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        水煤浆激光粒度仪的研制与应用

        适?#19979;?#22411;其它炉型   时间2015年12月26日 11:58:02  加入收藏夹举报关闭

        激光粒度仪作为一?#20013;?#22411;的粒度测试仪器已经在其它粉体加工与应用领域得到广泛的应用它的特点是测试速度快重复性好准确性好操作简便对提高产品质量降低能源消耗有着重要的意义
        一激光粒度仪的原理

        激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的由于激光具有很好的单色性?#22270;?#24378;的方向性所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方并且在传播过程中很少有发散的现象
        ?#36164;?#25955;射理论表明当光束遇到颗粒阻挡时一部分光将发生散射现象散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角ȣ角的大小与颗粒的大小有关颗粒越大产生的散射光的角就越小颗粒越小产生的散射光的角就越大即小角度ȣ的散射光是有大颗粒引起的大角度1的散射光是由小颗粒引起的如图2所示进一步研究表明散射光的强度代表该粒径颗粒的数量这样测量不同角度上的散射光的强度就可以得到样品的粒度分布了
        为了测量不同角度上的散射光的光强需要运用光学手段对散射光进行处理我们在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时光信号将被转换成电信号并传输到电脑中通过专用软件对这些信号进行处理就会准确地得到粒度分布了
        二水煤浆及其粒度分布特点
        水煤浆作为一种具有流动性的洁净代油燃料具有浓度高粒度细流动性好燃烧效率高环保节能存储安全等优点已经广泛应用于工业锅炉电站锅炉和工业炉窑除电站钢厂炼化等企业的大型燃烧设备外愈来愈多的?#34892;?#22411;锅炉20吨以下也开始燃用水煤浆考虑到我国的能源结构和现实国情政府正大力鼓励水煤浆产业的发展国家计委中国洁净煤技术"九五"计划和2010年发展纲要国家经贸委节约和替代燃料油"十五"规划?#27867;?#22269;?#19968;?#22659;保护总局国?#19968;?#22659;保护"十五"计划?#20998;?#22343;将水煤浆技术的应?#29028;?#25512;广列为重点在产业政策方面予以倾斜因此水煤浆的产销前景非常广阔

        就水煤浆的粒度测试而言有以下三个方面的特殊问题必须解决

        浓度大在水煤浆中煤所占的比例为6570水的比例为3530另外还有少量的添加剂由于煤所占的比例较大又是粘稠状态而激光粒度仪又要求在低浓度小于0.5%状态下进行粒度测试因此要求激光粒度仪的循环?#20302;?#20855;有较大的容积和方便的进水和排放功能才能保证将测试样品的浓度控制在合理的?#27573;?#20869;使测试得?#36816;?#21033;进行

        粒度分布宽目前水煤浆的平均粒度一般在50um左右最小粒径1um最大粒径达到600um也就是说水煤浆的粒度?#27573;?#22312;1-600um在这样一个很宽粒度?#27573;?#20869;要得到准确的粒度分布结果第一要求激光粒度仪的量程要大于水煤浆的粒度?#27573;?#31532;二光电探测器要具有很高的灵敏度和稳定性只有这样才能保证粒度测试的重复性和准确性

        颗粒对光的吸收特性强水煤浆的颗粒是黑色的颗粒形状也很复杂对激光具有很强的吸收特性而作为有效信号的散射光则相对较弱因此需要配备大功率高亮度的激光器以增加有效信号提高信噪比

        需要精密自动调整?#20302;?#21644;长寿命的激光器激光粒度仪是一种精密的光学仪器由于水煤浆在生产和使用过程中是连续进行的粒度测试作为质量控制手?#25105;?#38656;要随生产过程一道连续进行因此必须提高仪器的自动化程度提高仪器的使用率减少人工维护和调整时间降低仪器的?#25910;下ʡ?br />
        三水煤浆激光粒度仪的研制

        根据水煤浆粒度测试的特殊情况结合多年的激光粒度仪器的制造经验国家水煤浆工程技术中心与丹东百特仪器有限公司合作经过一年多的?#28845;?#25915;关和成百上千次的实验终于在2002年下半年研制成功国内第一台水煤浆专用的激光粒度仪该仪器的研制成功结束了水煤浆粒度测试完全?#35272;到?#21475;的历史从此国内水煤浆用户可以用上性能优良价格低廉服务及时零配件供应充足的激光粒度仪其综合性能指标达到了国外同类仪器的先进水平

        大容量的大流量的循环分散?#20302;场?#24490;环分散?#20302;?#26159;激光粒度仪?#20302;?#20013;的一个重要的装置它包括蠕动循环泵超声波分散器搅拌器测试窗组件水池与排放装置等蠕动循环泵是一种通过对弹性极好的硅橡胶管的交替快速挤压恢复来使样品流动的由于循环过程?#22411;?#21147;不直接与颗粒接触所以不会对颗粒造成任何影响它的流?#30475;?#21040;2000ml/分钟最大的水煤浆颗粒也不会沉淀在管?#20998;小?#36229;声波分散器直接固定在容积为800ml的水池底部配以功率50W频率40KHZ的驱动电路,仅三分钟就会使水煤浆颗粒处于良好的分散状态由直流电机和特制的叶片组成的搅拌器将使水池中的样品时时?#28845;?#22788;于均匀悬浮状态保证输送到仪器中的样品均匀一致测试窗是由石英玻璃制成具有良好的光学特性耐磨擦耐腐蚀拆卸和安装极为方便排放装置是?#21830;?#27530;设计的控制阀和相应的管路组成操作方便安全可靠绝不漏水

        拓宽仪器的测试?#27573;?#24120;见的激光粒度仪的测试?#27573;?#19968;般在300um以下随着粉体超细化趋势的增长激光粒度仪的测试?#27573;?#20063;在向超细方向发展而水煤浆激光粒度仪在测试?#27573;?#19978;的主要矛盾则恰恰相反就是要保证对粗端颗粒进行有效测量测试上限必须大于700um通过反复试验?#22270;?#31639;我们设计了大口径长焦距的富氏透镜和回折式光学?#20302;常?#20351;测试?#27573;?#36798;到0.68-951um在此?#27573;?#20869;的散射信号都能够被有效接收这样的粒度?#27573;?#23436;全满足水煤浆的粒度测试需要

        大功率的激光器与高灵敏度的光电探测器阵列由于水煤浆颗粒对光的吸收特性强散射信号弱要使散射信号达到一定的强度并有效接收必须提高入射光的强度提高光电探测器的灵敏度为此我们选用了大功率半导体激光器该激光器的功率是一般激光粒度仪所用激光器的5倍同时研制成功了具有76个光电探测器的高灵敏度的光电探测器阵列该器件采用大规模集成电路的制造工艺在同一个硅片上通过多次光刻而成这样不仅保证了光电探测器的灵敏度而且在线性?#27573;?#20869;每个光电探测器的线性度完全一致不仅如此由于采用多达76个光电接收器阵列是仪器的分辨率大大提高

        精密三维自动对焦?#20302;?#21644;长寿命的激光器激光粒度仪是一种精密的光学仪器光电探测器的中心点?#26412;?#21482;有50um光电探测器就分布在该中心点外不同半径的同心圆上因此对焦?#20302;成?#26377;偏移极强的汇聚光束就将照射在靠近圆心的光电探测器上光电探测器将处于饱和状态无法接收有效的散射信号在此状态下进行测试将产生错误的测试结果为此我们研制了精密三维自动对焦?#20302;场?#35813;?#20302;?#21253;括步进电机执行机构控制软件等组成步进电机的控制精度小于10um可以在电脑控制下随时矫正焦点的偏差使?#20302;?#22987;终处于最佳状态激光器是激光粒度仪的关键?#32771;?#35813;器件的质量性能寿命对整个?#20302;?#26377;着至关重要的影响本?#20302;?#25152;采用的激光器为半导体激光器它的寿命是一般氦-氖激光器的4倍并且不需要预热功耗低可连续长时间工作因此大大降低了仪器的?#25910;下ʡ?br />
        软件?#20302;场?#28608;光粒度仪的关键在于如何将散射信号还原成粒度信息这个还原过程就是软件的运行过程本仪器的软件全程采用?#36164;?#25955;射理论充分考虑颗粒的吸收特性仪器背景样品浓度等因素得到的分析数据具有很好的真实性此外通过该软件可以实时监测测量过程可直观察测量过程中样品浓度粒度分散状态的变化情况还具有结果存储查询比较合并编辑删除帮助等功能功能打印报告单具有中英文六种不同的格式内容包括区间粒度分布数据与直方图累计粒度分布数据与曲线典型粒径值如D3D10D25D50D75D84D90D97D98等等报告单的格式版面颜色字体可以根据需要?#25105;?#32534;辑?#20302;?#37319;用串行信号通讯方式仪器可以与任何型号的与IBM兼容的电脑相连

        四BT-2002型水煤浆专用激光粒度仪的性能指标

        基本指标与性能

        1 测定?#27573;?.68-951微米
        2 重复性误差 <= 4%测标样时D50值的均方差
        3 测定时间3分钟/次
        4 样品浓度遮光率30%-60%
        5 电压AC220伏电流5安培功耗1000瓦体积1000330330毫米重量60千克

        测试对象

        1 各种水煤浆各种煤粉
        2 各种粒度较粗的其它粉体产品如各?#21482;?#33647;各种催化剂各种化工原料与产品以及非金属矿产品等

        基本特点

        1 采用进口大功率半导体激光器单色性好寿命长?#21830;?#27530;设计的大口径长焦距富氏透镜等组成的精密光学准值?#20302;常?#37197;合多达76通道多元光电接收器阵列使测量?#27573;?#36798;到0.68-951微米完全适合水煤浆的粒度检测与控制

        2 采用精密三维自动对焦?#20302;?#19982;控制软件单?#38477;?#33410;精度仅10微米实现在电脑控制下自动完成多元光电探测器阵列中心与光束焦点的精确定位使?#20302;?#22987;终处于最佳状态进一步提高了仪器的测量精度与准确性

        3 采用大容?#30475;?#27969;量蠕动循环分散?#20302;常?#38598;样品稀释超声波分散电动搅拌蠕动循环排放清洗等功能于一体由不锈钢与硅橡胶管组成的循环管路耐腐蚀免维护独特设计的蠕动泵使样品仅在密闭的管路里循环流动不与外部任何物体接触决不污染破坏样品

        4 仪器采用先进的成型工艺结构紧凑合理外形美观大方使用维护方便采用最新的抗干扰技术使仪器的电气稳定性更好?#25910;下?#26356;低

        五水煤浆激光粒度仪的应用

        水煤浆浆料的缩分方法用100-500毫升的烧杯从生产线上取适量的样品如果浆料太粘稠加适量的水稀释一下然后用玻璃棒或小勺充分搅拌均匀从中部取出大约1克到循环泵的试样池中准备测试

        水煤浆干样的缩分方法

        1勺取法用小勺多点至少四点取样勺取时应将进入小勺中的样品全部留用不得抖出一部分保留一部分

        2圆?#31471;?#20998;法?#33322;?#35797;样堆成圆锥体用薄板将其垂直切成相等的四份将对角的两份混合再堆成圆锥体也按上法缩分直到其中一份的量符合需要一般每份1克左右为止

        3分样器法?#33322;?#23454;验?#24050;?#20840;部倒入分样器中经过分样器均分后取出其中一份如这一份的量还多应再倒入分样器中进行缩分直到其中一份或几份的量满足要求为止

        介质用BT-2002型水煤浆激光粒度分布仪进行粒度测量前要先将样品与水在试样池中混合配制成一定浓度的悬浮液用于配制悬浮液的水叫做介质用于水煤浆粒度测试的介质一般用较干净的自来水就可以了如果自来水所含的杂质较多则应经过沉淀或过滤等净化处理后再用检查自来水是否可以直接用来做介质的方法一是用肉眼观察看有无明显的悬浮物二是进行背?#23433;?#37327;看背景框中的右端是否有连续的信号出现如果上述两点是肯定的那么所用的水就应该进行净化处理了

        分散?#31890;?#20998;散剂是指加入到介质中的少量的能使介质表面张力显著降低从而使颗粒表面得到良好润湿作用的物质水煤浆常用的分散剂有六偏磷酸钠焦磷酸?#39057;取?#20998;散剂的作用有二其一可以加快"团粒"的分解使颗粒处于单个颗粒状态其二可延长单个颗粒重新团聚成"团粒"的时间在测量过程中应根据样品的不同选用相应的分散剂分散剂的用量不宜太多一般为介?#25163;?#37327;的千分之二至千分之五之间使用时将分散剂按上述比例加到介质中待分散剂充分溶解后即可使用

        样品浓度?#33322;?#21152;有分散剂的水约500ml加到循环泵试样池中然后加入适?#30475;?#27979;样品约1克并打开搅拌器和超声波分散器对样品进行搅拌分散约3分钟配制悬浮液的关键是要掌握好样品的浓度由于水煤浆的粗细程度比重光学特性等都有所不同所以对不同样品来说悬浮液的浓度也各不相同一般说来样品越细用量越少样品越粗用量就越多悬浮液的浓度最终要满足浓度测量时光能分布的要求一般要求浓度测量是光能分布最大值为2060之间特殊情况应根据实验确定合适的浓度值悬浮液的浓度太大或太小对测试都是不利的浓度过大颗粒间的相互作用加剧从而影响正常的颗粒状态浓度过小样品代表性差这些都将对测试结果产生不利影响

        测试调整好样品的浓度就可以进行测试了测试时可以设定多次测试模式测试结束后可以打印保存测试结果根据水煤浆及其粒度分布的特点国家水煤浆工程技术中心和丹东百特仪器有限公司合作在一年多的时间里经过?#20064;?#27425;的试验和不断完善于2002年研制成功适合水煤浆粒度测试的新型的激光粒度仪-BT-2002型激光粒度仪结束了水煤浆粒度测试仪器长期?#35272;到?#21475;的历史为国内水煤浆厂家提供了一种价格低性能好维修方便服务及时另配件供应充足的一?#20013;?#22411;的激光粒度仪该仪器自研制成功以来已经为辽宁山东山西?#26412;?#20113;?#31232;?#40657;龙江等多家水煤浆企业和科研单位选用受到广泛好评产生了良好的社会效益和经济效益通过进一步的普及推广BT-2002型水煤浆专用激光粒度仪必将对水煤浆产业的发展做出更大的贡献

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