湖南某公司新建 15 kt/ a超細鈦白粉 ( TiO2 )生產線 ,成品采用連續密相氣力輸送。4 ～6μm 的超細二氧化鈦微粒尺寸小、比表面積大 ,由于其小尺寸效應、量子尺寸效應而表現出許多不同于常規材料的特性。作者承擔了該項目的超細鈦白粉氣力輸送系統的設計、部分設備的制造和調試開車任務。運行測試表明 ,系統運行穩定 ,滿足生產要求。

1 輸送與除塵系統
該系統設計輸送量為 3 t/ h。由于超細鈦白粉粒徑細而均勻 ,堆積密度大、存氣性好 ,其料性適合流態化的輸送形式。該輸送裝置集投料、除塵和旋轉閥連續輸送等功能于一體,用 135°轉角的換向閥
(柱塞閥 )切換輸送路徑至兩個 8 m3 成品料倉 ,輸送距離約 30 m,高度 25 m ,其中每條輸送線有彎頭 5 個。投料倉、成品料倉設有音叉料位計。投料倉、成品料倉上方均設置粉塵收集效果較好的除塵器。輸送設備主要包括旋轉閥、投料倉、除塵器、氣體流量.

2工程設計原則

鈦白粉的相對密度大、吸附性強 ,容易在輸送管道中積聚成團 ,造成輸送不穩定 ,嚴重時會堵料。在

輸送工藝設計時要選擇適當的固氣比 ,以達到輸送穩定與能耗低的統一; 超細鈦白粉粒徑細 , 容易泄漏 ,需配置設計可靠的除塵系統。鈦白粉流動性差 , 設備設計中還要考慮卸料時的物料流動均勻穩定。結合以上要求確定了下列設計原則: ①系統應具備多種操作方式 ,自動工作時不需現場操作人員; ②監控系統應操作方便,自診斷容易 ,維護簡單; ③國產旋轉閥耐壓較低 ,氣體泄漏量大 ,須設置特殊的排氣裝置 ,有利旋轉閥喂料; ④換向閥切換轉動前 ,具有先清灰再轉動的功能 ,防止閥體密封件受損; ⑤管壁內部需拋光 ,減小輸送能耗; ⑥投料倉設計要考慮使下料順暢; ⑦選取正確的過濾材料 ,保證過濾面積 , 提高除塵效率。

3 控制方案的設計
2. 1 輸送裝置的自動控制

因為現場環境較為惡劣,有粉塵、噪音等污染 ,為了減少現場操作人員,采用現場手動 /自動操作控制箱。通過可編程控制器遠程模塊通訊中央控制室監控配套的方式。壓力變送器實時檢測壓力的變化信號,反映了輸送管內物料流動的狀況。上、下限壓力值的設置信號,是系統開、關的基本條件之一。動態壓力信號波動于上、下限壓力值之間 ,表示輸送正常

長脈沖周期。一般取值在 60～100 s,兩個電磁閥交替吹氣。反吹氣先由油水過濾器處理后進入小型儲氣罐 ,使其達到除油、除水 ,保持壓力和流量的穩定。
3. 3 氣體流量自動控制

在氣力輸送系統中 ,管道內流動的是固氣兩相流。對某種物料的氣力輸送 ,當設備、輸送管道確定后 ,輸送用氣量的改變就會引起物料運動狀態的變化。因為物料運動狀態隨著輸送氣流速度的變化而變化。高速時 ,物料呈懸浮狀均勻分布地被空氣流動輸送 ,隨氣速降低物料開始聚集 ,之后物料在管道中聚集形成團塊 ,以團塊滑動形態輸送。若繼續降低氣體速度 ,管道截面就會被堵塞 ,形成不穩定的料栓。根據鈦白粉的物料特性 ,氣流速度通常在 8 ～ 15 m / s之間。此時的超細鈦白粉在管道內不再均勻分布 ,呈密集狀態 ,但管道未被其堵塞 ,依靠空氣的動能來輸送 ,屬流態化形態的密相動壓輸送。流態化輸送最適應管道氣力輸送微細粉料。根據氣速變化使物流運動狀態改變的關系 ,對用氣量進行有效控制是整個系統正常運行極為重要的因素。

在氣力輸送系統中,拉伐爾噴管是重要的氣體參數控制元件。它是流線型的縮放噴嘴 ,當噴管的出口與進口壓力略小于臨界壓力比時 (空氣的臨界壓力比為 0. 528) ,噴管的流量達到其最大容積流量。

運行。高于上限值表示阻力增加 ,管道局部受堵,此時可自動切換至故障處理程序。動態壓力低于下限

Qmax= fcr

值,表示輸送系統供料減少,系統轉到預備結束程序。成品料倉上的音叉式料位計 ,其上、下限開關量

式中: Qmax ———通過喉部的臨界流量 ,也是噴管的最
大流量 , m3 / s;

控制換向閥改變輸送路徑的方向 ,或者輸送系統待

fcr
———臨界截面積 , m2 ;

命。投料倉上音叉式料位計的上、下限開關量同樣是確認輸送系統運行條件之一 ,并與前道工序建立自控聯鎖的邏輯關系。

3. 2 除塵裝置自動控制
本系統選用脈沖反吹袋式除塵器 ,過濾材料選用進口紡黏聚酯制作的專用脈沖褶式濾筒 ,一體化成型。實驗測得 :當過濾風速 1. 5 m /m in、進口含塵濃度 69 g/m3 、平均粒徑 0. 5μm 時 ,其收塵效率達到99. 99% 。

脈沖反吹電磁閥選用美國產品 ,由 PLC程控器控制 ,脈沖周期的長短會直接影響除塵器的壓力損失、壓縮空氣量以及動作部件的使用壽命。在一定的噴吹壓力下 ,主要取決于入口粉塵濃度和過濾風速 ,因此在除塵器壓力損失允許的條件下 ,應盡量延

k———氣體的等熵 (絕熱 )指數 ,空氣的等熵指數 k = 1. 4;

p ———進口壓力 , N /m2 ;
υ1 ———入口氣體比容 ,υ1 = 1 /ρ1 , ρ1 為入口氣體密度 , m3 / kg。

可見噴管的最大容積流量與出口壓力無關,在一定

上游壓力下 ,流量保持不變,輸送流速不會降低到低于允許流速的地步 ,保證物料以設計的流動形態完成輸送過程。一般管內流速呈拋物線形分布 ,中間大周邊小。而拉伐爾噴管出口流速基本上是均勻的 ,有利于推動物料。氣體流量控制組合件由調壓閥、拉伐爾噴管和電磁閥等組合而成 ,根據作用的不同 ,設定不同的壓力及尺寸不同的噴嘴來實現系統的氣體流量控制

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