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关于无磨损磁密封泄灰阀的试验研究

0 概述

目前叶轮式泄灰阀是一种广泛应用于工业领域的排料装置。虽然粉料具有较好的松散性和流动性,但在许多场合下泄灰阀的进料端与出料端存在气压差和灰压差,造成漏灰和漏气现象,从而影响输送系统的正常工作。在以往泄灰阀设计中通常采用以下几种密封措施:(1)在旋转叶片端部安装耐磨橡胶、毛毡或聚四氟乙烯等密封垫。由于这种方法不适合长时间连续运行,现已不多用;(2)安装刚性金属刮片。该方法对刮片和阀体的磨损都很严重。因此也极少采用;(3)控制加工间隙。将旋转叶轮与阀体之间的加工间隙控制在最小程度(通常为2~3mm),不安装任何密封垫和密封片,叶轮与阀体之间不发生接触,从而避免磨损。这种方法仅适合于对密封要求不高的场合。

本研究的磁密封技术是一种与上述各种方法完全不同的新方法。其最大特点是无须安装、充填任何密封元件或介质,阀体不受磨损,结构简单,密封效果良好。

1 粉煤灰的磁化特性

1.1 飞灰中铁元素的含量及形态

我国燃煤飞灰中氧化铁的含量大约在1.5%~15.4%之间,主要以铁的矿物形态存在。飞灰中的矿物种类主要是由玻璃微珠、石英屑、碳屑和磁铁矿珠组成,这四项之和超过90%,构成了飞灰的主体。其中,磁铁矿珠含量达7%,其它矿物如磁铁矿屑、陨硫铁、针铁矿及金属铁、部分赤铁矿也都具有顺磁性。我国部分电厂粉煤灰中铁含量如表1所示。

表1 国内部分电厂粉煤灰中铁含量

煤粉经过锅炉燃烧,在大约1400℃高温燃烧气氛中在有碳和一氧化碳存在的情况下,铁元素被碳和一氧化碳还原,一部分形成粒铁,另一部分非磁性矿物被还原成为磁性铁。富铁的玻璃珠颜色较深,比重较大,具有顺磁性,能通过磁选把它们与密实玻璃珠分开,称为磁珠。磁珠的存在为采用磁场力对粉料进行密封提供了条件。

飞灰中的磁珠主要是由磁铁矿、陨铁矿及针铁矿组成。其中,磁铁矿Fe3O4属于亚铁磁性矿物。而赤铁矿Fe2O3在粉煤灰中有两种存在形态,一种是不具有磁性的α—Fe2O3,一种是具有磁性的γ—Fe2O3,它们的含量由锅炉的燃烧温度决定。α—Fe2O3为不完整的反铁磁性矿物,而γ—Fe2O3属于亚铁磁性矿物。不同电厂飞灰所含铁质矿物种类与含量的差异是因其火焰温度的差异而致。随着温度的升高,Fe3O4一般先氧化为γ—Fe2O3,或γ—Fe2O3与Fe3O4共熔体,而后再转变为α—Fe2O3,但当温度超过1400℃时,Fe2O3又转化为Fe3O4

表2列出了我国部分火力发电厂锅炉飞灰中磁珠的相关物理性质。从表中数据可以看出,磁珠的真密度及堆积密度要大于粉煤灰的真密度和堆积密度,这与磁珠富铁质矿物有关。其中粒度小于75μm的含量要大于50%,这说明磁铁矿的粒径比较小,具有密实的特点,粒度较小的磁珠中富含磁性物质,含量都大于95%,比磁化率很高,约在59.70~72.30cm3/g之间,接近磁铁矿的比磁化率。从这些物理性质我们可以看出,磁珠粒度小、密实度高、磁化率高和耐磨等这些性质都有利于采用磁场对其进行密封。

表2 我国部分电厂磁珠的物理性质

为了进一步查清铁元素在飞灰各粒度级别中的含量,用水筛把飞灰分成不同粒径范围,结果发现,随粒度的减小,其铁含量增高,也就是说,磁性物质主要在粒度较小的磁珠中存在,而粗颗粒中则富集了其它元素的化合物。对于磁密封来讲,密封层的粉料粒度越小越有利于密封层的致密。粒度较小的磁珠在磁场力的作用下所形成的树形结构间隙较小,更易捕集粒度更小的粉料,从而使整个密封层的空隙率减小,有利于密封。

1.2 磁性颗粒的磁畴分析

物质的磁性来源于原子的磁性。物质内部的相邻原子的电子之间有一种来源于静电的交换作用,即物质的自发磁化,迫使各原子