Угольная пыль представляет собою сухой тонкий полидисперсный порошок с размерами частиц от самых мелких (0,1 мкм) до 300 — 500 мкм.

Рис. 12-2. Схема ситового анализа на комплекте из 5 сит.

Тонкость помола или дисперсность угольной пыли определяют обычно рассевом пробы пыли массой 25—50 г в течение 20 мин на рассевочной машине, оснащенной набором сит. Ситовый ана­лиз угольной пыли проводят на пол­ном комплекте из 8—10 сит с размера­ми отверстий в ситах от 50 до 1000 мкм, либо как минимум на двух ситах; 90 и 20 мкм при тонком размо­ле в шаровых барабанных мельницах (ШБМ) и среднеходных (СМ) или на ситах 90 и 1000 мкм или 200 и 1000 мкм — при грубом размоле в мо­лотковых мельницах (ММ) и в мель­ницах-вентиляторах (М-В). Результа­ты рассева определяют массовыми ко­личествами остатка на первом самом крупном сите (рис. 12-2) Ято, фрак­ций Ф на промежуточных ситах и про­

Хода через последнее самое мелкое сито £>50, а также распыла «в окру­жающее пространство некоторой части тончайшей пыли А в и записы­вают в процентах от массы исходной пробы соотношением

Н" ^500/1000 “Ь ^200/500 ^90/200 Н — ^50/90 "Ь ^50 Ч" ^ “ 100®/0. (12‘1)

Распыл допускается не более 2%, при большем значении ситовой анализ считают неудовлетворительным. Величина остатка на каком — либо сите равна массе фракции на данном сите плюс масса фракций на всех вышерасположенных ситах, включая остаток на самом верх­нем. Например, для комплекта из пяти сит (рис. 12-2) остаток на сите 90 мкм равен:

#90 = Фдэ/200 Н" ^200/500 “Ь ^500/1000 "Ь ^юоо, °/о» (^2-2)

А проход через это сито равен:

/Ло = Ф50/90-{- й&о, °/0. (12-2а)

Для любого сита имеет место соотношение

#г+£>г=100%. (12-3)

% 90 80 70 60 50 40 30 20 10

° 50 200 300 Ш 500 МШ

Рис. 12-3. Зерновая характери­стика пыли. 1 — грубая пыль (топливо — бурый уголь, #ею=55%, #200=17%, п= 1,3, Размол в ММ); 2 — тонкая пыль (топливо АШ, #90=7%, #2оо=0,5%. П=0,85, размол в 1ІІБМ); 3 — «идеальная» зерновая характе­ристика для х ^90 мкм (#9о=ЮО%).

По данным рассева строится кривая зависимости остатков на раз­ных сита, х от размера частиц х, называемая интегральной зер­новой или помольной характери­стикой. На рис. 12-3 (кривая 1) показана интегральная зерно, вая характеристика гру­бой пыли, полученной при размоле бурого угля в молотковых мельницах, пыль харак­теризуется следующими остатками на си­тах: #50 = 75%; #90=55%; #200= 17%;

#5оо=0,3%; #1000 = 0. На том же рисунке (кривая 2) представлена зерновая характе­ристика тонкой пыли, полученной при раз­моле угля марки АШ в шаровой барабан­ной мельнице: #50 = 20%; #90=7%; #2оо = =0,5%.

Интегральные зерновые характеристики угольной пыли подчиняются уравнению

/?=100<Г,,Д «/о, (12-4)

Где Ь и п — постоянные коэффициенты, ха­рактеризующие соответственно тонкость из­мельчения и равномерность зернового со­става; е — основание натуральных логариф­мов.

Чем больше Ь, тем пыль тоньше, при Ь—Я) #—>400%, см. форму­лу (12-4), при Ь—>~оо И—>-0. Числовые значения коэффициента Ь в промышленных мельница^ колеблются от 4 * 10—3 для грубой пыли до 40-10-3 — для тонкой.

Коэффициент полидисперсности пыли п характеризует структуру пыли с точки зрения равномерности помола топлива. Чем выше п, тем менее отличаются своим размером частицы пыли друг от друга. В предельном случае, когда все частицы имеют одинаковый раз — 222
мер, пыль называется монодисперсной и характеризуется значением п=оо.

Такая «идеальная» зерновая характеристика для х несколько бо­лее 90 мкм представлена кривой 3 (рис. 12-3). Величина п определяет­ся соотношением остатков на двух ситах с малым и большим отверсти­ем, например и #2<ю — Чем больше разность этих остатков, тем круче проходит кривая интегральной зерновой характеристики, тем выше ко­эффициент полидисперсности, тем, следовательно, пыль более прибли­жается к монодисперсной.

Для обычной полидисперсной пыли, выдаваемой существующими мельницами, коэффициент полидисперсности составляет:

В шаровых барабанных мельницах……………………………………… От 0,7 до 1

(в среднем 0,85)

В молотковых мельницах…………………………………………………… От 1,1 до 1,5

(в среднем 1,3)1

В среднеходных мельницах с вращающимися сепараторами От 1,1 до 1,3

(в среднем 1,2)

В быстроходно-бильных (аэробильных) и мельницах-вен­тиляторах Около 0,9

Причина различных значений п в мельницах разных типов, во-пер — вых, в различном характере процесса отвода пыли из зоны размола

(более затрудненном—в ШБМ) и, во-вторых, в различных типах при­

Меняемых сепараторов.

Между остатком Ях на любом сите с размером отверстий х и из­вестным остатком #9о ;При заданном значении п (известном типе мель­ниц) существует следующая связь:

Ях П’-Ьхп ^?эо _ —Ь — 90”

= е и Тоо

Взяв логарифмы этих выражений и поделив первое на второе, по­лучим:

1л — (—п

Юо ✓гх п ях /^90190;

/?во — (9о)* откуда 1п юо 1п (юо)

1п Тоб

Отбросив знак логарифмирования, получим связь и #90:

Я,= 100(^й“. (12-4а)

Аналогично получим СВЯЗЬ И #2оо в виде

*,= ,00 (^)М-Г. (12-46}

Для определения характера количественного распределения в про­центах по массе частиц разного размера в угольной пыли рассматри­вают дифференциальную кривую распределения (рис. 12-4), уравнение которой получают дифференцированием основного уравнения зерновой характеристики (12-4):

У-ш=-й£ = хтпхп-‘е~ь*’

Или

Ордината у, %/мкм, дифференци­альной кривой распределения (рис. 12-4) показывает в процентах массовое количество пылинок, за­ключающихся в интервале х^-(х+), мкм.

Рис. 12-4. Дифференциальные кри­вые распределения y~f(x) при раз­ных значениях п. 1— «=1,25; 2 — п= 1,0; 3 — п=0.85.

При п> 1 кривая распределения имеет максимум. Как видно из рис. 12-4, кривая распределения для образца пыли с более высоким коэф­фициентом полидисперсности п= 1,25 имеет максимум при лг=20 мкм. При п= 1 и п<С 1 наибольшее количество частиц пыли приходится на очень ма­лые значения х, т. е. пыль сильно пере — измельчена.

На рис. 12-5 представлены интегральные зерновые характеристики пыли бурого угля, полученной из мельниц двух основных типов: кри­вая 1 для пыли из молотковой мельницы (#90—55%, #200= 12%, /г=1,5); кривая 2 для пыли из шаровой барабанной мельницы (#эо=35%, #2оо=12%, я=0,85).

К‘мв~0,2 °/о ¥00 Х, М КМ

Рис. 12-5. Зерновые характеристики пыли бурого угля из двух типов мельниц. 1 — из ММ; 2 — из ШБМ.

Суждение о тонкости пыли только но одному остатку, в частности на сите 200 мкм, одинаковому в обеих зерновые характеристиках (рис. 12-5), может со­здать представление об одинаковой дисперсно­сти обоих образцов пы­ли, что является непра­вильным. При равен­стве одного остатка (в данном случае #200), но при разном п ди­сперсность образцов пыли различна.

В области тонких фракций (слева от вер­тикали *=200 мкм) значения # для перво­го образца пыли более высоки, чем для второ­го, следовательно, пыль в шаровой барабанной мельнице переизмельчена (по сравнению с пылью в молотковой, что дает завышенный расход энергии на помол.

В области грубых фракций (справа от вертикали х = 200 мкм) зна­чения остатков для первого образца пыли меньшие, чем для второго, следовательно, крупных частиц, вызывающих механический недожог, в пыли меньше.

Таким образом, более высокое значение коэффициента полидис­персности пыли п обозначает не только меньшую удельную затрату энергии на размол, но и меньшую потерю тепла от механического не­дожога. Отсюда понятно стремление иметь более высокий коэффи­циент полидисперсности пыли, выдаваемой размольными устройст­вами.

_ __ Рис. 12-6. Зависимость коэф- !§■ X] — ^ хг фидиента полидисперсиости ПЫЛИ п ОТ Яэо и /?200. Взяв наиболее распространенные сита 200 и 90 мкм, для которых *1 = 200 мкм и *2=90 мкм (х>х2) и, следовательно, #1 = #2оо и #2 = #эо, получим: 100 100 [пйп— 1г ы ж:

Плотность пыли Различают насыпную р^!, кг/м*, кажущуюся (объемную) С, кг/м3, и истинною плотность пыли р®”, кг/м», определяе­мые соотношениями:

Причем Уобщ=У тв+ ^пор + 1^возд. пром*, ^каж— 1^хв Упор, В уравнениях (12-6) и (12-7): — масса пыли, кг; У общ — общий объем пробы пыли, м3; Утв— объем твердой фазы угольных частиц, м3; Упор — суммарный объем пор внутри частиц, м3; Увоздлром — объем воздушных промежутков между частицами, м3. 15—541 225

Ьх п

Ьх1}

100 #1

100

= е

Ист рпл =

V ТЕ

В УоСш ’

Нас рпл =

Л =

12 200 — 12 90

Или окончательно

2 871£ — 2~1е^: 2 — 12/? Ов на рис. 12- п от #200 и #90, рассчитанная по формуле (12-5).

2 — 1гд. в ‘ ^12’5^ Для упрощения расчетов на рис. 12-6 представлена зависимость

Формула для определения п по двум остаткам получается из урав- нения зерновой характеристики (12-4), которое может быть записано для двух значений размера частиц Х и Х2, для которых остатки соответственно равны и к2:

Прологарифмировав дважды эти выражения, т. е. взяв сначала натураль­ный, а затем десятичный логарифм, по­лучим:

И после вычитания (б) из (а) находим: 100 100 1В 14^-^1135-

^ ЭЮ 15 го25 30 36,8^045/°

В

(12-6) (12-7)

Очевидно, что С<С<С-

Величина насыпной плотности р“° используется при расчете

Емкости пылевых бункеров, в которых хранится поступающая из пыле­вых циклонов системы пылеприготовления свеженасыпанная пыль, со­стоящая из смеси собственно угольных пылинок и воздушных проме­жутков между ними; величина р“^ используется также при расчете производительности пылепитателей, забирающих угольную пыль из пы­левого бункера и подающих ее в пылепроводы к горелкам.

Величина кажущейся плотности р**ж применяется при [расче­те пылевых циклонов, пылеугольных сепараторов, пневмотранспортных устройств подачи пыли и при расчетном определении поверхности уголь­ной пыли (см. ниже в этом параграфе), так как во всех этих случаях имеет значение только плотность самих угольных частиц (с внутренними порами в них), но без воздушных промежутков между частицами.

Угольная пыль энергично адсорбирует воздух, вследствие чего на­сыпная плотность пыли всегда меньше 1. Пыль не выдерживает сосре­доточенной нагрузки, и поэтому в пылевом бункере можно утонуть. При проведении работ в бункере (ремонт уровнемера и пр.) должны быть приняты меры предосторожности.

Насыпная плотность свеженасыпанной пыли колеблется в значи­тельных пределах — 500—700 кг/м3, а уплотненной — 800—900 кг/м3. Кажущаяся плотность пыли является более стабильной характеристи­кой и зависит от рода топлива; числовые значения р*^ для трех ти­повых энергетических топлив равны: для АШ— 1500, тощего— 1350 и подмосковного — 1 ООО кг/м3.

Насыпная плотность пыли определяется по отношению массы и об­щего объема с указанием степени уплотнения пыли во время опыта.

Кажущуюся плотность пыли определяют либо с помощью волюме- нометра [Л. 1], т. е. стеклянной колбы с длинным узким горлышком (на котором нанесены деления в мл), либо с помощью прибора Лермантова [Л. 39]; истинную плотность —с помощью волюменометра [Л. 1].

Поверхность угольной пыли

Важной характеристикой дисперсности является удельная по­верхность пыли, т. е. суммарная поверхность частиц 1 кг пыли, Лш, м2/кг, определяемая либо расчетным путем, либо эксперименталь­но. Поверхность ^пл колеблется для пыли разных углей в значительных пределах, от значения порядка 2000 м2/кг (для пыли АШ при норма­тивной тонкости помола #эо = 7%) до значения порядка 300 м2/’кг (для пыли бурого угля при нормативной тонкости помола #9о = 60%) [Л. 37].

Удельная поверхность ^пл монодисперсной пыли с размером (диа­метром) частиц х, мкм, определяется, в предположении шаровой формы частиц по следующему соотношению:

Г- ___ 2К (х • 10 “ 6) 2

В формуле: г — число пылинок в 1 кг пыли; р*а* — кажущаяся или объемная плотность пыли, кг/м8.

226

После сокращения получаем:

Рил

Х-Р * гп

Удельная поверхность полидисперсной пыли, состоящей из частиц различных размеров и неправильной формы, может быть выражена как сумма поверхностей отдельных фракций: ■^пл = 2 (А/7 фр), Где А. Гфр, м2 на 1 кг полидисперсной пыли — поверхность пылинок, со­держащихся в данной фракции, массой Ф = #1—#2, %, со средним раз­мером частиц в фракции, мкм: Х Х2

Х

2 6-Ю6 ,фр каж ‘ср “пл

Ср

Причем

Ф_ 100’

(12-9)

А/7 фр — Кф

Где /Сф — коэффициент формы частиц, больший 1, учитывающий откло- нение формы пылинок от шаровой, существенно меняющийся, главным Образом от размера частиц и, в некоторой степени, от рода топлива. С уменьшением размера пылинок К$ уменьшается. Для каменных углей и известняка зависимость /Сф от размера частиц дана на рис. 12-7. Среднее значение коэффициента формы для угольной пыли может быть принято равным Кср. ф~1,75. Следова- тельно,

10000 1000

100

Ю МКМ /

Рис. 12-7. Изменение коэффициента формы частиц от размера.

6-104Ф

Е

(12-10)

Ср. ф

Ср “ш

Для упрощения расчетов введено понятие условной поверхности пыли /’юоо, м2/кг, под которой понимают суммарную поверхность 1 кг полидисперсной пыли, состоящей из различных по размеру частиц пра­вильной формы (шара), Кф=1, с кажущейся плотностью РплЖ== ==1000 кг/м3. Следовательно,

Л«. = 21^ (12-П)

Ср

(12-12)

Ы 1000 р

Аср. ф —^г~ г юоо.

Каж

ПІЛ

Величина /чооо может быть определена путем построения интеграль­ной зерновой характеристики пыли по двум остаткам—#90 и #200, Раз" бивки кривой на большое количество узких фракций и вычисления зна­чений и Ф для каждой фракции с последующим суммированием

Выражений бО-Ф/л^ по формуле (12-11),

Ср

На рис. 12-8 приведена номограмма МЭИ для определения услов­ной поверхности полидисперсной пыли ^юоо по двум остаткам — #до и #200-

Рис. 12-8. Номограмма МЭИ для определения поверхности пыли по двум остаткам* ^ооо-ДЯво; Яаоо)-

Экспериментальное определенле удельной поверхности угольной

Пыли производится прибором Дерягина [Л. 38], принципиальная схема

Которого дана на рис. 12-9.

Принцип работы прибора заключается в следующем. Известно, что при протека­нии сильно разреженного воздуха через пористое тело, например через пробу пылл,

7 8

Вход Воздуха.

Рис. 12-9. Схема при­бора Дерягина.

Вакуумный Насос

1 — реометр; 2 — капил­ляр; 3 — дифманометр; 4 — спрессованная про­ба угольной пыли; б — кювета; 6 — вакуум­метр; 7 — кран; 8 — трехходовой кран; 9 — кран; 10 — вакуумный

В потоке создается кнудсенов — ский режим. Последний харак­теризуется тем, что длина сво­бодного пробега молекул воз­духа до их столкновения меж­ду собой становится очень большой и соответственно чи — глэ соударений ничтожно ма­лым по сравнению с числом столкновения молекул со стен­ками сквозных пор, т. е. с на­ружной поверхностью пылевых частиц. Чем мельче порошок, гем больше суммарная поверх­ность частиц пыли и соответ­ственно больше число столкно­вений молекул воздуха с по­верхностью угольных пылинок и поэтому тем больше и поте­ря давления воздуха при про­хождении им пробы пыли при данном расходе воздуха. Рас­ход воздуха через капилляр 2 определяется по показанию реометра 1 Ареом, см. Потеря давления воздуха в пробе пы­ли ЛдиФ, см, измеряется дифма — нометром 3 (рис. 12-9).

Расчетная формула для определения поверхности пыли с помощью прибора Де­рягина имеет следующий вид:

Г273 + t ^ пл = Априб

Рбар

52

Нас Обр J

/обрр’

.^ДИФ — ^ мг/КГ. (12-13) П Г—

*реом

В формуле: t — температура, °С;

Рбар — барометрическое давление воздуха, см рт. ст.;

Б — пористость и —насыпная плотность спрессованного образца пыли, кг/м3:

Рн5с

» = 1—ггг; (12-14)

Рпл

Ро5р = иобр ="5кюв/гбр [4] (12-15)

В формулах (12-14) и (12-15):

Р — масса навески пыли, засыпанной в кювету, кг (обычно 10—20 г);

^обр — объем спрессованной пробы пыли, м3;

5Кюв — площадь сечения кюветы, м2;

^обр — длина (высота) спрессованного образца пыли в кювете, м;

РпТ—кажущаяся, объемная плотность пыли, кг/м3;

Кприб — постоянная прибора, зависящая от плотности жидкости, заполняющей дифманометр (^дИф), и от характеристики капилляра 2 (рис. 12-9):

180^диф5

КЮВ х 1 с

Кприб — и =сопз^ (12-16)

О о

Здесь с? диф — в г/см3; 5КЮВ — в см2; Ь0 — характеристика или константа капилляра, по­казывающая секундный расход воздуха (см3/с) на 1 см шкалы реометра, определяемая экспериментально по данным градуировки капилляра.

Влажность пыли

Важной характеристикой угольной пыли является влажность ее №пл, %. Чем сильнее подсушена пыль, т. е. чем меньше тем

Легче она воспламеняется и лучше протекает процесс горения.

В процессе размола уголь подсушивается за счет тепла горячего воздуха или топочных газов до величины, близкой или несколько боль­шей аналитической (гигроскопической) влажности топлива *.

Более глубокая подсушка не допускается из условий взрывобез — опасности. Для разных топлив, имеющих различную начальную влаж­ность, допускаемая правилами взрывобезопасности влажность пыли имеет следующее значение:

Для топлив марок АШ и Т подсушка топлива в процессе пылепри — готовления осуществляется до величины 1^пл^ 1^а;

Для каменных углей и сланцев — до влажности пыли, равной от до 1Гпл = №а;

Для бурых углей соответственно до величины от 1^пл=1?7а до №пл = = ^а+5%;

Для фрезторфа сушку производят до величины, равной 1^пл^35% [Л. 2]. Недостаточная подсушка угля затрудняет транспортирование пыли по трубопроводам системы пылеприготовления и подачу ее к го­релкам и резко ухудшает процесс размола, ведет к снижению произ­водительности мельницы и росту расхода энергии на размол.

Пересушка любого топлива, кроме топлива марки АШ, сверх ука­занных значений не допускается, так как пересушенная пыль легко са­мовозгорается.

Взрываемость пыли

Угольная пыль почти всех топлив, за исключением АШ, обладает склонностью к образованию вместе с воздухом взрывоопасной смеси. Наиболее взрывоопасными являются частицы пыли с размером менее 0,2 мм (для торфа и сланца), менее 0,15 мм (для бурых углей) и ме­нее 0,12 мм (для каменных углей).

Взрыв угольной пыли является следствием воспламенения выделяющихся при нагревании пыли летучих горючих газов, вступаю­щих в реакцию с кислородом газовоздушной среды, в которой пыль находится. При недостаточном содержании кислорода возникновение взрыва невозможно. Предельное содержание 02 в сушильном агенте, при котором пыль уже не взрывается, составляет: для торфяной и слан­цевой пыли —16%, Для пыли бурых углей—18%, для пыли каменных углей— 19%.

Наличие в сушильном агенте инертных продуктов сгорания, а так­же водяных паров снижает взрывоопасность пылеугольной смеси за счет снижения процентного содержания кислорода.

На взрывоопасность угольной пыли, помимо процентного содер­жания кислорода в пылевоздушной смеси, влияют также следующие факторы: величина выхода летучих Уг; температура сушильного агента за мельницей влажность 1^р и зольность Лр рабочей массы топли­ва; влажность пыли 1^пл; тонкость помола угольной пыли, характери­зующаяся величинами #90 и #2оо; концентрация топлива в пылевоздуш­ной смеси /л.

Ниже рассматривается влияние указанных факторов.

Чем больше выход летучих, тем больше опасность взрыва, лишь при выходе летучих менее 8% топливо является невзрывоопасным. Такими топливами являются донецкие антрацит (АШ, Уг = 3,5%) и полуантрацит (ПА, Уг=7,5%).

Чем больше температура сушильного агента за мельницей тем болыйе опасность взрыва. Поэтому температура для большинства топлив не должна превышать 70—80°С, а для тощих углей 130°. Для АШ величина условиями взрывоопасности не ограничивается.

Чем больше влажность и зольность рабочего топлива, тем меньше опасность взрыва.

Чем меньше влажность пыли, т. е. чем сильнее пыль пересушена, тем больше опасность взрыва.

Таблица 12-1

Взрывоопасныз концентрации топлива

Вид топлива

0,13—0,17 1,3—1,7 0,31—0,33 3.1— 3,3 0,31—0,33 3.1— 3,3
1,2—2
3—4
0,32—0,47
Каменные угли
1,7—2	5—6
0,215—0,25
Бурые угли
1—2
13—16
Торф	0,16—0,18

Чем пыль тоньше, тем больше ее поверхность и тем быстрей она прогревается и опасность взрыва возрастает; при грубом помоле, когда в пыли преобладают крупные фракции, опасность взрыва меньше. При (#2оо)//м>30% взрыва не происходит. Это имеет место при размоле буры, х углей в молотковых мельницах, когда пыль за сепаратором име­ет тонкость помола (</?9о)"се = 55-5-60% и (Яш)"се=22-^28%, что дает с учетом кратности циркуляции топлива в системе молотковая мельни­ца— сепаратор значение (#200)^>30%.

Исследованиями установлено, что взрывы угольной пыли могут произойти при значениях концентрации топлива в пылевоздушной сме­си в пределах, приведенных в табл. 12-1. При этом максимальное дав­ление газов при взрыве р^с развивается при некотором промежуточ­ном значении концентрации а

^макс

При работе мельниц концентрация пыли в воздухе обычно нахо­дится в пределах взрывоопасных концентраций, что должно учитывать­ся при конструировании системы пылеприготовления.

Транспортные свойства угольной пыли

Угольная пыль хорошо транспортируется потоком воздуха или про­дуктами сгорания. Пылевоздушная смесь образует весьма подвиж­ную эмульсию, обладающую свойствами жидкости, и легко пере­качивается по трубам. В индивидуальных системах пылеприготовления, располагаемых непосредственно у парогенератора, концентрация пыли в воздушной смеси сравнительно невелика и составляет обычно |Л1= = 0,5ч-1 кг пыли на 1 кг воздуха (или газов).

При наличии центрального пылезавода (ЦПЗ) транспортировка пыли из бункеров ЦПЗ к пылевым бункерам парогенераторов произво­дится при высоких концентрациях (порядка 30—35 кг пыли/кг возду­ха) по трубопроводам малого сечения перекачивающими насосами, в которых пыль смешивается со сжатым воздухом, имеющим давление 0,5—1 МПа (5—10 кгс/см2). Перекачка высококонцентрированной пы­левоздушной смеси может производиться на большие расстояния, по­рядка нескольких сотен метров.