高壓下輸送物料種類及輸送載氣對密相氣力輸送特性的影響機理與規(guī)律研究.pdf

1、高壓、大規(guī)模氣流床氣化技術(shù)是國際上先進的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、燃料電池聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、煤液化、化肥、制氫等的龍頭技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，粉體高壓密相氣力輸送是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。粉體高壓密相氣力輸送中輸送管路固相濃度高，流動形態(tài)復(fù)雜，系統(tǒng)的輸送技術(shù)要求和條件與一般輸送系統(tǒng)相差較大，且輸送物料、輸送載氣及設(shè)備特性等眾多因素對其有重要影響，相關(guān)的輸送規(guī)律和機理的認識還不完善，對其研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文運用實驗研究和理論分析相結(jié)合的

2、方法對粉體高壓密相氣力輸送的輸送特性、穩(wěn)定性等相關(guān)問題進行了研究。
　　本文在東南大學(xué)自主研發(fā)的以N2作輸送載氣的上出料式高壓密相氣力輸送實驗裝置基礎(chǔ)上，改造出適合于以CO2和N2作輸送載氣、包含一套上出料和一套下出料高壓密相氣力輸送系統(tǒng)的綜合實驗臺。在此實驗臺上，分別以CO2、N2作輸送載氣，以褐煤、稻殼粉及其與煤粉混合粉體、煙煤作輸送物料，進行了高壓密相氣力輸送實驗，分別考察了輸送操作條件、輸送物料特性（物料種類、褐煤水分含量

3、、平均粒徑等）、輸送載氣差異對輸送特性的影響。實驗研究了褐煤的加壓密相氣力輸送特性，探討了褐煤氣力輸送臨界水分含量問題，研究了稻殼粉及不同配比稻殼粉與煤粉混合粉體的密相氣力輸送特性與規(guī)律，研究了不同輸送載氣下煤粉的高壓密相氣力輸送特性，比較了發(fā)送罐上、下出料煤粉密相氣力輸送系統(tǒng)的輸送特性，并分析了氣力輸送過程的穩(wěn)定性。
　　褐煤的加壓密相氣力輸送實驗結(jié)果表明:高水分含量的褐煤可以在本文實驗臺上順利輸送，隨著總輸送壓差的增大，褐煤輸

4、送過程中的煤粉質(zhì)量流量增加，表觀氣速增大，固氣質(zhì)量比增大，但總輸送壓差增大對固氣質(zhì)量比的提高有一定限度。隨著流化風(fēng)流量的增加，褐煤煤粉質(zhì)量流量和輸送固氣質(zhì)量比先增大后減小，表觀氣速則先減小后增大。在相同的實驗操作條件下，本文平均粒徑相近但水分含量不同的褐煤和煙煤輸送特性存在較為明顯的差別:輸送褐煤時，煤粉質(zhì)量流量、煤粉體積通量、固氣質(zhì)量比和固氣體積比均比煙煤小，但輸送過程中的表觀氣速則比煙煤略大。褐煤氣力輸送存在一個臨界水分含量值，在臨

5、界水分以下時，輸送特性變化不顯著;在臨界水分附近，輸送過程表觀氣速和固氣質(zhì)量比發(fā)生大幅變化。本文中，比較了相同條件下兩種不同平均粒徑褐煤的輸送特性，并對其在水平輸送管道內(nèi)的流動狀態(tài)進行了電容層析成像測量結(jié)果對比分析。
　　在不同水分含量褐煤輸送實驗基礎(chǔ)上，研究了褐煤輸送臨界水分含量問題，獲得了昭通褐煤氣力輸送臨界水分含量，并從煤粉流動性出發(fā)，對輸送臨界水分問題進行了討論，得到了褐煤輸送臨界水分的判別標準，進一步通過對褐煤水分賦存形

6、態(tài)的研究，從機理上對褐煤輸送臨界水分問題進行了探討。結(jié)果表明:本文昭通褐煤煤粉（平均粒徑208.5μm）全水分29 wt％～30 wt％是其能否進行氣力輸送的臨界水分含量。輸送實驗是褐煤輸送臨界水分判別的有效方法，但實際應(yīng)用存在不便，從煤粉流動性出發(fā)進行判別相對輸送實驗更加簡便快捷，可采用詹尼克剪切法流動函數(shù)測量進行判別，同時，褐煤休止角測量和吸水膨脹試驗也可對褐煤輸送臨界水分進行初步預(yù)測。本文將褐煤中的水分分為粒間水和粒內(nèi)水（包括孔隙

7、水、分子水和結(jié)晶水），研究表明，粒間水是影響煤粉流動和輸送的主要水分因素，粒內(nèi)水對輸送的影響很小。通過對輸送臨界水分附近的昭通褐煤中的孔隙水、分子水和粒間水進行定量計算，得到了各形態(tài)水分的具體數(shù)值。雖然褐煤全水分較高，但大量水分以粒內(nèi)水形式存在于顆粒內(nèi)，粒間水含量較少。
　　稻殼粉及其與煤粉混合粉體的加壓密相氣力輸送實驗結(jié)果表明:本文輸送系統(tǒng)在不同配比的稻殼粉和煤粉作輸送物料時可以穩(wěn)定、可控運行。在各操作參數(shù)相同的條件下，隨著粉體

8、中煤粉配額的增加，粉體質(zhì)量流量逐漸增大，而體積通量逐漸減小，表觀氣速逐漸降低，固氣質(zhì)量比增大，而固氣體積比的變化規(guī)律不顯著。在固氣體積比相差不大的情況下，表觀氣速相同時，隨著粉體中煤粉配額的增加，直管和彎管的壓降隨之增大。
　　不同輸送載氣下煤粉的加壓密相氣力輸送實驗結(jié)果表明:輸送載氣不同時，操作條件對輸送特性的影響有相似規(guī)律，而載氣差異導(dǎo)致輸送特性的差別則比較明顯。CO2、N2兩種載氣下，煤粉質(zhì)量流量隨總輸送壓差升高而增大，隨著

9、補充風(fēng)流量增大而減小，隨著注入氣速增大而減小;表觀氣速隨著總輸送壓差的升高而增大;固氣比隨著總輸送差壓的增大先有增大趨勢最后趨于一個相對穩(wěn)定的值。在相同的實驗操作條件下，CO2作載氣與N2作載氣相比，煤粉質(zhì)量流量較小，表觀氣速較大，固氣比較小。
　　在本文實驗臺上，由于輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的差異，相同實驗條件下，上出料輸送系統(tǒng)輸送效率高于下出料輸送系統(tǒng)。在總輸送壓差較低時，兩種出料方式輸送系統(tǒng)輸送煤粉的能力都較差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的差異對輸送

10、特性的影響不明顯，但在總輸送壓差較高時，上出料輸送系統(tǒng)輸送過程中的煤粉質(zhì)量流量和固氣質(zhì)量比都高于下出料輸送系統(tǒng)。
　　通過對實驗測量信號數(shù)據(jù)進行處理，分析了氣力輸送穩(wěn)定性，結(jié)果表明:影響氣力輸送穩(wěn)定性的因素是復(fù)雜多樣的，需要綜合輸送管內(nèi)流動穩(wěn)定性和料罐出料穩(wěn)定性進行分析。本文中，隨著水平管差壓信號赫斯特指數(shù)Hsp的減小，輸送管內(nèi)流動穩(wěn)定性變差;而料罐質(zhì)量脈動赫斯特指數(shù)Hma則無法很好地表征料罐出料穩(wěn)定性，其標準差Sma卻能較好地與

11、其穩(wěn)定性相關(guān)，隨著Sma的增大，料罐出料穩(wěn)定性變差。CO2作載氣與N2作載氣相比，管內(nèi)氣固流動更加平穩(wěn)，料罐出料穩(wěn)定性更好，整體輸送穩(wěn)定性更好。N2載氣下，褐煤輸送相比煙煤而言，輸送管內(nèi)流動穩(wěn)定性較好，但二者在出料穩(wěn)定性上差別不明顯。稻殼粉與煤粉混合粉體比單一稻殼粉的輸送穩(wěn)定性好，混合粉體輸送能夠避免純稻殼粉輸送啟動時引起的出料不穩(wěn)定乃至堵塞現(xiàn)象。下出料輸送系統(tǒng)與上出料輸送系統(tǒng)在輸送管內(nèi)流動穩(wěn)定性上無顯著差別，但下出料輸送系統(tǒng)料罐出料更