基于气—固两相流分级原理及SLK粉煤灰分级机应用研究

论文摘要

涡流空气分级机广泛应用于粉煤灰分选,但较细的分级粒度要求与分级效率、分级精度、大处理量之间的矛盾,以及能耗高和部件磨损严重等仍亟待解决。本文根据与分级相关的粉煤灰物化特性,以气-固两相流理论为基础,研究颗粒的分级原理,提出SLK分级原理,通过气-固两相流数值模拟分析,结合实践经验进行SLK分级机结构设计,并进行模型机实验和工业应用实例分析。根据粉煤灰利用及其相关物化特性,以气体-固体颗粒两相流理论为基础,提出了集强制涡流分级、迅速分级、惯性预分级、气流密封、颗粒的气流预分散原理于一体的SLK分级原理和技术。运用强制涡流分级原理并进行改进,保证较高的分级效率和精度,以及较低的能耗;迅速分级以减少颗粒在分级区域内的滞留时间,从而减少团聚,减少颗粒反混,提高分级效率和精度,同时减少分级区速度梯度,分级构件的磨损小;惯性预分级可预分离部分粗颗粒,提高分级机的处理量;气流密封高速旋转叶片产生的高压气流进行密封,提高分级精度;气流预分散对物料进行预分散,有利于后续的分级,同时分离部分硬杂物,避免分级机构件损坏。运用两相流数值模拟技术对SLK分级结构进行分析,结果表明:内、外侧倾角均为30o的“Z”形转子叶片能有效消除强制涡流区易产生的惯性反旋涡现象,分级流场更加均匀和稳定;“L”形导流叶片使进入分级区的气流速度与转子边缘速度相当,实现迅速分级,同时缩小分级区气流速度差,减少叶片磨损;安装倾角为55o的“L”形导流叶片,使含料气体路径发生偏转,实现惯性分级;后倾角为60o的密封叶片、密封环低于叶片15～20mm的气流密封结构能有效阻止粗颗粒穿过;气流预分散系统采用凹形空腔物料分散锥和粗粉流化清洗装置,可实现颗粒的分散和预分离硬杂物。以分级理论分析和数值模拟结果为指导,并结合实践经验进行SLK分级机结构设计,包括“L”形导流叶片、“Z”形转子叶片、分级室结构、分级区环流空间结构、气流密封结构、悬浮式气流预分散系统、粗粉流化清洗装置。通过SLK-50型模型机实验和SLK-85应用实例,结果表明:SLK型分级机在较低转速下,所分选的成品就可达到Ⅰ级粉煤灰的粒度要求,而且分级效率平均可达85%左右。SLK分级机在较高的分级浓度下,仍能获得较高的分级细度、分级效率和分级精度,且分级磨损小、分级能耗有所改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 粉体分级概述
• 1.1.1 分级的定义
• 1.1.2 气流分级的一般原理
• 1.1.3 气流分级的分类及设备
• 1.1.4 分级性能的评价体系
• 1.1.5 气流分级的现状和存在的问题
• 1.2 粉煤灰分级概况
• 1.2.1 粉煤灰分级的现状
• 1.2.2 粉煤灰分级存在的问题
• 1.3 课题的来源
• 1.4 研究目的、内容及意义
• 1.4.1 研究的目的
• 1.4.2 研究的内容
• 1.4.3 课题研究的意义
• 2 粉煤灰利用及相关物化特性分析
• 2.1 粉煤灰的粒度分级与利用
• 2.2 与气流分级有关的粉煤灰相关特性分析
• 2.2.1 粉煤灰颗粒物理特性
• 2.2.2 粉煤灰作为掺合材的粒度要求
• 2.3 本章小结
• 3 基于气-固两相流的SLK 分级原理研究
• 3.1 与气流分级有关的气-固两相流基本理论
• 3.1.1 气体-固体颗粒两相流的概念及特征
• 3.1.2 颗粒在气流中的受力及行为
• 3.1.3 颗粒相与气相的相互作用
• 3.2 SLK 分级原理及其在气流分级机中的应用
• 3.2.1 强制旋转涡流分级
• 3.2.2 迅速分级
• 3.2.3 惯性预分级
• 3.2.4 动态气流密封
• 3.2.5 粉体的气流分散
• 3.3 本章小结
• 4 SLK 分级结构的数值模拟分析
• 4.1 气体-固体颗粒两相流数值模拟基本理论
• 4.1.1 基本控制方程
• 4.1.2 数值模拟的求解过程
• 4.1.3 FLUENT 流体数值仿真软件简介
• 4.2 SLK 分级结构的数值模拟
• 4.2.1 强制涡流转子异形叶片数值模拟
• 4.2.2 基于迅速分级和惯性分级的分级区数值模拟
• 4.2.3 分级室导流特性的数值模拟
• 4.2.4 气流分散结构的数值模拟
• 4.2.5 气流密封的数值模拟
• 4.3 本章小结
• 5 SLK 型分级机结构设计
• 5.1 SLK 分级机结构和工作原理
• 5.1.1 结构组成
• 5.1.2 工作原理
• 5.2 SLK 分级机结构设计
• 5.2.1 “Z”形转子叶片
• 5.2.2 “L”形导流叶片
• 5.2.3 分级区域
• 5.2.4 分级室壳体
• 5.2.5 动态气流密封装置
• 5.2.6 悬浮式气流散料装置
• 5.2.7 粗粉流化清洗装置
• 5.3 本章小结
• 6 SLK-50 模型机实验
• 6.1 SLK-50 模型机参数
• 6.2 实验设计
• 6.2.1 实验装置及平台
• 6.2.2 实验物料
• 6.2.3 实验仪器
• 6.2.4 实验方法
• 6.3 实验项目及其结果分析
• 6.3.1 新型结构与传统结构对比实验分析
• 6.3.2 整机实验分析
• 6.4 本章小结
• 7 SLK-85 分级机工业应用实例
• 7.1 SLK-85 分级机参数
• 7.2 锂渣分级工艺流程
• 7.3 应用效果分析
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位论文期间发表的学术论文及研究成果