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灰熔聚流化床粉煤气化炉是我国开发的具有自主知识产权的新型气化炉,其具有适应煤种宽、气化条件温和、氧耗低、投资小、成本低等优点,目前已完成工业示范,正在进行工业推广。由于生产能力较小使其应用受到局限。先进的大规模气化技术都是以加压为前提的,对于流化床气化,加压不仅可以提高气化炉的生产能力,而且还能通过气体密度的提高改善气固接触和混合。由于压力下气固流动测试技术的局限性,目前对压力下流化床流动特性的规律还认识不够。
本论文以加压灰熔聚流化床技术开发为背景,选取了与煤粉物性接近的聚苯乙烯树脂和石英砂颗粒为实验物料,在压力仓里,利用摄像技术和电容层析成像技术(ECT技术)进行了压力下流化特性的研究,主要得到了以下结果:
1.在φ60mm×800mm的流化床中,对两种物料进行了压力下流动特性的基础研究。实验结果表明:对于实验物料,最小流化速度随压力的增大而减小,粒径越大,压力对其最小流化速度的影响越大。对现有经验公式校正发现,Babu提出的公式比较适用,在此基础上提出了校正的最小流化速度经验公式;床层的膨胀高度随气速的增大而不断增高,在相同U-Umf下床层膨胀高度随压力的增大而增高,在大于0.7MPa时,压力对膨胀高度的影响减弱;本文发现温度对最小流化速度的影响主要通过其对密度的影响起作用,粘度的影响较弱。
2.在锥度角为45°和60°的有机玻璃二维床与φ200mm×1000mm半圆床中,利用摄像技术对聚苯乙烯颗粒进行了压力对其流动特性影响的研究。主要对其射流深度、气泡的大小和速度等方面进行了研究。实验结果表明:射流深度随压力和分布板气速的增大而减小;在相同流化数下,气泡面积随压力的增大而减小,随气速的增大而增大;在二维床中,气泡速度受压力的影响不大,而随气速的增大而增大;在半圆床中,气泡速度随压力的增大而减小,随气速的增大而增大。经研究发现,中心射流速度与分布板速度对射流深度有不同的影响,床层截面对床层膨胀高度有较大的影响。
3.利用ECT技术在φ200mm×1000mm有机玻璃圆床中研究了压力对聚苯乙烯颗粒流动特性的影响规律。实验结果表明:ECT方法可以用于压力下圆床中的气固流动的研究,利用图象重建算法可以直接得到流化床横截面内气固流动的形态,获得压力对气固流动的影响。从ECT所成的图像可以清楚的观察到床层平均空隙率与床层局部空隙率随气速的增高而不断增大;在相同气速下,床层平均空隙率与床层局部空隙率随压力的增高而增大。