm,d97 可达4μm 以 下。另一种新型 TTC 型分级轮长径比为 2: 1,外 圆周线速度高达 120m/s,压力损失可减少约50%, 分级粒度 d97 可达 2~4μm [5]。
德国 Hosokawa Alpine 公司的 CC 系列旋风分 离器以良好的内部循环设计达到较高的分级效率, 分级切点粒度为 5~100μm。 2.4 涡轮分级机
涡轮分级机是目前应用最广泛的干式超细分级 设备之一,它利用了离心沉降分级原理。其主要工 作部件是涡轮 (分级轮),涡轮上装有许多叶片, 形成径向间隙。工作时,涡轮高速旋转,物料颗粒 经给料管进入分级腔,然后随上升气流向上运动, 受设备结构和气流流向的制约,从涡轮的外圆周穿 过叶片的间隙。涡轮旋转使气流以及其中的物料颗 粒作圆周运动从而形成离心沉降过程,粗颗粒向外 圆周方向沉降到设备内壁处下落,细颗粒随气流穿 过叶片间隙,从涡轮中心处排出。涡轮形状有圆柱 形和截锥形等,安装轴向位置可以是水平或垂直, 每台分级机可以装有 1~6 个涡轮。叶片方向可以是 径向或与半径成一定角度,叶片数量或多或少,叶 片间距或大或小。调节涡轮转速和气流量,可连续 改变分级粒度,分级粒度范围为 1~300μm。涡轮 分级机基本结构见图 4 [1]。
2.3 旋风分离器 旋风分离器是典型的干式离心沉降分级设备,
其主体由上部的圆筒和下部的截锥组成,圆筒顶部 从上到下沿中轴线插入一个芯管,截锥底部有粗产 品出口,见图 3 [4]。给料随气流从圆筒上部靠近外 圆周处切向进入,受分级腔形状制约形成旋流运 动,物料颗粒在气流中产生径向离心沉降运动。粗
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主要的干式惯性分级设备有直线型、曲线型、 百叶 窗型和 K 型 惯 性 分 级 机 , 切 点 粒 度 在 0.5 ~ 50μm,见图 7。在直线型设备中,物料颗粒随气 流进入机内,由于容积突然增大,气流速度陡降, 对颗粒的浮力陡然减小,使得颗粒在分级空间内一 方面作水平惯性运动,另一方面作自由落体运动。 粗颗粒惯性较大,到达底部时的水平运动距离较 远,细颗粒惯性较小,水平运动距离较近。极细颗
在以空气为媒介的干式分级中,分级区内的空气 压力越大,颗粒的沉降速度越慢,分级切点粒度越 大。因此,为获得较细的切点粒度,应降低空气压 力,即减压分级。实现这一原理的难点在于,空气压 力越低,分级精度越差 (即产品粒度范围越宽)。
高压静电分级原理是使超细粉体颗粒经过分散 后带电,在静电场和重力场中受到静电力和重力的共 同作用,不同粒度的颗粒由于所受静电力和重力的合 力不同而具有不同的运动轨迹,从而实现分级 [2]。
效应的干式超细分级设备。射流技术用于给料,可 使给料颗粒获得必要的进口速度和使气流更好地产 生附壁效应。附壁效应是指当流体 (液体或气体) 与其流过的物体表面之间存在表面摩擦时,流体的 流速会减慢。只要物体表面的曲率不是太大,依据 流体力学中的伯努利原理,流速的减缓会导致流体 被吸附在物体表面上流动。
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当前技术水平的干式分级设备
吴建明
(北京矿冶研究总院,北京 100044)
摘 要:论述当前技术水平的干式分级原理和设备,主要包括按粒度分级、重力沉降分级、惯性分级和离心沉降分
级等分级原理,双叶轮空气分级机、O- Sepa 涡流分级机、旋风分离器、涡轮分级机、重力沉降分级机、惯性分级机和射
离心沉降分级是颗粒在曲线运动的流体中的惯 性分级,是颗粒离心运动产生的沉降分级。在重力 场中,物料颗粒的分级受到重力加速度的限制,分 级过程较慢,因此效率较低。借助于离心运动可大 幅度提高分级速度和效率。 1.2.5 新的干式超细分级原理
近年来,超细分级技术不断发展,出现了新的 超细分级原理,最突出的有迅速分级、减压分级和 高压静电分级等。
控制气流 - 2
控制气流 - 1
粗产品
给料
压缩空气 射流喷嘴
超细产品
细产品 中细产品
图 8 射流分级机原理 Fig. 8 The schematic diagram of jet classifier
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2.7 射流分级机 射流分级机是利用射流技术、惯性原理和附壁
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QF 型分级机和昆山密友实业有限公司的 WFJ 型分 级机等。 2.5 干式重力沉降分级设备
主要的干式重力沉降分级设备有水平流型、垂 直流型和曲折流型重力分级机等,均用于超细阶 段,基本结构见图 6 。 [1,6]
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在水平流型设备中,物料颗粒一方面受重力作 用作沉降运动,另一方面受水平气流作用水平运 动。不同粒度的颗粒沉降速度不同,到达底部出口 处时水平运动的距离也就不同。粗颗粒运动距离较 近,细产品运动距离较远,最细的产品则始终处于 悬浮状态而从上部随气流排出。
给到撒料盘上,随撒料盘旋转撒向圆周方向,同时 受到下叶轮产生的上升气流的作用。粗颗粒克服上 升气流的作用到达内圆筒内壁,沿内圆筒内壁下落 成为粗产品。细颗粒随气流上升。然后以更强的离心 运动从上、下叶轮之间抛向外圆筒内壁,沿外圆筒 内壁下落成为细产品。内、外圆筒之间的气流经百 叶窗式导板进入内圆筒,上升成为循环气流 。 [1,3] 2.2 O-Sepa 型涡流分级机
德国 Hosokawa Alpine 公司的 MS 型涡轮分级 机采用截锥形分级轮,分级粒度 d97 为 15~150μm。 其分级轮转速较低,因而压力损失和磨损速度较低。
国内涡轮分级机产品有上海化工机械三厂的 FYW 和 FQZ 型分级机、沈阳飞机研究所粉体公司 的 FJJ 型分级机、咸阳非金属矿研究设计院开发的
流分级机等分级设备。
关键词:干式分级;细粒筛分;空气 (气流) 分级;重力沉降分级;惯性分级;离心沉降分级;附壁 (康达) 效应
中图分类号:TD454
文献标识码:A
文章编号:1671-9492(2010)05-0025-05
1 概述
1.1 湿式分级和干式分级 分级是指按照 250μm 以下粒度为分界点的物
日本小野田水泥公司等于 1979 年开发完成的 O-Sepa 型涡流分级机广泛应用于水泥产品分级, 是第三代选粉机的代表。该机主要结构包括撒料 盘、叶轮、一次风管、二次风管、三次风管、导向 叶片和外壳等,见图 2。该机利用离心沉降和重力 沉降分级原理工作,一次和二次进风通过导向叶片 进入机内,给料经撒料盘撒向分级区,随叶轮旋转 以及一次和二次进风产生的水平旋转空气流运动。 粗颗粒离心沉降到外圆周处,沿设备外壳下落,与 三次进风的上升气流遭遇,粗颗粒借助重力沉降到 下部排出,细颗粒随气流上升从上部出口排出,产 品粒度可达-32μm 80% [1]。
当流体运动方向改变时,随流体运动的物料 颗粒在惯性规律支配下与流体运动方向偏离。颗 粒质量即粒度越大,其偏离的程度越大,由此不 同粒度的颗粒得以实现分级。利用这一原理分级 时,为避免颗粒随流体运动,要求流体与物料颗 粒之间的摩擦力尽可能小,因此干式分级更适于 采用这一原理。 1.2.4 离心沉降分级
按粒度的分级主要是细粒筛分,是较精确的分 级。有两种控制粒度的方式:筛孔和筛缝。筛孔可 以控制颗粒的二维尺寸,筛缝只能控制颗粒的一维 尺寸,因此筛孔控制粒度更精确。为了防止堵塞, 细筛多采用筛缝而不是筛孔,筛缝最小可达 70~ 100μm。为减少筛网堵塞,细筛常以高频振动方式 工作。 1.2.2 重力沉降分级
重力沉降分级是借助于物料颗粒在流体媒介
(液体或气体) 中沉降速度的不同而实现的分级。 在以一定速度上升的流体中,粒度较粗的颗粒沉 降速度较流体上升速度快,因而向下运动;粒度 较细的颗粒沉降速度较流体上升速度慢,因而被 流体带动向上运动,从而实现分级。由于颗粒的 密度对沉降速度有影响,所以对分级过程也有一 定的影响。由于气体的密度低于液体,因此与湿 式重力沉降分级相比,干式重力沉降分级适于更 细粒度的分级。 1.2.3 惯性分级
粒始终处于悬浮状态,随气流向上排出。在曲线型 设备中,分级腔断面为曲线,物料颗粒随气流进入 分级腔后,惯性较大的粗颗粒运动到腔壁附近,而 惯性较小的细颗粒随气流运动到靠近中部,从而相 互分离。在百叶窗型设备中,给料沿百叶窗外壁下 落,气流在百叶窗缝处突然转向进入窗内。粗颗粒 惯性较大,克服气流作用继续下落;细颗粒惯性较 小,被气流带入窗内,进一步进入重力沉降分级过 程分为中、细两个产品。在 K 型设备中,气流携 带物料颗粒运动时突然转向,粗颗粒惯性较大,继 续向前运动,细颗粒惯性较小,随气流转向 。 [1,6]
2 干式分级设备
2.1 双叶轮空气分级机 德国 Gebr Pfeiffer 公司的 SUV 双叶轮空气分
级机利用重力沉降和离心沉降原理分级,产品粒度 最细可达-40μm,结构见图 1。该设备有内、外两 个立式圆筒,圆筒下部均连接圆锥筒。圆筒内部有 上、下两个叶轮,上叶轮为径向流叶轮,下叶轮为 轴向流叶轮,下叶轮下部装有撒料盘。内圆筒下部 装有百叶窗式导板。工作时,两个叶轮分别以独立 的驱动系统带动旋转,物料从设备上部中心给料管
基金项目:国家重点基础研究发展计划 2007CB613602 收稿日期:2010-05-17
作者简介:吴建明 (1951-),男,北京人,研究员。
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在干式分级过程中,越接近分级切点粒度的颗 粒运动速度越慢 (粗于切点粒度的颗粒沉降越慢, 细于切点粒度的颗粒上升越慢),因而在分级区内 的滞留时间越长。造成了这部分颗粒的聚集和团聚 现象的发生,干扰了分级过程。因此应尽可能快地完 成分级过程,这就是迅速分级。迅速分级的措施是分 级前使物料高度分散和高精度的微量给料 [1]。
在垂直流型设备中,物料颗粒与气流垂直相向 运动,粗颗粒沉降速度大于气流速度而沉降到底部 排出,细颗粒沉降速度小于气流速度而随气流从上 部排出。
在曲折流型设备中,物料颗粒除了受重力和上 升气流的作用以外,还受曲折路径的影响。粗颗粒 在曲折路径中发生碰撞后会更快地下落,从而提高 了下落的速度。德国 Hosokawa Alpine 公司的 MZM 和 MZF 型曲管分级机分级粒度 d97 为 0.1~10mm, 生产能力最大可达 200t/h,用于农产品、食品、塑 料和废弃物回收等工业。 2.6 干式惯性分级设备
射流分级机基本工作原理见图 8。物料随压缩 空气 (主气流) 经射流喷嘴射入分级腔,在靠近其 射入方向的一个侧面存在突出的内壁,主气流在附 壁效应规律支配下,在控制气流的配合下,沿突出 的内壁流动。不同粒度的颗粒在惯性规律支配下和 气流作用下沿不同的轨迹运动,粒度越粗方向改变 较小,粒度越细运动方向随气流改变的越多。由此 形成从粗到超细的不同粒度产品。调节两个控制气 流可改变分级粒径 。 [1,6]
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颗粒离心沉降速度较快,运动到靠近筒壁处,然后沿 筒壁下滑从底部排出。细颗粒离心沉降速度较慢,悬 浮到靠近轴心部,随气流进入芯管向上排出。实际应 用中有许多改进型产品,以适应不同的分级要求和获 得更高的分级性能。旋风分离器的分级粒度与其规格 (筒体直径) 有关,规格越小,分级粒度越细。
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