Як розподіл розмірів частинок сирого коксу кількісно впливає на проникність шару матеріалу та рівномірність випалу в обертовій печі?

Кількісний вплив розподілу розмірів частинок сировинного коксу на проникність шару матеріалу та рівномірність випалу в обертовій печі можна проаналізувати за допомогою кореляції між параметрами розміру частинок та показниками процесу наступним чином:

I. Кількісний вплив розподілу розмірів частинок на проникність матеріалу

Однорідність розміру частинок (значення PDI)

• Визначення: Індекс дисперсії розподілу розмірів частинок (PDI = D90/D10, де D90 – розмір сита, через яке проходить 90% частинок, а D10 – розмір сита, через яке проходить 10% частинок).
• Схема впливу:
  Менше значення PDI (що вказує на більш однорідний розмір частинок) призводить до більшої пористості шару матеріалу, при цьому індекс проникності (значення K) збільшується приблизно на 15-20%.
• Експериментальні дані:
  Коли PDI зменшується з 2,0 до 1,3, перепад тиску всередині печі зменшується на 22%, а швидкість потоку газу збільшується на 18%, що свідчить про значне покращення проникності.
• Механізм:
  Рівномірний розмір частинок зменшує явище заповнення дрібними частинками проміжків між великими частинками, уникаючи ефекту «містків частинок» і тим самим знижуючи опір потоку повітря.

Вміст дрібних частинок (<0,5 мм)

• Критичний поріг:
  Коли частка дрібних частинок перевищує 10%, проникність різко погіршується.
• Кількісне співвідношення:
  На кожні 5% збільшення дрібних частинок падіння тиску всередині печі зростає приблизно на 30%, а швидкість потоку газу зменшується на 25%.
• Тематичне дослідження:
  У печі для кальцинації нафтового коксу, коли вміст дрібних частинок збільшується з 8% до 15%, негативний тиск на верхівці печі підвищується з -200 Па до -350 Па, що вимагає збільшення потужності вентилятора індукованої тяги для підтримки роботи, що призводить до збільшення споживання енергії на 12%.

Середній розмір частинок (D50)

• Оптимальний діапазон:
  Найкраща проникність досягається, коли D50 становить від 8 до 15 мм.
• Вплив відхилення:
  Коли D50 менше 5 мм, пористість шару матеріалу зменшується нижче 35%, а індекс проникності падає на 40%;
  Коли D50 перевищує 20 мм, хоча пористість висока, площа контакту між частинками зменшується, що знижує ефективність теплопередачі на 15% та опосередковано впливає на рівномірність випалювання.

II. Кількісний вплив розподілу розмірів частинок на рівномірність кальцинації

Стандартне відхилення розподілу температури (σT)

• Визначення:
  Статистичний показник амплітуди коливань осьової температури всередині печі, причому менше σT вказує на більш рівномірне випалювання.
• Вплив розміру частинок:
  Коли розмір частинок однорідний (PDI < 1,5), σT можна контролювати в межах ±15 ℃;
  Коли розмір частинок неоднорідний (PDI > 2,5), σT розширюється до ±40℃, що призводить до локального перегорання або недогорання.
• Тематичне дослідження:
  У обертовій печі з алюмінію та вуглецю, шляхом оптимізації розподілу розмірів частинок для зменшення PDI з 2,8 до 1,4, стандартне відхилення вмісту летких речовин у продукті зменшується з 0,8% до 0,3%, що значно покращує рівномірність кальцинації.

Швидкість руху фронту реакції (Vr)

• Визначення:
  Швидкість руху поверхні розділу реакції кальцинації в шарі матеріалу, що відображає ефективність кальцинації.
• Кореляція з розміром частинок:
  На кожні 10% збільшення частки дрібних частинок (<3 мм) Vr збільшується приблизно на 25%, але це схильне до надмірно швидких реакцій та локального перегріву;
  На кожні 10% збільшення частки грубих частинок (>20 мм) Vr зменшується на 15% через збільшення опору теплопередачі.
• Точка рівноваги:
  Коли розподіл розмірів частинок є бімодальним (наприклад, суміш частинок розміром 3-8 мм та 15-20 мм), Vr може підтримуватися в оптимальному діапазоні (0,5-1,0 мм/хв), забезпечуючи при цьому однорідність.

Коефіцієнт кваліфікації продукту (Q)

• Кількісне співвідношення:
  На кожні 0,5 одиниці збільшення однорідності розміру частинок (тобто зменшення значення PDI) коефіцієнт кваліфікації продукту збільшується приблизно на 8%;
  На кожні 5% зменшення вмісту дрібних частинок, коефіцієнт відходів, спричинених недопалом або перепалом, зменшується на 12%.
• Промислові дані:
  У обертовій печі з діоксидом титану, шляхом контролю розміру частинок коксу-сировини (D50 = 12 мм, PDI = 1,6), стандартне відхилення білизни продукту зменшується з 1,2 до 0,5, а рівень виходу продукту першого сорту збільшується з 75% до 92%.

III. Комплексні рекомендації щодо оптимізації

Цілі контролю розміру частинок:

• D50: 8-15 мм (регулюється відповідно до характеристик матеріалу);
• ПДІ: <1,5;
• Вміст дрібних частинок (<0,5 мм): <8%.

Стратегії коригування процесу:

• Використовувати багатоступеневі процеси дроблення та просіювання для забезпечення концентрованого розподілу розмірів частинок;
• Виконайте попередню формувальну обробку (наприклад, брикетування) дрібних частинок для зменшення втрат від вильоту;
• Оптимізуйте градацію розмірів частинок відповідно до типу печі (співвідношення довжини до діаметра, швидкість обертання), наприклад, використовуючи грубі частинки як основний компонент для довгих печей та додаючи дрібні частинки для коротких печей.

Моніторинг та зворотний зв'язок:

• Встановити онлайн-аналізатори розміру частинок для моніторингу розподілу розмірів частинок матеріалу, що надходить у піч, у режимі реального часу;
• Поєднуйте з моделюванням обчислювальної гідродинаміки (CFD) температурного поля всередині печі для динамічного регулювання параметрів розміру частинок та режиму випалювання.