湖南某公司新建 15 kt/ a超细钛白粉 ( TiO2 )生产线 ,成品采用连续密相气力输送。4 ～6μm 的超细二氧化钛微粒尺寸小、比表面积大 ,由于其小尺寸效应、量子尺寸效应而表现出许多不同于常规材料的特性。作者承担了该项目的超细钛白粉气力输送系统的设计、部分设备的制造和调试开车任务。运行测试表明 ,系统运行稳定 ,满足生产要求。

1 输送与除尘系统
该系统设计输送量为 3 t/ h。由于超细钛白粉粒径细而均匀 ,堆积密度大、存气性好 ,其料性适合流态化的输送形式。该输送装置集投料、除尘和旋转阀连续输送等功能于一体,用 135°转角的换向阀
(柱塞阀 )切换输送路径至两个 8 m3 成品料仓 ,输送距离约 30 m,高度 25 m ,其中每条输送线有弯头 5 个。投料仓、成品料仓设有音叉料位计。投料仓、成品料仓上方均设置粉尘收集效果较好的除尘器。输送设备主要包括旋转阀、投料仓、除尘器、气体流量.

2工程设计原则

钛白粉的相对密度大、吸附性强 ,容易在输送管道中积聚成团 ,造成输送不稳定 ,严重时会堵料。在

输送工艺设计时要选择适当的固气比 ,以达到输送稳定与能耗低的统一; 超细钛白粉粒径细 , 容易泄漏 ,需配置设计可靠的除尘系统。钛白粉流动性差 , 设备设计中还要考虑卸料时的物料流动均匀稳定。结合以上要求确定了下列设计原则: ①系统应具备多种操作方式 ,自动工作时不需现场操作人员; ②监控系统应操作方便,自诊断容易 ,维护简单; ③国产旋转阀耐压较低 ,气体泄漏量大 ,须设置特殊的排气装置 ,有利旋转阀喂料; ④换向阀切换转动前 ,具有先清灰再转动的功能 ,防止阀体密封件受损; ⑤管壁内部需抛光 ,减小输送能耗; ⑥投料仓设计要考虑使下料顺畅; ⑦选取正确的过滤材料 ,保证过滤面积 , 提高除尘效率。

3 控制方案的设计
2. 1 输送装置的自动控制

因为现场环境较为恶劣,有粉尘、噪音等污染 ,为了减少现场操作人员,采用现场手动 /自动操作控制箱。通过可编程控制器远程模块通讯中央控制室监控配套的方式。压力变送器实时检测压力的变化信号,反映了输送管内物料流动的状况。上、下限压力值的设置信号,是系统开、关的基本条件之一。动态压力信号波动于上、下限压力值之间 ,表示输送正常

长脉冲周期。一般取值在 60～100 s,两个电磁阀交替吹气。反吹气先由油水过滤器处理后进入小型储气罐 ,使其达到除油、除水 ,保持压力和流量的稳定。
3. 3 气体流量自动控制

在气力输送系统中 ,管道内流动的是固气两相流。对某种物料的气力输送 ,当设备、输送管道确定后 ,输送用气量的改变就会引起物料运动状态的变化。因为物料运动状态随着输送气流速度的变化而变化。高速时 ,物料呈悬浮状均匀分布地被空气流动输送 ,随气速降低物料开始聚集 ,之后物料在管道中聚集形成团块 ,以团块滑动形态输送。若继续降低气体速度 ,管道截面就会被堵塞 ,形成不稳定的料栓。根据钛白粉的物料特性 ,气流速度通常在 8 ～ 15 m / s之间。此时的超细钛白粉在管道内不再均匀分布 ,呈密集状态 ,但管道未被其堵塞 ,依靠空气的动能来输送 ,属流态化形态的密相动压输送。流态化输送最适应管道气力输送微细粉料。根据气速变化使物流运动状态改变的关系 ,对用气量进行有效控制是整个系统正常运行极为重要的因素。

在气力输送系统中,拉伐尔喷管是重要的气体参数控制元件。它是流线型的缩放喷嘴 ,当喷管的出口与进口压力略小于临界压力比时 (空气的临界压力比为 0. 528) ,喷管的流量达到其最大容积流量。

运行。高于上限值表示阻力增加 ,管道局部受堵,此时可自动切换至故障处理程序。动态压力低于下限

Qmax= fcr

值,表示输送系统供料减少,系统转到预备结束程序。成品料仓上的音叉式料位计 ,其上、下限开关量

式中: Qmax ———通过喉部的临界流量 ,也是喷管的最
大流量 , m3 / s;

控制换向阀改变输送路径的方向 ,或者输送系统待

fcr
———临界截面积 , m2 ;

命。投料仓上音叉式料位计的上、下限开关量同样是确认输送系统运行条件之一 ,并与前道工序建立自控联锁的逻辑关系。

3. 2 除尘装置自动控制
本系统选用脉冲反吹袋式除尘器 ,过滤材料选用进口纺黏聚酯制作的专用脉冲褶式滤筒 ,一体化成型。实验测得 :当过滤风速 1. 5 m /m in、进口含尘浓度 69 g/m3 、平均粒径 0. 5μm 时 ,其收尘效率达到99. 99% 。

脉冲反吹电磁阀选用美国产品 ,由 PLC程控器控制 ,脉冲周期的长短会直接影响除尘器的压力损失、压缩空气量以及动作部件的使用寿命。在一定的喷吹压力下 ,主要取决于入口粉尘浓度和过滤风速 ,因此在除尘器压力损失允许的条件下 ,应尽量延

k———气体的等熵 (绝热 )指数 ,空气的等熵指数 k = 1. 4;

p ———进口压力 , N /m2 ;
υ1 ———入口气体比容 ,υ1 = 1 /ρ1 , ρ1 为入口气体密度 , m3 / kg。

可见喷管的最大容积流量与出口压力无关,在一定

上游压力下 ,流量保持不变,输送流速不会降低到低于允许流速的地步 ,保证物料以设计的流动形态完成输送过程。一般管内流速呈抛物线形分布 ,中间大周边小。而拉伐尔喷管出口流速基本上是均匀的 ,有利于推动物料。气体流量控制组合件由调压阀、拉伐尔喷管和电磁阀等组合而成 ,根据作用的不同 ,设定不同的压力及尺寸不同的喷嘴来实现系统的气体流量控制

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