螺旋不連續(xù)加料顆粒流的動力學特性與定量機理

工農業(yè)中有大量粉粒需要不連續(xù)定量生產，傳統(tǒng)方法均有加料、計量和投料三部分，結構復雜、協(xié)調困難、粉粒易吸附飛濺，導致定量損耗大、準確性差、效率低，引起塵肺、中毒等職業(yè)病嚴重，是長久以來未徹底解決難題之一。 針對粉粒定量生產中諸多問題，結合螺旋式加料具有密封性強、流量控制方便優(yōu)點，提出通過螺旋不連續(xù)加料方法解決粉粒不連續(xù)定量難題的新方法；綜合實驗觀測、理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究方法開展系統(tǒng)研究。重要結果有： (1)應用質點動力學、顆粒群接觸力學和顆粒間細觀力鏈分析方法，建立顆粒流動力學模型，對螺旋不連續(xù)加料顆粒氣固兩相流動力學分析得到：顆粒流存在平推流動、繞軸翻轉流動以及顆粒之間相對附加流動三種形式；在相同轉速下，單頭螺旋輸送顆粒群更加緊實，一致性較好，雙頭螺旋輸送顆粒群與螺旋體更加緊實，更易隨螺旋體一起轉動；隨顆粒尺寸減小，有利于保持顆粒整體運動一致性，揭示了顆粒流運動規(guī)律和穩(wěn)定高效輸送力學機理； (2)基于離散元數(shù)值模擬方法，對顆粒接觸力、顆粒群力鏈仿真分析，螺旋內徑、螺距、轉速和出料結構等主要因素對加料量影響仿真試驗，研究得到：在一定條件下，隨著螺旋內徑增加，加料流量呈下降趨勢，流速變緩；隨著螺距增加，加料流量增加，流速變快；隨著轉速增加，顆粒繞軸旋轉速度提高，顆粒軸向速度增加；設置的分料出料裝置，有助于顆粒填充穩(wěn)定，軸向速度波動減弱，旋轉得到抑制，加料量與旋轉角度線性較好，有效避免螺旋出料周期性“脈動”現(xiàn)象，建立了加料量預測模型，揭示了加料量變化規(guī)律； (3)通過螺旋加料裝置優(yōu)化，試驗系統(tǒng)研發(fā)，對顆粒運動狀態(tài)檢測與加料量智能預測控制，不連續(xù)定量加料性能試驗，得到：在轉速60r/min時，3mm顆粒加料量相對誤差0.3%；通過對顆粒填充率和密度檢測，建立基于最小二乘支持向量機不連續(xù)定量加料旋轉角度智能預測模型，定量加料性能得到明顯提高，揭示了螺旋不連續(xù)定量加料機理。 成果充實了螺旋加料相關理論，完善了顆粒流動力學分析方法，部分成果在利用生物質廢渣開發(fā)設施園藝栽培基質定量配料攪拌生產中得到應用，為研究解決種類眾多顆粒穩(wěn)定高效輸送，開發(fā)粉粒不連續(xù)定量加料技術和裝置提供了理論指導，對促進工農業(yè)粉粒安全高效生產具有重要理論指導意義。

針對細粉粒易粘結、吸附和飛濺,不連續(xù)定量受環(huán)境和裝置結構影響大,物料損耗及工作環(huán)境污染嚴重,而螺旋加料具有密封性強、流量控制方便等優(yōu)點,提出基于智能Agent螺旋不連續(xù)加料實現(xiàn)定量新方法.在預研基礎上,結合目前螺旋加料粗放的缺陷,以典型細粉粒單螺桿多頭螺旋加料裝置為研究對象,采用顆粒流體動力學、X射線可視化檢測技術及離散元法等,研究螺旋不連續(xù)加料顆粒氣固兩相流的動力學特性,建立顆粒穩(wěn)定高效輸送的力學機理;數(shù)值分析物料特性、螺旋結構參數(shù)、物料與螺旋之間摩擦特性,螺旋葉片位置及轉角轉速,料倉和螺旋槽內壓力,環(huán)境濕度等工作環(huán)境狀態(tài)對加料影響,建立顆粒充填率、密度分布和氣壓分布變化模型,預測加料量變化規(guī)律;優(yōu)化多頭螺旋不連續(xù)加料裝置結構和工作參數(shù),建立基于智能Agent螺旋不連續(xù)加料測控系統(tǒng),試驗研究其定量加料機理,為有效解決大量耐擠壓粉粒物料不連續(xù)定量難題,促進工農業(yè)安全高效生產提供科學依據(jù).

加料口的結構和加料方式應使配合料在窯池內的分布狀態(tài)能最大限度地吸收輻射熱，保持配合料料堆的合適高度，避免火焰對料堆的沖擊以及使窯內飛料和加料口的敞熱損失降到最低限度。

加料口的結構須有足夠長的預熔室，并遠離小爐噴火口的氣流，以避免粉料飛揚；池窯加料口的設計，趨向于預熔室加長，有的長達2m。

加料方式根據(jù)加料機的型式而異，池窯上使用的加料機型式有毯式、裹人式、轉筒式、擺動式以及埃姆哈恃162型加料機等。這里只提擺動式加料機和162型加料機，它們對提高玻璃質量、節(jié)約能耗有著比較顯著的效果。

擺動式加料機的優(yōu)點是：

(1)在小爐附近不會有靜止的玻璃液，因此能有效地防止

(2)加料口尺寸較大，使有效熔化面積增大；

(3)加料機與加料口相接處密封嚴密，能減少散熱和防止配合料粉塵飛揚于窯外；

(4)有利于配合科玻璃態(tài)化，能防止配合料粉塵在窯內的飛濺；

(5)配合料分布能夠控制調整，分布面積較大且均勻，泡界線穩(wěn)定，可以節(jié)約5%以上的燃料或增大出料量，

(6)減少馬蹄形池窯加料口對面上部結構和加料口前部耐火材料的侵蝕，可延長2/5的使用周期。

162型加料機：162型加料機有加雙料機和三加料機加料系統(tǒng)，帶有玻璃液位測量和控制儀器。這種加料機主要用于橫火焰池窯，其后墻處的加料口呈三角形；但是雙加料系統(tǒng)的162型加料機用于馬蹄形池窯也是非常成功的。其優(yōu)點是：

(1)配合料分布合理，能在保證配合料不跑過熱點的前提下，將配合科以小料堆的形式均勻分布在熔化部，同時能通過定時裝改變料堆的大小和控制送到窯爐中心或料堆數(shù)目；

(2)熱損失減少，由于加料口不占用池窯全部后墻，所以后墻可以進行較大面積的保溫減少熱損失，從而把熱損失減少到最小程度；

(3)162型加料機的給料槽和加料口的開口部位接觸嚴密，因此在車間內不會產生配合料粉塵飛揚問題；

(4)162型加料機帶肓磨損和過載防護裝置，因此操作可靠。 2100433B