Kā neapstrādāta koksa daļiņu izmēru sadalījums kvantitatīvi ietekmē materiāla slāņa caurlaidību un kalcinēšanas vienmērīgumu rotācijas krāsnī?

Izejmateriāla koksa daļiņu izmēra sadalījuma kvantitatīvo ietekmi uz materiāla slāņa caurlaidību un kalcinēšanas vienmērīgumu rotācijas krāsnī var analizēt, izmantojot daļiņu izmēra parametru un procesa indikatoru korelāciju šādi:

I. Daļiņu izmēru sadalījuma kvantitatīvā ietekme uz materiāla slāņa caurlaidību

Daļiņu izmēra vienmērīgums (PDI vērtība)

• Definīcija: Daļiņu izmēra sadalījuma dispersijas indekss (PDI = D90/D10, kur D90 ir sieta izmērs, caur kuru iziet 90% daļiņu, un D10 ir sieta izmērs, caur kuru iziet 10% daļiņu).
• Trieciena modelis:
  Mazāka PDI vērtība (kas norāda uz vienmērīgāku daļiņu izmēru) noved pie lielākas materiāla slāņa porainības, caurlaidības indeksam (K vērtībai) palielinoties par aptuveni 15–20 %.
• Eksperimentālie dati:
  Kad PDI samazinās no 2,0 līdz 1,3, spiediena kritums krāsnī samazinās par 22%, un gāzes plūsmas ātrums palielinās par 18%, kas norāda uz ievērojamu caurlaidības uzlabošanos.
• Mehānisms:
  Vienāds daļiņu izmērs samazina mazu daļiņu aizpildīšanas parādību starp lielām daļiņām, izvairoties no "daļiņu tilta" efekta un tādējādi samazinot gaisa plūsmas pretestību.

Smalko daļiņu saturs (<0,5 mm)

• Kritiskais slieksnis:
  Kad smalko daļiņu īpatsvars pārsniedz 10%, caurlaidība strauji pasliktinās.
• Kvantitatīvās attiecības:
  Par katriem 5% smalko daļiņu pieauguma spiediena kritums krāsnī palielinās par aptuveni 30%, un gāzes plūsmas ātrums samazinās par 25%.
• Gadījuma izpēte:
  Naftas koksa kalcinēšanas krāsnī, kad smalko daļiņu saturs palielinās no 8% līdz 15%, negatīvais spiediens krāsns galvā palielinās no -200 Pa līdz -350 Pa, kā rezultātā ir nepieciešams palielināt inducētās vilkmes ventilatora jaudu, lai uzturētu darbību, kā rezultātā enerģijas patēriņš palielinās par 12%.

Vidējais daļiņu izmērs (D50)

• Optimālais diapazons:
  Vislabākā caurlaidība tiek sasniegta, ja D50 ir no 8 līdz 15 mm.
• Novirzes ietekme:
  Kad D50 ir mazāks par 5 mm, materiāla slāņa porainība samazinās zem 35%, un caurlaidības indekss samazinās par 40%;
  Kad D50 pārsniedz 20 mm, lai gan porainība ir augsta, daļiņu saskares laukums samazinās, samazinot siltuma pārneses efektivitāti par 15% un netieši ietekmējot kalcinēšanas vienmērīgumu.

II. Daļiņu izmēra sadalījuma kvantitatīvā ietekme uz kalcinēšanas vienmērīgumu

Temperatūras sadalījuma standartnovirze (σT)

• Definīcija:
  Statistikas rādītājs, kas raksturo aksiālās temperatūras svārstību amplitūdu krāsnī, kur mazāka σT norāda uz vienmērīgāku kalcinēšanu.
• Daļiņu izmēra ietekme:
  Kad daļiņu izmērs ir vienāds (PDI <1,5), σT var kontrolēt ±15 ℃ robežās;
  Ja daļiņu izmērs nav vienmērīgs (PDI > 2,5), σT izplešas līdz ±40 ℃, izraisot lokālu pārdegšanu vai nepietiekamu degšanu.
• Gadījuma izpēte:
  Alumīnija oglekļa rotācijas krāsnī, optimizējot daļiņu izmēra sadalījumu, lai samazinātu PDI no 2,8 līdz 1,4, gaistošo vielu satura standartnovirze produktā samazinās no 0,8% līdz 0,3%, ievērojami uzlabojot kalcinēšanas vienmērīgumu.

Reakcijas frontes kustības ātrums (Vr)

• Definīcija:
  Kalcinēšanas reakcijas saskarnes virzes ātrums materiāla slānī, kas atspoguļo kalcinēšanas efektivitāti.
• Korelācija ar daļiņu izmēru:
  Par katriem 10 % smalko daļiņu (<3 mm) īpatsvara palielinājuma Vr palielinās par aptuveni 25 %, taču tas var izraisīt pārāk ātras reakcijas un lokālu pārkaršanu;
  Par katriem 10 % rupjo daļiņu (> 20 mm) īpatsvara palielināšanās Vr samazinās par 15 % palielinātas siltuma pārneses pretestības dēļ.
• Līdzsvara punkts:
  Ja daļiņu izmēru sadalījums ir bimodāls (piemēram, 3–8 mm un 15–20 mm daļiņu maisījums), Vr var uzturēt optimālajā diapazonā (0,5–1,0 mm/min), vienlaikus nodrošinot vienmērīgumu.

Produkta kvalifikācijas līmenis (Q)

• Kvantitatīvās attiecības:
  Par katru daļiņu izmēra vienmērīguma palielināšanos par 0,5 vienībām (t. i., PDI vērtības samazināšanos) produkta kvalifikācijas līmenis palielinās par aptuveni 8 %;
  Par katriem 5 % smalko daļiņu satura samazinājumu atkritumu daudzums nepietiekamas vai pārdegšanas dēļ samazinās par 12 %.
• Rūpnieciskie dati:
  Titāna dioksīda rotācijas krāsnī, kontrolējot izejmateriāla koksa daļiņu izmēru (D50 = 12 mm, PDI = 1,6), produkta baltuma standartnovirze samazinās no 1,2 līdz 0,5, un pirmās šķiras produkta īpatsvars palielinās no 75% līdz 92%.

III. Visaptveroši optimizācijas ieteikumi

Daļiņu izmēra kontroles mērķi:

• D50: 8–15 mm (regulējams atbilstoši materiāla īpašībām);
• PDI: <1,5;
• Smalko daļiņu (<0,5 mm) saturs: <8%.

Procesa pielāgošanas stratēģijas:

• Pieņemt daudzpakāpju drupināšanas un sijāšanas procesus, lai nodrošinātu koncentrētu daļiņu izmēra sadalījumu;
• Veikt smalko daļiņu iepriekšēju formēšanas apstrādi (piemēram, briketēšanu), lai samazinātu zudumus, kas rodas aizlidojot;
• Optimizējiet daļiņu izmēra gradāciju atbilstoši krāsns tipam (garuma un diametra attiecība, rotācijas ātrums), piemēram, izmantojot rupjas daļiņas kā galveno komponentu garām krāsnīm un papildinot tās ar smalkām daļiņām īsām krāsnīm.

Uzraudzība un atgriezeniskā saite:

• Uzstādīt tiešsaistes daļiņu izmēra analizatorus, lai reāllaikā uzraudzītu krāsnī ienākošā materiāla daļiņu izmēra sadalījumu;
• Apvienojiet ar skaitļošanas šķidrumu dinamikas (CFD) modelēšanu temperatūras laukam krāsns iekšpusē, lai dinamiski pielāgotu daļiņu izmēra parametrus un kalcinēšanas režīmu.