高壓濃相氣力輸送中傾斜管阻力特性研究.pdf

1、我國(guó)的一次能源以煤炭為主，煤炭直接燃燒利用熱效率較低且產(chǎn)生很多環(huán)境問(wèn)題，煤粉加壓氣化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤炭資源的清潔利用。高壓濃相氣力輸送技術(shù)作為干煤粉氣流床加壓氣化技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)整個(gè)氣化裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。在氣力輸送系統(tǒng)中傾斜管的使用不可避免，高壓濃相氣力輸送中物料濃度高、流動(dòng)情況復(fù)雜，傾斜管內(nèi)流動(dòng)情況難以直接觀測(cè)，現(xiàn)有文獻(xiàn)中對(duì)傾斜管阻力特性研究較少。本文對(duì)高壓濃相氣力輸送中向上傾斜管的阻力特性和輸送特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)

2、研究和理論分析，為高壓濃相氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試及運(yùn)行提供理論支持和數(shù)據(jù)支撐。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、艑?duì)實(shí)驗(yàn)物料（無(wú)煙煤和石油焦）的粉體物性進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試，包括粉體物料的工業(yè)分析、真實(shí)密度、堆積密度、含水率、粒徑分布和表觀形貌。物料的表觀形貌分析表明，平均粒徑相近的無(wú)煙煤和石油焦表觀形貌相差較大，無(wú)煙煤表面光滑致密，石油焦表面粗糙且附著有小顆粒和片狀物。使用ShearTrac-Ⅱ剪切儀對(duì)實(shí)驗(yàn)物料進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)。剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

3、明，四種物料的流動(dòng)函數(shù)都在2～4之間，實(shí)驗(yàn)物料均屬于有黏性物料。物料種類(lèi)相同時(shí)粗顆粒物料的流動(dòng)性比細(xì)顆粒物料好;粒徑相近的無(wú)煙煤物料流動(dòng)性比石油焦好。
　?、圃诠ぷ鲏毫Ω哌_(dá)4.0MPa的氣力輸送實(shí)驗(yàn)裝置上以氮?dú)鉃檩d氣進(jìn)行了氣力輸送實(shí)驗(yàn)研究，分析了下出料式高壓濃相氣力輸送系統(tǒng)的輸送特性，研究了操作參數(shù)和粉體物性對(duì)輸送特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，在相同的輸送壓差下，隨著流化風(fēng)量的增加，物料的質(zhì)量流量和固氣比先增大后減小，輸送穩(wěn)定性先

4、提高后變差;發(fā)送罐壓力相同時(shí)，隨著輸送壓差的增大，物料輸送量不斷增大但壓差較大時(shí)增大趨勢(shì)減緩，物料固氣比先增大后減小，輸送穩(wěn)定性隨著輸送壓差的增大而提高;在相同的輸送壓力和輸送壓差下，粗顆粒物料的輸送量和固氣比均小于細(xì)顆粒物料;在相同輸送壓力和輸送壓差下，粒徑相近的無(wú)煙煤物料輸送量大于石油焦且無(wú)煙煤的輸送穩(wěn)定性更好。
　?、沁\(yùn)用相圖研究高壓密相輸送過(guò)程中不同參數(shù)對(duì)傾斜管阻力特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，對(duì)于傾斜角度一定的管道，物料

5、質(zhì)量流量相同時(shí)，傾斜管壓降隨著表觀氣速的增大先減小后增大;在相同表觀氣速下，傾斜管壓降隨質(zhì)量流量的增大而增大;在相同實(shí)驗(yàn)條件下，粗顆粒物料的傾斜管壓降大于細(xì)顆粒物料;質(zhì)量流量相同時(shí)，粒徑相近的無(wú)煙煤傾斜管壓降大于石油焦。在0°～60°的角度范圍內(nèi)，傾斜管壓降隨傾斜角度的增大不斷增大。根據(jù)Barth附加壓降理論采用量綱分析的方法對(duì)傾斜管壓降公式進(jìn)行擬合，獲得了傾斜管壓降公式。擬合公式預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好并推導(dǎo)出在一定的實(shí)驗(yàn)條件下傾斜

6、管的臨界角約為63°。
　?、壤肍luent軟件基于雙流體模型，采用k-ε-kp-εp湍流模型對(duì)高壓密相輸送中傾斜管內(nèi)氣固兩相流流動(dòng)情況進(jìn)行了模擬。模擬過(guò)程中考慮了兩種氣固兩相流間的相互作用:(1)氣固平均速度差引起的氣固兩相之間的曳力;(2)氣相速度脈動(dòng)和固相速度脈動(dòng)引起的氣固間的湍動(dòng)能交換。模擬結(jié)果表明，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，隨著表觀氣速的增大，固相濃度集中的區(qū)域會(huì)向管道截面中心移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)條件相同時(shí)，粗顆粒物料固相濃度集中的區(qū)