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1  引  言

近年來, 不少學(xué)者致力于煤在循環(huán)流化床燃燒條件下氮的遷徙規(guī)律的研究。實(shí)驗(yàn)臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)微細(xì)微量固體顆粒的添加, 其流量每秒只有幾十毫克或更少的數(shù)量級(jí)。

對(duì)于這樣小的流量范圍, 加料器孔道尺寸會(huì)很小。同時(shí), 粒子的尺寸也十分小( 范圍為 5L m ~200L m) 。粒子尺寸的減少, 使微粒的比面積增大,粒子間粘附力增加, 物料粒子變得很/ 粘0, 流動(dòng)性很差。這將使加料器下料發(fā)生嚴(yán)重的掛料, 甚至有不落料的現(xiàn)象發(fā)生 [1] 。目前尚沒有現(xiàn)成的商品加料器可供使用, 如果對(duì)現(xiàn)有大流量固體顆粒加料器進(jìn)行按比例縮小, 試驗(yàn)中將會(huì)出現(xiàn)物料的堵塞、 加料桿的卡澀等現(xiàn)象, 即使加裝攪拌或振動(dòng)裝置, 也很難達(dá)到試驗(yàn)要求 [ 2] 。加料器的核心部分是加料桿, 因而本文在參考已有固體顆粒加料器的基礎(chǔ)上, 用試驗(yàn)方法研究了松弛和多線螺旋加料桿的新型加料器, 作為添加微細(xì)微量固體顆粒的一種探索。

2  螺旋加料型式

試驗(yàn)研究的螺旋加料桿共有四種不同形式, 它們分別是: 普通梯形螺旋加料桿、 壓力螺旋加料桿 [ 3] 、 兩線松弛螺旋加料桿、 三線螺旋加料桿。通過標(biāo)定試驗(yàn)對(duì)它們進(jìn)行比較, 得出適于小粒子微量添加的加料桿形式。試驗(yàn)采用的螺旋加料桿材料為不銹鋼 1Cr18Ni9Ti, 外徑均為 16 mm, 螺旋長(zhǎng)度 65 mm。在考慮輸送效率、 齒根強(qiáng)度的前提下, 又對(duì)不同齒型( 三角形、 矩形、 鋸齒形、 梯形) 進(jìn)行了考慮 [ 4] , 選定梯形螺紋。

3  試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過對(duì)四種不同形式的螺旋桿加料進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn), 繪制了累計(jì)重量與時(shí)間、 流量與轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線, 得出螺旋加料桿型式、 微粒尺寸、 轉(zhuǎn)速對(duì)加料特性的影響。試驗(yàn)采用的粒子是 Sauter 平均直徑為 40L m 左右和 90 L m 左右的金剛砂磨料, 其松密度為1 430 kg/m。
 

在物料粒子平均直徑90 μm 左右時(shí), 普通梯形螺旋加料桿和壓力螺旋加料桿試驗(yàn)曲線的試驗(yàn)點(diǎn)連線的斜率基本一致, 反映出它們的加料性能( 均勻、 連續(xù)性、 穩(wěn)定性) 較好。而在物料粒子平均直徑 40 L m 左右的試驗(yàn)中, 發(fā)現(xiàn)它們的加料連續(xù)性很差, 在較高轉(zhuǎn)速下甚至出現(xiàn)不落料現(xiàn)象的發(fā)生。這是由于微粒直徑的減小, 物料比面積增加, 微粒間的粘附力增加, 使物料粒子變得很“ 粘”, 而普通梯形螺旋加料桿和壓力螺旋加料桿輸送力不足以克服阻力, 使加料器下料發(fā)生“斷續(xù)”, 甚至有不落料現(xiàn)象的發(fā)生。
 
從物料粒子平均直徑 90 μ m 左右累計(jì)重量與時(shí)間的關(guān)系曲線，三線螺旋加料桿和兩線松弛螺螺旋加料桿加料均勻、 連續(xù)性要比普通梯形螺旋加料桿和壓力螺旋加料桿更好一些。這是由于多線( 兩線、 三線等) 螺旋與具有相同公稱直徑及螺距的單線螺旋相比, 螺旋升角較大, 對(duì)物料推力較小, 因而對(duì)于細(xì)小的顆粒輸送的能力也強(qiáng)。雖然微細(xì)顆粒粘附力較大, 松弛系數(shù)也較大( 物料對(duì)螺旋加料滯后性強(qiáng)) , 三線螺旋加料桿及兩線松弛螺旋加料桿也能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、 均勻、 穩(wěn)定的加料。松弛螺旋加料桿其結(jié)構(gòu)是沿螺旋旋進(jìn)方向齒深逐漸增加, 這也有利于減小物料和加料桿間的摩擦阻力。

物料粒子平均直徑 40 L m 時(shí),在相同轉(zhuǎn)速下, 由于松弛螺旋加料桿沿螺旋旋進(jìn)方向齒深逐漸增加( 相當(dāng)于沿螺旋旋進(jìn)方向增加了動(dòng)靜間隙) , 因而物料顆粒相對(duì)于加料桿的滯后明顯增加, 使兩線松弛加料桿流量只有三線螺旋加料桿流量的三分之一, 因而從實(shí)現(xiàn)微量流量加料的角度上說, 松弛螺旋加料桿更有利。從在低轉(zhuǎn)速( 25 r/ min、 37. 5 r/ min) 下, 三線螺旋加料桿和兩線松弛螺旋加料桿的均勻性、 連續(xù)性明顯優(yōu)于梯形螺旋加料桿及壓力螺旋加料桿。說明了螺旋加料桿線數(shù)的增加, 有利于保證物料下落的均勻和連續(xù)性( 特別是在低轉(zhuǎn)速下) 。隨著轉(zhuǎn)速升高, 各種螺旋加料桿的均勻性和連續(xù)性都有所提高。一方面, 由于電機(jī)、 減速器在低負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速有一定波動(dòng),隨轉(zhuǎn)速的升高, 情況有所改善; 另一方面, 低轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)扭矩較小, 動(dòng)靜間隙的摩擦力變化對(duì)落料也有所影響, 隨著轉(zhuǎn)速升高, 其影響也變小。
 
 5( a) 是在物料平均直徑 90 L m, 各種螺旋加料桿的流量與轉(zhuǎn)速關(guān)系特性曲線?？梢钥闯? 低轉(zhuǎn)速( 25 r/ min、 37. 5 r/ min) 下, 曲線斜率較小; 隨著轉(zhuǎn)速升高, 曲線斜率也逐漸升高, 并基本維持不變。流量與轉(zhuǎn)速大致呈線性關(guān)系。螺旋式加料桿在低轉(zhuǎn)速時(shí)流量 - 轉(zhuǎn) 速特性曲 線的斜率 明顯小于中 速(50 r/ min、 62. 5 r/ min) 時(shí)的曲線斜率, 其中, 壓力螺旋加料桿斜率變化最小, 其次是普通梯形螺旋加料桿和松弛螺旋加料桿, 斜率變化最大的是三線螺旋加料桿。斜率變化小說明在一定的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍內(nèi), 更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的精確控制, 這在微量流量控制時(shí)很關(guān)鍵。在物料微粒平均直徑 40L m 時(shí), 松弛螺旋加料桿在微量流量控制方面優(yōu)于三線螺旋加料桿。

4  結(jié)  論

本文通過對(duì)四種不同形式螺旋加料桿進(jìn)行的標(biāo)定試驗(yàn), 得出結(jié)論如下:

( 1) 對(duì)于較粗的物料( 顆粒平均直徑 90 μm) , 普通梯形螺旋、 壓力螺旋、 兩次松弛螺旋、 三線螺旋加料桿都能夠?qū)崿F(xiàn)較好的加料。其中, 壓力螺旋加料桿流量較其它幾種螺旋加料桿小, 易于實(shí)現(xiàn)小流量控制( 0. 1~ 0. 6 g/ min) ;

( 2) 對(duì)于較細(xì)的物料( 顆粒平均直徑 40 L m) , 由于普通梯形螺旋、 壓力螺旋輸送力不足, 使得下料有斷續(xù)、 不落料現(xiàn)象的發(fā)生。而兩次松弛螺旋、 三線螺旋加料桿能夠較好地實(shí)現(xiàn)落料。兩次松弛螺旋加料桿的加料特性優(yōu)于三線螺旋加料桿, 并且流量較小( 0. 4~ 0. 1 g/ min) ;

( 3) 對(duì)于微細(xì)顆粒的小流量物體顆粒加料的實(shí)現(xiàn), 主要是輸送力與摩擦阻力之間的矛盾。螺距、 線數(shù)、 導(dǎo)程、 螺旋形式、 螺旋升角等加料桿參數(shù)對(duì)加料特性均有影響。其它因素, 如: 不同物料種類、 對(duì)物料是否進(jìn)行烘干, 固體粒子與加料桿摩擦系數(shù)、 落料口尺寸等因素都會(huì)使加料特性有所差異。綜合考慮上述因素的影響, 才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微量微細(xì)固體顆粒均勻、 連續(xù)、 穩(wěn)定地添加。

參考文獻(xiàn):

[ 1]  魯丁格 G. 氣體- 顆粒流基礎(chǔ)[ M] . 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,1986.

[ 2]  BUCHNIAN H, SCHOENNAGEL J. Moving CUP particulate feeder used in laboratory FCC unit[ R] . A Research and Development Coro -nation Central Research aboratory, Princeton, NJ08543- 1025. 1996.

[ 3]  譚厚章. 四墻切圓水平濃淡燃方式試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[ D] .西安: 西安交通大學(xué), 1998.

[ 4]  機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫組. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)( 第二分冊(cè)) . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1992.
 

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