高壓超濃相氣固兩相流輸送特性與流型研究.pdf

1、大規(guī)模高效煤氣化技術是潔凈煤技術的龍頭和關鍵，氣流床煤氣化技術在該技術領域具有其他氣化技術無法比擬的優(yōu)勢。高壓超濃相煤粉氣力輸送是氣流床加壓粉煤氣化的關鍵技術之一，其輸送速度低，固相濃度高，流動形態(tài)復雜，系統的輸送技術要求和條件與一般輸送系統相差較大。目前對其流動規(guī)律和機理的認識尚存欠缺，特別是我國煤粉種類眾多，不同種類、不同粒徑、不同含水率的煤粉其氣力輸送的特點和規(guī)律究竟如何，尚無成熟的理論依據可參照，有待深入、系統的理論和試驗研究。

2、
　　 在高壓超濃相氣力輸送試驗臺上，系統研究了不同種類、不同粒徑、不同含水率的煤粉在不同的輸送壓力、總差壓、流化風量等條件下的輸送特性。試驗研究表明，高壓條件更有利于實現高輸送速率通量、高固氣比和低表觀氣速的輸送。煤粉輸送速率通量隨著總差壓的增大而增大，增幅最終趨緩；固氣比隨著總差壓的增大而先增加后減少。對于兩種粒徑的內蒙煙煤，在維持輸送壓力和總差壓不變的條件下，逐漸增大流化風量，煤粉輸送速率通量和固氣比均呈現先略增后略減的趨

3、勢。在相同的輸送壓力和總差壓下，粒徑較小的煤粉輸送性能更好，且更容易獲得較高的輸送固氣比。隨著含水率的增大，內蒙褐煤的輸送速率通量逐漸減少。對于我國三種典型煤粉而言，在粒徑相差不大的前提下，兗州煤粉的輸送能力最強，內蒙煙煤的輸送能力最差。發(fā)現系統各測試管段的壓降具有不同的波動特點，研究了總差壓、固氣比和煤粉粒徑等條件對各管段壓降的影響，分析了煤粉含水率的增大對各管段壓降穩(wěn)定性的影響，最后解釋了大粒徑煤粉輸送時的堵管原因并給出了較適合的輸

4、送條件。
　　 研究開發(fā)出可視化測量系統，對高壓超濃相氣固兩相流的流動形態(tài)及穩(wěn)定性進行了試驗研究。隨著表觀氣速的降低，在輸送大粒徑內蒙煙煤時，獲得了懸浮流、分層流和沙丘流的流型；在輸送石英砂時，獲得了分層流、沙丘流和柱塞流的流型，后者不同流型間的區(qū)分度明顯好于前者。在輸送平均粒徑為115μm和52μm的中小粒徑內蒙煙煤時，未觀測到流型的明顯變化。粒徑更大，密度更大的石英砂更容易達到沙丘、柱塞等低速不穩(wěn)定流動狀態(tài)，表觀氣速的降低使

5、得試驗系統進入不穩(wěn)定輸送狀態(tài)，系統各管段的壓降波動時間序列佐證了這一不穩(wěn)定性。物料性質和表觀氣速對流動形態(tài)及流動的穩(wěn)定性均有著較大影響。
　　 將信號分析方法Hilbert-Huang變換(HHT)引入高壓超濃相氣固兩相流領域，對氣固兩相流的流動行為進行更深入的探討。通過石英砂和大粒徑內蒙煙煤輸送時壓力信號的HHT分析，成功提取了能量特征值e并建立其與流動形態(tài)、流動穩(wěn)定性之間的關系，證實了HHT用于分析高壓超濃相氣力輸送壓力信號

6、的可行性；對于較難通過可視化手段觀測其流型的中小粒徑煤粉，使用HHT對壓力波動信號進行分析與特征值提取，將提取的特征值用于分析表觀氣速、輸送壓力、總差壓、流化風量、煤粉平均粒徑和含水率等試驗條件對其流動特性的影響規(guī)律。
　　 鑒于高壓超濃相氣力輸送特性參數機理建模的復雜性，本文將神經網絡技術引入該領域，采用辨識建模方法，成功預測了煤粉輸送速率通量和垂直彎管壓降，并比較了不同網絡模型的優(yōu)劣。改進后的前向型BP網絡、廣義回歸神經網絡

7、(GRNN)與Elman反饋型網絡均可以實現對煤粉輸送速率通量的較好預測，且預測準確度差別不大，GRNN網絡的穩(wěn)定性最好。在對垂直彎管壓降進行預測時，采用Levenberg-Marqiardt算法訓練得到的BP網絡與Elmam網絡，具有較快的收斂速度與較好的預測精度，可以作為垂直彎管壓降的預測模型。與煤粉輸送速率通量的預測結果相比，各神經網絡對垂直彎管壓降的預測誤差普遍較大，然而考慮到高壓超濃相氣固兩相流在垂直彎管中的流動的復雜性，預測