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适合水泥制造业粉粒状物料的粉体输送技术

文章出处:admin 人气: 发表时间:2016-04-16

  水泥是由石灰石、粘土类等自然矿物原料,以及工业废渣、副产物等,通过热工工程和粉体工程加工后生成的一种高比表面积且具有胶凝性的粉体物质。通过改变原料组分或加工工艺,使产品性能改变,可以得到多品种水泥。在水泥生产过程中,从原料采掘到成品出厂,都是散体物料的处理过程,成品水泥是一种细粉物料,粒度范围约在0.1~100μm,从矿山开采的石灰石到水泥产品出厂,破碎比可达10万比1。一座年产200万吨水泥的水泥厂,每天在厂内约有近万吨的各种块状和粉粒状物料在“运动”。

  水泥制造业是应用粉体技术的典型工业,应用创新的粉体技术,一方面可以保证产品的质量要求,一方面可以节能减排保护生态环境,所以创新的粉体技术对水泥工业来说有着非常重要的现实意义。世界水泥技术发展趋势是以节能化、资源化、环境保护为中心,实现清洁生产和高效集约化生产,在保证高质量水泥的同时加强水泥生态化技术研究与开发,逐步减少天然资源和天然能源的消耗,并提高废弃物的再循环利用水平,最大程度地减少环境污染和最大限度地接收消纳工业废弃物及城市垃圾等,达到与生态环境和谐共存。节能减排的创新粉体技术是水泥工业生态化的强有力的技术支撑。

  水泥工业采用的粉体技术有粉体取样方法、颗粒的表征方法、粉体计量与过程检测技术、粉体的分散技术、粉体的分级与分选技术、粉体力学知识(料仓设计)、破碎与粉磨技术、混合与均化技术、成球造粒方法、表面改质、粉碎机械力化学的应用技术(超细活化)、固液分离法(过滤)、固气分离法(收尘)、颗粒的流体输送(二相流)、粉尘爆炸的防止、粉体故障处理、废弃物再循环利用技术等。

  (1)粉体性质的研究包括颗粒形态学、粉体力学和颗粒测定技术。颗粒形态学与粉体流动性、水泥强度有很密切的关系。粉体力学在料仓设计方面起着指导作用,是粉体技术在工业应用的典范。颗粒测定技术主要研究的是颗粒表征方法与联机在线的测定问题,如可信度高的在线流量和质量计测装置,以指导水泥厂粉碎作业的正确操作。

  (2)粉碎有效能的研究一个多世纪以来,在破碎原理上着重研究固体物料的碎裂规律及其功能,随着现代水泥工业的发展,在20世纪60、70年代出现了设备大型化的热潮,进入80年代以后,由于世界能源紧缺,推进了“预粉磨”、“多碎少磨”等节能工艺及新型节能设备的发展,随着高新技术的发展和矿物加工工业的精细化,水泥产品中的超细水泥也引起了人们重视。此外破碎原理的研究向多学科多领域和交叉学科方面拓展,从而推进了破碎原理不再停留在粉碎物理学和粉碎功耗方面,出现了粉碎动力学、粉碎物理化学、粉碎机构学等新的领域,破碎工艺也出现了多样化。粉碎有效能的研究对水泥厂的节能来说相当重要,水泥生产粉磨工序的耗电量约为水泥制备全部耗电量的70%,为了最大限度地节能和加工出符合要求的产品,必须研究粉碎节能的机理、开发更有效的粉磨技术和设备。粉碎技术的研究内容有三:单一颗粒的粉碎物理学、粉碎工艺的系统工程以及粉碎的机械力化学。在三大粉碎理论的基础上,料床粉碎机理的研究近年来在水泥工业得到了重视,同时由于对粉碎机械力化学的深入研究,促进了超细粉碎工艺的发展。

  (3)计量、给料与输送在生产过程中,计量装置的重要性是不言而喻的。水泥厂主要使用的计量设备有皮带秤、冲击式固体流量计、科力奥里粉料计量秤、转子计量秤、环状天平式计量秤等,往往计量设备也是给料装置,在粉体工程中是过程的执行机构,称为操作端。一般水泥厂粉体物料流动性很差,再加上操作环境恶化,所以对水泥工业的计量给料设备的要求很苛刻,必须可靠性高、再现性好。近年来,由于粉体技术、光学、微电子学和精密仪器的发展,水泥生产过程流量检测(分气体流量和粉粒状物料流量)的检测技术有了很大进步,检测在线化、自动化、检测结果的代表性、可靠性、再现性有了很大发展,一些新型检测仪表和装置对水泥生产的自动化控制起到了很大作用。减少粉体流动故障和在粉体输送、计量中实现有效控制的机理及相应设备,是近年来人们努力研究的内容。降低气力的输送能耗和确保机械输送的可靠性,都是水泥厂优先考虑的粉体技术。

  (4)固气分离技术在粉体工程中,固气分离有两种目的,一种是在某种产品生产中或在气力输送中,需要把目的物从气体中分离出来;另一种是为了环境保护与文明生产的目的,需要收集气体中的粉尘,这两种目的在操作中都是一样的。水泥粉体技术的固气分离,主要研究开发高温、高浓度粉尘状态下的气、固分离技术和设备,包括过滤介质的性能研究(如可实现真正表面过滤的膨体聚四氟乙烯薄膜滤料,烧结体过滤器等)。在日益严格的环保标准要求下,易实现高分离效率的袋收尘器得到了重视,但由于电、袋收尘器各自的优缺点,在收尘器的新设计观点指引下,可能出现电、袋合一的高效收尘器并在工业中得到采用,它集电收尘器和袋收尘器的优点于一身,靠静电作用于滤袋积灰的清除,可实现高气—布比、低阻力、高分离效率,并且随着信息化时代的到来,对水泥厂排尘的自动连续监控将逐步实现。

  由于粉体技术的进步,相关科技领域水平的提高,使得水泥生产技术得到了飞快发展和进步,然而,由于全球性的人口、资源、环境矛盾尖锐,中国水泥工业的现代化面临严峻挑战,发展循环经济,建设资源节约型、环境友好型社会,走新型工业化道路,将继续成为下一个五年规划的战略目标,水泥工业以它得天独厚的优势,必然成为循环经济的组成部分。中国水泥工业现在已开始向生态化进军,急需废弃物预处理和处理、污染物减排和防治、有害元素和重金属的检测与监测的各种创新粉体技术、设备的支持,这已成为粉体技术在水泥领域应用的新进展。