Как распределение частиц сырого кокса по размерам количественно влияет на проницаемость слоя материала и равномерность обжига во вращающейся печи? 

Количественное влияние гранулометрического состава исходного кокса на проницаемость слоя материала и равномерность обжига во вращающейся печи может быть проанализировано с помощью корреляции между параметрами размера частиц и показателями процесса следующим образом:

I. Количественное влияние гранулометрического состава на проницаемость слоя материала
Однородность частиц по размеру (значение PDI)
Определение: Индекс дисперсности гранулометрического состава (PDI = D90/D10, где D90 – размер сита, через которое проходят 90% частиц, а D10 – размер сита, через которое проходят 10% частиц).
Характер удара:
Меньшее значение PDI (указывающее на более однородный размер частиц) приводит к повышению пористости слоя материала, при этом показатель проницаемости (значение K) увеличивается примерно на 15-20%.
Экспериментальные данные:
При снижении PDI с 2,0 до 1,3 перепад давления внутри печи уменьшается на 22%, а расход газа увеличивается на 18%, что свидетельствует о значительном улучшении проницаемости.
Механизм:
Равномерный размер частиц уменьшает явление заполнения мелкими частицами промежутков между крупными частицами, избегая эффекта “перемычки” и, таким образом, снижая сопротивление воздушному потоку.
Содержание мелких частиц (<0,5 мм)
Критический порог:
Когда доля мелких частиц превышает 10%, проницаемость резко ухудшается.
Количественное соотношение:
При увеличении количества мелких частиц на каждые 5% перепад давления внутри печи увеличивается примерно на 30%, а расход газа уменьшается на 25%.
тематическое исследование:
В печи для обжига нефтяного кокса, когда содержание мелких частиц увеличивается с 8% до 15%, разрежение в верхней части печи повышается с -200 Па до -350 Па, что требует увеличения мощности вентилятора с принудительной тягой для поддержания работы, что приводит к увеличению потребления энергии на 12%.
Средний размер частиц (D50)
Оптимальный диапазон:
Наилучшая проницаемость достигается при D50 в диапазоне от 8 до 15 мм.
Влияние отклонения:
Когда D50 составляет менее 5 мм, пористость слоя материала уменьшается до уровня менее 35%, а показатель проницаемости снижается на 40%;
Когда D50 превышает 20 мм, несмотря на высокую пористость, площадь контакта между частицами уменьшается, что снижает эффективность теплопередачи на 15% и косвенно влияет на равномерность обжига.
II. Количественное влияние распределения частиц по размерам на равномерность обжига
Стандартное отклонение распределения температуры (σT)
Определение:
Статистический показатель амплитуды колебаний осевой температуры внутри печи, при этом меньшее значение σT указывает на более равномерный обжиг.
Влияние размера частиц:
Когда размер частиц однороден (PDI < 1,5), σT можно регулировать в пределах ±15℃.;
Когда размер частиц неоднороден (PDI > 2,5), σT увеличивается до ±40℃, что приводит к локальному перегоранию или недогоранию.
тематическое исследование:
В алюминиево-углеродной вращающейся печи за счет оптимизации гранулометрического состава для снижения PDI с 2,8 до 1,4 стандартное отклонение содержания летучих веществ в продукте снижается с 0,8% до 0,3%, что значительно улучшает равномерность обжига.
Скорость перемещения фронта реакции (Vr)
Определение:
Скорость протекания реакции обжига на границе раздела фаз в слое материала, отражающая эффективность обжига.
Зависимость от размера частиц:
На каждые 10% увеличения доли мелких частиц (<3 мм) Vr увеличивается примерно на 25%, но это может привести к чрезмерно быстрым реакциям и локальному перегреву;
При увеличении доли крупных частиц (>20 мм) на каждые 10% Vr уменьшается на 15% из-за увеличения сопротивления теплопередаче.
Точка равновесия:
Когда распределение частиц по размерам является бимодальным (например, смесь частиц размером 3-8 мм и 15-20 мм), Vr можно поддерживать в оптимальном диапазоне (0,5-1,0 мм/мин), обеспечивая при этом однородность.
Коэффициент квалификации продукта (Q)
Количественное соотношение:
При увеличении однородности частиц по размеру на каждые 0,5 единицы (т.е. при снижении значения PDI) уровень качества продукта увеличивается примерно на 8%;
При снижении содержания мелких частиц на каждые 5% количество отходов из-за недожога или пережога уменьшается на 12%.
Промышленные данные:
Во вращающейся печи для обжига диоксида титана за счет регулирования размера частиц исходного кокса (D50 = 12 мм, PDI = 1,6) стандартное отклонение белизны продукта уменьшается с 1,2 до 0,5, а доля продукта первого сорта увеличивается с 75% до 92%.
iii. Комплексные рекомендации по оптимизации
Цели контроля размера частиц:
D50: 8-15 мм (регулируется в зависимости от характеристик материала);
PDI: <1,5;
Содержание мелких частиц (<0,5 мм): <8%.
Стратегии регулирования процесса:
Применяйте многоступенчатые процессы дробления и сортировки для обеспечения равномерного распределения частиц по размерам;
Проводите предварительную формовочную обработку (например, брикетирование) мелких частиц, чтобы уменьшить потери на вылет.;
Оптимизируйте распределение частиц по размерам в зависимости от типа печи (отношение длины к диаметру, скорость вращения), например, используя крупные частицы в качестве основного компонента для длинных печей и добавляя мелкие частицы для коротких печей.
Мониторинг и обратная связь:
Установите онлайн-анализаторы размера частиц, чтобы отслеживать распределение частиц по размерам в материале, поступающем в печь, в режиме реального времени;
В сочетании с моделированием температурного поля внутри печи с помощью компьютерной гидродинамики (CFD) для динамической настройки параметров размера частиц и режима обжига.