Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей измельчения топлива

2 Теоретические и экспериментальные

   Исследования закономерностей измельчения

   топлива

2.1 Гранулометрические характеристики

      сырого топлива и пыли

Подготовка топлива к сжиганию на электростанциях, как правило, организуется в два этапа. Вначале сырое топливо подвергается предварительному дроблению в станционных дробилках. Окончательный размол топлива, совмещенный с его подсушкой, происходит в мельницах. В результате каждой операции измельчения получается полидисперсный материал.

Качественно процессы размола и дробления одинаковы. Однако если при дроблении размер начального куска сокращается в 5…20 раз, то при помоле кратность уменьшения зерен достигает 100…200 (уменьшение размера куска с 15…25 мм до величины 0,1…0,2 мм) [95].

Важнейшей характеристикой полидисперсного вещества является распределение частиц по размерам, которое называют зерновым или гранулометрическим составом. В теории пылеприготовления для математического описания интегральной зерновой характеристики материала наиболее часто [90, 95, 119, 120] используют приближенное уравнение Розина – Раммлера

,                                       (2.1)

где R_d – выход суммарного надрешетного продукта на каком-либо сите, %; d – размер ячейки данного сита, мкм; е – основание натуральных логарифмов; b – коэффициент, характеризующий тонкость помола (b = 0,025...0,1 – чем больше b, тем пыль тоньше); n – коэффициент, характеризующий равномерность гранулометрического состава (n = 0,6...1,8 – чем выше значение n, тем меньше рассеянность зерен по крупности от их среднего значения).

Часто n называют коэффициентом полидисперсности. Если известны значения выходов суммарного надрешетного продукта на каких-либо двух ситах  и , %, с размерами отверстий d₁ и d₂ (d₁ > d₂), мкм, то значение п можно определить по формуле

.                             (2.2)

Для анализа гранулометрических характеристик широко используют логарифмическую систему координат, размеченную в масштабе lg[ln(100/R_d)] и lgd [(см. формулу (2.2)] и известную как сетка Розена – Раммлера – Беннета (РРБ), в которой кривая ситового анализа становится прямой, тангенс угла наклона которой численно равен n.

Определив n, из (2.1) легко найти значение b по формуле

.                                      (2.2-а)

Для диапазона размеров частиц с постоянным значением коэффициента n по известному значению одного  можно найти значение любого другого R_d по формуле

.                                    (2.3)

Удельную поверхность пыли S, м²/кг, можно оценить по приближенной формуле [95]

,                                    (2.4)

где r_к – кажущаяся плотность измельчаемого топлива; n – показатель полидисперсности; R₉₀ – полный остаток на сите с размерами ячеек 90 мкм¸ %. Формула (2.4) получена в предположении идеальной формы частиц и постоянства показателя n. Однако определенные экспериментально действительные значения S для реальных материалов существенно отличаются в большую сторону от значений, подсчитанных по формуле (2.4). Причем если для мелких порошков (со средними диаметрами зерен 10…100 мкм) это превышение, характеризуемое коэффициентом m, составляет 1,6…2, то при переходе к частицам более 1 мм значения m достигают 4…8 [95].

Средний размер (по массе) куска исходного топлива D_s или пыли d_s, м, можно подсчитать по формуле [124]

,                                        (2.5)

где A_i – среднее арифметическое значение размеров отверстий сит, ограничивающих выделенный (i-й) класс крупности, м; F_i – выход i-го класса крупности, %; k – число классов крупности.

Принято считать [55, 95, 122, 123 и др.], что коэффициент полидисперсности n дробленого продукта определяется типом дробилки. Для продукта молотковых дробилок, в основном используемых на ТЭС, рекомендуется принимать n = 1. Исходя из этого, для дробленки в литературе приведены формулы и графики, устанавливающие взаимосвязь между остатком на сите 5 мм (R_5.), 10 мм (R_10.) и максимальным размером зерна D_max.

Однако анализ гранулометрических характеристик, полученных после размола в молотковых дробилках подмосковного, башкирского и ряда бурых углей восточных месторождений, показал (рисунок 2.1), что в широком диапазоне изменения качества дробления (R_5. = 25…60 %) коэффициент n, подсчитанный по формуле (2.2) по значениям R_5. и R_10., изменяется в пределах от 0,55 до 0,75 (несколько возрастая с увеличением R_5.), что существенно меньше рекомендуемого значения, равного 1. Установить какую-либо взаимосвязь между R_5. и D_max вообще не удалось. Тем не менее, величина D_max зависела от соответствующей "настройки" предвключенного к дробилке грохота.