选粉机设计基本参数资料.docx
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选粉机设计基本参数资料
选粉机设计实用参考资料
一、气固两相流力学基础
1.颗粒在静止流体内的沉降：
颗粒在静止流体内自由沉降时，不仅受到重力，而且还受到浮力和阻力的作用。
在工业生产过程中，所处理的颗粒一般是比较小的，在整个降落过程基本上看着是以匀速uo进行的。
所以一般情况下，研究沉降速度问题时，是不考虑加速阶段的。
颗粒作匀速运动，降落速度u等于颗粒的沉降速度uo，计算公式为：
uo={[4gdp（ρp-ρ）]/3ρξ}-2……（沉降速度计算基本公式）
式中uo——球形颗粒自由沉降速度，m/s；
dp——球形颗粒直径，m；
g——重力加速度，m/s2；
ρp————颗粒密度，kg/m3；
ρ——流体密度，kg/m3；
ξ——阻力系数，无因次，ξ=8/π×f（Rep）,颗粒雷诺数Rep=dpuoρ/μ；
μ——流体粘度，Pa.s。
当Rep＜1时，流体属层流时，则得：
uo=[dp2（ρp-ρ）g]/18μ
此式适用于层流时球形颗粒的自由沉降速度计算，称为斯托克斯（Stokes）公式；
当1＜Rep＜10000时，流体属过渡流时，则得：
uo=0.2{[（ρp-ρ）/ρ]g}0.73×dp1.18/（μ/ρ）0.45
此式适用于过渡流时球形颗粒的自由沉降速度计算，称为阿纶（Allen）公式；
当10000＜Rep＜2×105时，流体属踹流时，则得：
uo=1.74{[（ρp-ρ）/ρ]g}0.5×dp0.5
此式适用于踹流时球形颗粒的自由沉降速度计算，称为牛顿（Newton）公式。
颗粒在静止流体内的沉降速度计算实例：
例1：
求直径为30μm的球形石英颗粒，在20℃的空气中的沉降速度，石英颗粒的密度为2650kg/cm3。
解：
标准状态下空气的密度为1.293kg/cm3。
故20℃时，空气的密度为ρ=1.293×[273/（273+20）]=1.205kg/cm3。
而粘度为0.0185×10-3Pa.s。
假设为层流区，由斯托克斯公式则得：
uo=[dp2（ρp-ρ）g]/18μ=dp2ρpg/18μ=[（30×10-6）2×2650×9.8]/[18×0.0185×10-3]=0.0702m/s（空气密度ρ相对较小，忽略不计）
进行复核：
Rep=dpuoρ/μ=（30×10-6×0.0702×1.205）/0.0185×10-3=0.137＜1
故沉降遵从斯托克斯公式。
本题解也可先求出颗粒沉降的临界直径，以确定应该使用哪一个计算沉降速度的公式。
层流区与过渡区的临界直径，亦即斯托克斯公式所能适用的，当Rep=1时的最大直径：
dpmax=2.62{μ2/[（ρp-ρ）.ρ.g]}-3=2.62{（0.0185×10-3）2/[（2650-1.205）×1.205×9.8]}-3=2.62×2.22×10-5=58.2（μm）
已知颗粒的直径（30μm）较临界直径为小，即可用斯托克斯公式求沉降速度。
例2：
求直径为80μm的玻璃球在20℃的水中的沉降速度，已知玻璃球密度为ρp=2500kg/cm3，水的密度ρ=1000kg/cm3，水在20℃时的粘度μ=0.001Pa.s。
解：
①可以用图解法求解：
查图10.8以判断此系统的流态，再计算查图得到uo;
②用公式计算法计算：
设为层流区，由斯托克斯公式则得：
uo=dp2（ρp-ρ）g/18μ=[（80×10-6）2×（2500-1000）×9.8]/（18×0.001）=5.23×10-3（m/s）
以上计算是根据光滑球形颗粒导出，但实际情况复杂得多，要比较准确计算，需要通过大量实验得出经验系数对沉降速度加以修正。
2.颗粒在垂直流动的流体内并在重力作用下的运动：
设流体对于固定空间以匀速度uf向上运动，处于流体中的颗粒在重力作用下对于固定空间以速度up运动，则颗粒对于流体的相对运动速度u将为：
u=up+uf
颗粒在垂直流动的流体内受到重力和摩擦力的作用，经过一定时间后，两力会达到平衡，u=uo
则得到up=uo-uf
因此，颗粒受到重力的作用在垂直方向上流动的流体内运动时，经过若干时间后，当流体的摩擦力等于颗粒在流体中的剩余重力时，则颗粒作匀速运动。
此时，颗粒对于流体的相对运动速度u是一个定值，其值大小将与其在静止的同一种流体内沉降速度相等，而颗粒的绝对速度up则等于此值与流体速度之差。
当流体速度uf等于定值uo，则up=0，颗粒将停留在空间不动。
出现这种情况的流体速度称为对于该尺寸颗粒的悬浮速度。
悬浮速度在数值上与该颗粒在静止流体内的沉降速度相等。
当uf＞uo时，up为负值，则颗粒运动方向与流体一致，向上沉降。
当uf＜uo时，up为正值，则颗粒运动方向与流体相反，向下沉降。
（适用于固硫剂CaCO3粉在垂直管道在输送的同时，计算让≥1mm颗粒向下沉降回到破碎机再粉碎）
下面是常用的惯性式和重力式分离器：
膨胀仓是惯性式分离器的一种形式。
它与气力提升泵配套使用，当物料气流沿输料管3进入膨胀仓1内时，由于体积突然增大使气流速度突然降低，并受到冲击板2的阻挡，物料便在重力和惯性力作用下从气流中被分离出来，经闪动阀4排出，分离后的空气经排气管进入收尘系统。
此种分离器结构简单，操作容易，但体积大，常用于水泥工业煤磨系统的煤粉与空气的分离。
重力分离器就是使物料和空气进入空间较大的室内，使室内气流的速度降低到远小于悬浮速度（通常仅为0.03~0.1Vf），这样气流便失去对颗粒的携带能力，物料便在重力的作用下由混合物中分离出来，故又称为容积式分离器。
重力式分离器主要尺寸是其筒体部分的直径，可按下式确定：
D=1.13[V气/（0.03~0.1）vf]-2
式中D——筒体部分的直径，mm；
V气——通过分离器的风量，m3/s；
vf——被输送物料颗粒的悬浮速度，n/s。
筒体部分的高度H建议取为：
H=（1.15~1.30）D，m。
此种分离器结构简单、制造方便、工作可靠，但体积过大。
3.颗粒在水平流动的流体内并在重力作用下的运动：
处在水平流动的流体内的颗粒，一方面受到流体流动的影响产生水平的横向运动；另一方面又受到重力的影响发生向下的沉降。
颗粒在水平流动的流体内受到流体对它的推动力作横向运动时，经过短暂时间后，颗粒水平速度up与流体速度uf相等，颗粒在水平方向将作匀速运动。
在经历t时间后所走的距离S为：
S=uft
颗粒在重力作用下沉降相当于静止流体内受到重力作用而向下沉降。
经过短暂时间后，颗粒沉降速度uo作等速沉降。
经历t时间后，颗粒在流体内降落的高度H为：
H=uot
因此，在水平流动的流体内，颗粒是在横向流动和重力场的共同作用下，沿着颗粒的水平运动速度up和沉降速度uo的合速度的方向上运动的。
根据速度图就可得颗粒降落到某一深度所需时间及降落时的运动路程
（适用于水平输送过程中的某些颗粒的沉降分离）
水平气流沉降室的构造主要是由室体、进气口、出气口和集灰斗组成。
含尘气体在室体内缓慢流动，小粒借助自身重力作用被分离而捕集下来。
为了提高沉降室的除尘效率，有的在室内加装一些垂直挡板，如图4-2所示。
其目的，一方面是为了改变气流的运动方向，由于粉尘颗粒惯性较大，不能随同气体一起改变方向，撞到挡板上，失去继续飞扬的动能，沉降到下面的集灰斗中；另一方面是为了延长粉尘的通行路程，使它在重力作用下逐渐沉降下来。
有的采用百叶窗形式代替挡板，效果更好；有的还将垂直挡板改为“人”字形挡板，如图4-3所示，使气体产生一些小股涡旋，尘粒受到离心力作用，与气体分开，并碰到室壁上和挡板上，使之沉降下来。
对装有挡板的沉降室，气流速度可以提高到6～8m/s。
4.颗粒在旋流流体内的运动：
颗粒在旋流流体内运动时，受到离心力和重力场的共同作用，在重力作用下，使颗粒沿垂直方向降落；而在平面上与旋转流体一起作圆周运动；同时产生惯性离心力，使颗粒沿径向向外甩出。
颗粒在这三个方向上的力的共同作用下运动。
假设在半径R处，流体的旋转角速度为ω，流体的圆周速度为uf，则处在该半径上的球形颗粒所受到的剩余惯性离心力Fc0为：
Fc0=G0/g（Rω）=G0/g.uf2/R
式中Fc0----—剩余惯性离心力，N；
G0----—颗粒剩余重力，G0=π/6×dp3（ρp-ρ）.g。
由于剩余惯性离心力的作用，颗粒与流体有相对运动，就产生了反向的流体阻力Fd。
因而颗粒在径向的运动方程式为：
m.dup/dt=Fc0-Fd
式中m——颗粒质量，kg；
dup/dt——颗粒在半径方向上的加速度；
Fd——径向上的流体阻力，N。
将Fd和Fc0代入上式，得颗粒运动加速度：
dup/dt=uf2/R.（ρp-ρ）/ρp-3/4.ξ.up2/dp.ρ/ρp
dup/dt随颗粒所在位置的半径而异，在工业用的设备中，dup/dt项比起其余两项要小得多，故可以认为颗粒径向加速度dup/dt=0，于是颗粒在半径方向上的沉降速度uor为：
uor={[4dp（ρp-ρ）]/3ξρ.uf2/R}-2
uor就是惯性离心力作用下的沉降速度（与重力作用下的沉降速度uo相当），uor的方向沿半径方向向外，即流体带着颗粒选择时，颗粒的惯性离心力使它沿切线方向通过运动中的流体飞出，因而逐渐离开旋转中心，uor即是颗粒离开旋转中心的速度（注意：
这个速度uor不是颗粒运动的绝对速度，而是它的径向分量），颗粒在旋转流体中的运动，实际上是沿着半径逐渐增大的螺旋形轨道前进的。
离心沉降速度uor与颗粒在静止流体内自由沉降速度uo比较的比值K为：
K=uor=/uo=[uf2/（R.g）]-2=[（Rω2）/g]-2
比值K称为离析因数，它等于惯性离心力与重力之比，比值K与旋转半径成反比，与切线速度的二次方成正比。
可见，减小旋转半径，增加切线速度，使K值增大。
颗粒所受的重力是一定值。
工业上可以通过各种方法使颗粒的离心加速度远远超过重力加速度，使得颗粒的沉降速度比在受重力场作用下的沉降速度大很多。
尽管这时还有重力的作用，但可不加考虑。
因此，可以利用惯性离心力来加快颗粒的沉降及分离比较小的颗粒，而且设备的体积也可以缩小。
二、选粉机设计计算程序
1、首先确定选粉机类型：
根据选粉对象、粒径大小和颗粒级配要求、选粉精度等基本情况，确定选粉机类型。
2、设计计算风机风量、风压及型号：
根据生产要求的粉体产量和选粉单位产量所需风量计算出总风量；根据选粉系统中各个组成部分的阻力降之和计算出系统总阻力，然后根据计算总风量和总阻力选择风机型号，该型号风机的风量和风压应适当大于计算的总风量和总阻力。
例如：
某粉磨系统：
①管磨机：
约50mmH2O,②O-Sepa选粉机：
约250mmH2O,
③高浓度袋式除尘器：
约200mmH2O,④管道及其他：
约100mmH2O，某粉磨系统的总阻力约：
①+②+③+④=600H2O。
3、设计各个部分的风速和相关尺寸：
根据管道的布置状态和气固两相流的沉降理论，计算（或经验）确定气流速度，然后根据风量和气流速度计算（或经验）相关尺寸。
三、选粉机易损件所用材料
1、进口钢材：
选粉机叶片（转子叶片和导风叶片）采用HARDOX钢板（HRC45~55）是比较最理想的，绵阳西金公司使用证实，耐磨性能满意，但价格很高，2008年售价1.9~2.2万元/t（中国浦发机械工业股份有限公司经销）。
2、我国研制的耐磨材料（仅供参考）：
⑴低合金钢：
用于球磨机衬板，常用牌号有：
30CrMnSiMoTi（处理后硬度HRC50~54）、35SiMn（处理后硬度HRC45~50）、40CrMnSiMoRe（处理后硬度HRC50~54）；
⑵锰系合金铸铁：
用于球磨机衬板，常用牌号有：
中锰球铁（处理后硬度HRC45~52）、中锰合金球铁（处理后硬度HRC45~52）、稀土锰铜铬镍白口铁（处理后硬度HRC50~56）；
⑶铬系合金白口铁：
用于球磨机衬板，常用牌号有：
Cr2Cu1（处理后硬度HRC50~60）、Cr13（处理后硬度HRC50~58）；
3、陶瓷马赛克贴面材料：
用于选粉机涡壳曲表面贴面耐磨处理，绵阳西金科技公司使用取得比较满意的效果。
四、常用选粉机的类型：
1、离心式选粉机（第一代选粉机），已被淘汰；
2、旋风式选粉机（第二代选粉机），基本被淘汰；
3、平面旋流选粉机（第三代选粉机）：
以日本小野田公司的O-Sepa型和
丹麦史密斯公司的Sepax型为代表的两种基本结构类型。
其余的型号基本上都是这两种形式的派生形式，比如GKX型和CCX型就是以上两种基本类型根据需要和工作条件我们开发的两种形式。
⑴GKX型选粉机是O-Sepa型的派生形式，其结构示意图如下。
其中四种规格型号的设计参数如表1。
表1GKX几种规格型号的设计参数
GKX-10
GKX-16
GKX-25
GKX-34
备注
产量
10T/h
16T/h
25T/h
34T/h
配套磨机
Ф2.4×8M
D1
680
830
970
1220
D2
940
1130
1310
1620
D3
940
1150
1350
1650
D4
700
850
1000
1250
D5
850
1050
1250
1500
D6
1100
1300
1550
1900
D7
1250
1500
1800
2200
D8
800
950
1150
1400
D9
700
850
1000
1250
D10
760
920
1080
1350
D11
720
880
1040
1280
D12
900
1100
1300
1600
D13
200
250
300
400
H1
520
680
800
900
H2
700
850
1000
1200
H3
80
100
120
130
H4
630
800
1020
1230
H5
473
563
693
823
H6
30
35
43
55
H7
450
545
641
762
H8
173
217
260
303
H9
8
8
10
20
H10
315
400
460
560
H11
100
100
100
150
B1
520
640
760
1000
B2
520
650
680
800
R1
1100
1325
R2
915
1120
a
75
85
b
100
120
a1
200
250
300
400
b1
80
100
130
150
配套
风机
调速
电机
①G4-73-11NO10D
（Q=37200M3/h）
（P=3236Pa）
Y-225M-4
（45kw）
（1480r/min）；
②JZTy61-4L
（15kw）
（1200~120r/min）
①G4-73-11NO10D
（Q=49400M3/h）
（P=3011Pa）
Y-250M-4
（55kw）
（1480r/min）；
②JZTy62-4L
（18.5kw）
（1200~120r/min）
①G4-73-11NO11D
Q=71000M3/h
P=3470Pa
Y-280M-4
（90kw）
（1480r/min）；
②JZTy72-4L
（30kw）
（1200~120r/min）
⑵CCX型选粉机是Sepax型的派生型，其组成结构如下图所示：
其中几种规格型号的设计参数如下表所示：
（注：
下表中CX型就是CCX型）
五、选粉机设计重要经验参数
1、选粉机分级室切向风速（即转子外边缘切向速度）大约在16~20m/s；选粉机分级室径向风速（风量/转子外边缘净圆面积）大约在m/s。
2、选粉机导风叶片角度常取：
61.5°、64.5°、67.5°三个角度，便可满足各种细度的选粉要求。
3、常用：
①转子外缘线速度3.5m/s；②转子外圆与导风叶片内点所在圆的径向距离（即选粉区宽度）为50~60mm（选粉区宽度尽可能小一些）；③选粉机单位产量所需风量1.6~2m3/Kg；
4、水泥行业中，生料粉密度（相当于比重）2.7t/m3,水泥粉密度3.1t/m3。
5、CCX型选粉机喂料浓度为1.6m3/1kg；单位产量需要风量为2m3/kg；转子边缘线速度3.5m/s；旋风筒进口风速为18~20m/s,筒体截面风速2.5~3m/s；CCX型选粉机分散锥处形成喉管部分的风速为22~25m/s；分散锥以上气流上升速度14~16m/s（注：
《新型干法水泥生产技术与设备》一书中认为：
管道风速要能保证物料能够悬浮于气流中，一般风速应达到16~22m/s），为了控制进入选粉机的物料粒度＜1mm,设计取12m/s。
6、摘自《新型干法水泥生产技术与设备》（化学工业出版社），p.105：
管道风速要能保证物料能够悬浮于气流中，一般风速应达到16~22m/s。
为了加强气流的冲击悬浮能力，可在悬浮区局部缩小管径或加插板，使气体局部加速，增大气体动能。
悬浮区气体中的生料粉，大部分以凝聚态的“灰花”（粒径在300~600μm、个别可达1000μm）游浮运动着。
7、《新型干法水泥生产技术与设备》，李海涛，化学工业出版社，p.297，提供：
⑴O-Sepa选粉机的料气比（对于水泥）Cs≤2.5kg/m3,
⑵型号为N-4500的空气量为Qa=4500m3/min,
⑶系统阻力：
①管磨机：
约50mmH2O,
②O-Sepa选粉机：
约250mmH2O,
③高浓度袋式除尘器：
约200mmH2O,
④管道及其他：
约100mmH2O，
总阻力约=①+②+③+④=600H2O。
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