水煤浆激光粒度仪的原理与应用 - 国家水煤浆工程技术研究中心.PDFVIP

水煤浆激光粒度仪的原理与应用 1 1 2 1 1 段清兵 何国峰 董青云 王国房 贾传凯 （1 国家水煤浆工程技术研究中心 100013，2 丹东市百特仪器有限公司 118002） 摘要：水煤浆的粒度分布关系到水煤浆的粘度，同时也直接影响水煤浆的流 变性、稳定性及雾化燃烧特性。根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象，结合 水煤浆的粒度分布特性研制了水煤浆专用激光粒度仪，并介绍了水煤浆激光粒度 仪的特点和应用情况。 关键词：水煤浆;粒度;激光粒度仪 水煤浆是 20 世纪 70 年代石油危机中发展起来的一种新型煤基代油燃料， 它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有像油一样的流动性和良好的稳定性。 在燃烧中具有高效、低污染的特性。近些年来，已在我国的电站锅炉、工业锅炉 和工业窑炉上成功地得到应用。 水煤浆的粒度分布，通常又称其为粒度级配的分布，它关系到水煤浆的粘度， 同时也直接影响水煤浆的流变性、稳定性及雾化燃烧特性。为了满足这些要求， 对煤的粒度及粒度级配都有一定要求。激光粒度仪作为一种新型的粒度测试仪 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。 根据水煤浆浓度大、粒度分布宽、颗粒对光的吸收特性强的特殊情况，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，经过一年多的刻苦攻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 水煤浆专用的激光粒度仪 BT-2002 型激光粒度仪。 1 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和极强的方向性，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。如图1所示。 米氏散射理论表明，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θ，θ角的大小与颗粒的大 小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ 角就越大。即小角度(θ)的散射光是由大颗粒引起的；大角度(θ)的散射光是 1 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，即可以得到样品的粒度分布。 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。 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，就准确地得到粒度分布。如图3 所示。 2 水煤浆激光粒度仪的构造及特点 2.1 水煤浆激光粒度仪的构造 BT-2002 型激光粒度仪包括样品制备系统、光学测定与信号转换系统和计算 机系统，如图4 所示。通过样品制备系统与光学测定装置获得颗粒粒径的光散射 信号，将这些信号传输到计算机中进行处理从而得到水煤浆粒度分布结果。 图4， BT-2002 激光粒度分布仪示意图 2.2 水煤浆激光粒度仪的特点 1) 采用进口大功率半导体激光器,单色性好,寿命长。由特殊设计的大口径长 焦距富氏透镜等组成的精密光学准值系统, 配合多达 76 通道多元光电 收器阵列，使测量范围达到 0.68—951ｍ,完全适合 煤浆的粒度检测与 控制。 2) 采用精密三维自动对焦系统与控制软件，单步调节精度仅 10ｍ。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 系统始终处于最佳状态，进一步提高了仪器的测量精度与准确性。 3) 采用大容量大流量蠕动循环分散系统，集样品稀释、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