1  引  言

近年来, 不少学者致力于煤在循环流化床燃烧条件下氮的迁徙规律的研究。实验台需要实现微细微量固体颗粒的添加, 其流量每秒只有几十毫克或更少的数量级。

对于这样小的流量范围, 加料器孔道尺寸会很小。同时, 粒子的尺寸也十分小( 范围为 5L m ~200L m) 。粒子尺寸的减少, 使微粒的比面积增大,粒子间粘附力增加, 物料粒子变得很/ 粘0, 流动性很差。这将使加料器下料发生严重的挂料, 甚至有不落料的现象发生 [1] 。目前尚没有现成的商品加料器可供使用, 如果对现有大流量固体颗粒加料器进行按比例缩小, 试验中将会出现物料的堵塞、 加料杆的卡涩等现象, 即使加装搅拌或振动装置, 也很难达到试验要求 [ 2] 。加料器的核心部分是加料杆, 因而本文在参考已有固体颗粒加料器的基础上, 用试验方法研究了松弛和多线螺旋加料杆的新型加料器, 作为添加微细微量固体颗粒的一种探索。

2  螺旋加料型式

试验研究的螺旋加料杆共有四种不同形式, 它们分别是: 普通梯形螺旋加料杆、 压力螺旋加料杆 [ 3] 、 两线松弛螺旋加料杆、 三线螺旋加料杆。通过标定试验对它们进行比较, 得出适于小粒子微量添加的加料杆形式。试验采用的螺旋加料杆材料为不锈钢 1Cr18Ni9Ti, 外径均为 16 mm, 螺旋长度 65 mm。在考虑输送效率、 齿根强度的前提下, 又对不同齿型( 三角形、 矩形、 锯齿形、 梯形) 进行了考虑 [ 4] , 选定梯形螺纹。

3  试验结果及分析

通过对四种不同形式的螺旋杆加料进行标定试验, 绘制了累计重量与时间、 流量与转速关系特性曲线, 得出螺旋加料杆型式、 微粒尺寸、 转速对加料特性的影响。试验采用的粒子是 Sauter 平均直径为 40L m 左右和 90 L m 左右的金刚砂磨料, 其松密度为1 430 kg/m。
 

在物料粒子平均直径90 μm 左右时, 普通梯形螺旋加料杆和压力螺旋加料杆试验曲线的试验点连线的斜率基本一致, 反映出它们的加料性能( 均匀、 连续性、 稳定性) 较好。而在物料粒子平均直径 40 L m 左右的试验中, 发现它们的加料连续性很差, 在较高转速下甚至出现不落料现象的发生。这是由于微粒直径的减小, 物料比面积增加, 微粒间的粘附力增加, 使物料粒子变得很“ 粘”, 而普通梯形螺旋加料杆和压力螺旋加料杆输送力不足以克服阻力, 使加料器下料发生“断续”, 甚至有不落料现象的发生。
 
从物料粒子平均直径 90 μ m 左右累计重量与时间的关系曲线，三线螺旋加料杆和两线松弛螺螺旋加料杆加料均匀、 连续性要比普通梯形螺旋加料杆和压力螺旋加料杆更好一些。这是由于多线( 两线、 三线等) 螺旋与具有相同公称直径及螺距的单线螺旋相比, 螺旋升角较大, 对物料推力较小, 因而对于细小的颗粒输送的能力也强。虽然微细颗粒粘附力较大, 松弛系数也较大( 物料对螺旋加料滞后性强) , 三线螺旋加料杆及两线松弛螺旋加料杆也能够实现连续、 均匀、 稳定的加料。松弛螺旋加料杆其结构是沿螺旋旋进方向齿深逐渐增加, 这也有利于减小物料和加料杆间的摩擦阻力。

物料粒子平均直径 40 L m 时,在相同转速下, 由于松弛螺旋加料杆沿螺旋旋进方向齿深逐渐增加( 相当于沿螺旋旋进方向增加了动静间隙) , 因而物料颗粒相对于加料杆的滞后明显增加, 使两线松弛加料杆流量只有三线螺旋加料杆流量的三分之一, 因而从实现微量流量加料的角度上说, 松弛螺旋加料杆更有利。从在低转速( 25 r/ min、 37. 5 r/ min) 下, 三线螺旋加料杆和两线松弛螺旋加料杆的均匀性、 连续性明显优于梯形螺旋加料杆及压力螺旋加料杆。说明了螺旋加料杆线数的增加, 有利于保证物料下落的均匀和连续性( 特别是在低转速下) 。随着转速升高, 各种螺旋加料杆的均匀性和连续性都有所提高。一方面, 由于电机、 减速器在低负荷时转速有一定波动,随转速的升高, 情况有所改善; 另一方面, 低转速时电机扭矩较小, 动静间隙的摩擦力变化对落料也有所影响, 随着转速升高, 其影响也变小。
 
 5( a) 是在物料平均直径 90 L m, 各种螺旋加料杆的流量与转速关系特性曲线。可以看出: 低转速( 25 r/ min、 37. 5 r/ min) 下, 曲线斜率较小; 随着转速升高, 曲线斜率也逐渐升高, 并基本维持不变。流量与转速大致呈线性关系。螺旋式加料杆在低转速时流量 - 转 速特性曲 线的斜率 明显小于中 速(50 r/ min、 62. 5 r/ min) 时的曲线斜率, 其中, 压力螺旋加料杆斜率变化最小, 其次是普通梯形螺旋加料杆和松弛螺旋加料杆, 斜率变化最大的是三线螺旋加料杆。斜率变化小说明在一定的转速调节范围内, 更容易实现对流量的精确控制, 这在微量流量控制时很关键。在物料微粒平均直径 40L m 时, 松弛螺旋加料杆在微量流量控制方面优于三线螺旋加料杆。

4  结  论

本文通过对四种不同形式螺旋加料杆进行的标定试验, 得出结论如下:

( 1) 对于较粗的物料( 颗粒平均直径 90 μm) , 普通梯形螺旋、 压力螺旋、 两次松弛螺旋、 三线螺旋加料杆都能够实现较好的加料。其中, 压力螺旋加料杆流量较其它几种螺旋加料杆小, 易于实现小流量控制( 0. 1~ 0. 6 g/ min) ;

( 2) 对于较细的物料( 颗粒平均直径 40 L m) , 由于普通梯形螺旋、 压力螺旋输送力不足, 使得下料有断续、 不落料现象的发生。而两次松弛螺旋、 三线螺旋加料杆能够较好地实现落料。两次松弛螺旋加料杆的加料特性优于三线螺旋加料杆, 并且流量较小( 0. 4~ 0. 1 g/ min) ;

( 3) 对于微细颗粒的小流量物体颗粒加料的实现, 主要是输送力与摩擦阻力之间的矛盾。螺距、 线数、 导程、 螺旋形式、 螺旋升角等加料杆参数对加料特性均有影响。其它因素, 如: 不同物料种类、 对物料是否进行烘干, 固体粒子与加料杆摩擦系数、 落料口尺寸等因素都会使加料特性有所差异。综合考虑上述因素的影响, 才能够实现对微量微细固体颗粒均匀、 连续、 稳定地添加。

参考文献:

[ 1]  鲁丁格 G. 气体- 颗粒流基础[ M] . 北京: 国防工业出版社,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]  谭厚章. 四墙切圆水平浓淡燃方式试验研究与数值模拟[ D] .西安: 西安交通大学, 1998.

[ 4]  机械设计手册联合编写组. 机械设计手册( 第二分册) . 北京: 化学工业出版社, 1992.
 

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