渦流空氣分級機在固硫灰渣超細化中的應用

梁海龍，趙耀芳

（1.中北大學朔州校區，山西朔州036000；

2.山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西朔州036000）

渦流空氣分級機在固硫灰渣超細化中的應用

梁海龍1，趙耀芳2

（1.中北大學朔州校區，山西朔州036000；

2.山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西朔州036000）

隨著固硫灰渣的超細化應用越來越廣泛，對于超細粉碎分級技術的要求也越來越高。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，本文研究了應用在超細粉碎分級中的渦流空氣分級技術。

分級；固硫灰渣；超細

隨著循環流化床鍋爐燃燒技術的迅速發展和推廣，固硫灰渣的排放量急劇增大，根據文獻報道，目前固硫灰渣年生產量約為8 000萬噸［1］，循環流化床固硫灰渣利用受限，主要以堆放形式為主，嚴重污染環境，制約了經濟的發展。而超細粉碎分級技術能實現工業廢渣的無害化和資源再利用化，隨著超細粉體的廣泛應用，對超細粉體的粒度和純度等方面都有了更高要求，也對超細粉體的粉碎和分級設備有了更高的要求。本文針對應用在超細粉碎分級中的渦流空氣分級技術進行研究，以期為固流灰渣的無害化和資源再利用提供新方向。

1　超細分級技術的研究進展

分級設備的發展始于20世紀70年代，隨后日本、德國等國家開展了超細分級技術的研究并開發了各種超細氣流分級機。我國超細分級技術的研究與超細粉碎技術同步，90年代以后才有明顯進展。

按粒度要求制備超細粉體過程中容易出現“過粉碎”或“逆粉碎”現象，物料粉碎達到粉碎極限時需要及時將超細粉分離出去，超細分級則是超細粉體技術的決定因素。超細分級設備隨著超細分級技術的研究而不斷發展，空氣分級機是粉體制備的主要分級設各，主要有離心式、旋風式和禍輪式三種空氣分級機。近年來，國內外學者在分級理論、結構優化、工藝條件等方面不斷研究空氣分級機。

國內研究巧輪分級機的學者有很多，劉家樣為主的學者主要研究渦流空氣分級機的轉籠葉片和導風葉片的直徑、長度、形狀、安裝角度及環形區的大小等結構參數和轉籠轉速、風速和進料速度等工藝條件對分級機內部流場、分級精度和效率的影響。其中，黃強、離麗萍等通過計算流體力學軟件Fhient對分級機內部流場進行模擬仿真，通過模擬結果和實驗對比，對渦流空氣分級機進行結構和操作參數的優化［2］。

2　渦流空氣分級的原理

如圖1所示結構，空氣和物料從不同的部位進入分級機，空氣氣流從進氣口和一次二次進風口進入分級機，流經導流裝置均勻細化和改變后，進入分級機的旋風環形區域。

圖1　渦流空氣分級機的原理

物料從進料口經料槽進入分級機，經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，進一步離散后進入旋風環形區域，在此區域與空氣混合形成均勻的氣固兩相流。

在旋風分離區域，氣固兩相流物料顆粒受三個力形成的合力作用，即氣固兩相流經過分級機中旋風裝置產生的向心力，氣固兩相流中固體顆粒螺旋運動產生的離心力，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，細顆粒受力小處于裝置中心，進而將粗細顆粒分離，細顆粒隨氣流從分離裝置出口排出，進入細粉收集裝置回收。

粗粉在分離裝置邊緣與裝置邊壁碰撞后沿邊壁下滑進入錐形螺旋的粗粉收集裝置中，在粗粉裝置下部設有三次風進風口，將進入粗粉收集裝置中的團聚細粉再次分散，并在三次進風的作用下再次進入分級機旋風分離區，粗粉從粗粉排出口排出［3］。

3　渦流空氣分級機存在的問題

（1）進料分散度不均

當前我國使用的渦流空氣分級機大部分采用從分級機側邊緣進料的方式進料，物料在撒料裝置和緩沖裝置的雙重作用下進行分散進入分級機。但此種方法對于中小型分級機由于其結構上的限制，進料裝置的進料口和撒料裝置在結構上位置距離比較接近，造成進料分散度不均。

（2）分級區固相顆粒分布不均

渦流空氣分級機蝸殼上的兩個入風口水平在同一直線上，分級區氣固兩相流氣相流體經過一次二次進風口進入后，沿著導流葉片切向進入環形分級區。由于渦流空氣分級機核心分級區域結構設計不合理，導致分級區固相顆粒分布不均。

（3）排列角問題

轉子帶動導流葉片沿著環形區旋轉，這樣在分級區就會產生一個向心壓力差Δp.導流葉片是壓力差Δp在環形分級區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的過程中，最容易出現問題的地方就是導流葉片的排列，也就是導流葉片在分級機殼體內的排列是環周與法線呈一定角度：導流葉片導向角度和導流間隙有大有小，排列角度不均勻，導致壓力差Δp不相等。使用過程中，只能加快轉子的速度，才能保證產品的細度，才能使分級區內的最大Δp合適，但是這樣其它位置的Δp就會偏小，從而整機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團聚的細粉顆粒進行離散，但由于三次風量有限，細粉離散程度達不到預期，反而將一部分粗粉進一步吹入核心分級區，并破壞核心分級區的流場穩定性，導致分級效果下降［4］。

4　渦流空氣分級機在固硫灰渣超細中的應用發展趨勢

隨著超細粉體的廣泛應用，市場對于超細粉體的粒徑分布也越來越嚴格，用不同粒徑的粉體生產相對應的產品，這對于提高超細固硫灰渣的應用，實現資源無害化利用有很大的意義。因此，渦流空氣分級機的分級效率和精度也就成為了急需解決的熱點問題。

隨著超細粉體細度的增大，渦流空氣分級機最顯著的問題就是分級效率急劇下降，因此提高分級機效率，同時又不影響精度成為了現階段渦流空氣分級機的研究趨勢。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、分級粒徑的時間波動和空間波動燈等），提出以下相應措施，針對性的消除或者減輕影響，使得渦流空氣分級機在超細粉體中的分級中有良好的分級效果，同時達到節能降耗的目的。

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

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

（3）避免產生由湍流產生的不規則結構引起的局部渦流，可以采取改變分級室內部結構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，達到此效果可以適當使用二次風以及三次風。

5　結束語

改進后的渦流空氣分級機對于超細化粉體有著獨特的優勢：氣料混合均勻、分級機內氣料運動平穩、分級室內的分級效率高、維修方便且費用低等，可以適應市場對于渦流空氣分級機的需要，使固硫灰渣的超細使用更加合理、高效。

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

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

［3］林亮.渦流空氣分級機的發展與應用［J］.化學工程與裝備，2014，（10）：164-166.

［4］鄭水林.中國超細粉碎和精細分級技術現狀及發展［J］.現代化工，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，研究方向為機械結構優化設計。