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干煤粉高压气化技术是洁净煤利用中一项重要技术,高压密相气力输送技术是煤粉高压气化的关键技术之一。高压密相气力输送技术可以提高单位质量气体的输送效率,降低输送速度,减少物料对管壁的磨损。高压密相输送使进入气化炉内的反应物处于高浓度氛围中,有利于提高单位容积气化炉的产气量。发送罐式高压密相气力输送是一种重要的密相输送技术,具有动压连续输送,管道不易堵塞等优点,研究煤粉在此类输送系统中的输送规律具有现实意义。
本文在原有实验台基础上,设计制造了下出料式发送罐以及下出料输送系统的前段独立输送管道,与原上出料系统的公共输送管道连接,改造出一个包含一套上出料和一套下出料密相气力输送系统的综合实验台。上、下出料系统的区别在于:上出料系统独立输送管道的初始段在发送罐内部,从罐顶伸出,下出料系统独立输送管道的初始段直接从罐底伸出罐外,在罐内的部分很短。下出料系统的独立输送管道比上出料系统的水平管短0.7m,垂直管长1.2m,多两处垂直弯头。两输送系统的公共管道使用同一段输送管道,各压差测点布置在公共管道上。
在改造后的气力输送实验台上,以高压氮气作为输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验。实验中分别改变了总输送压差、流化风流量和补充风流量这三种操作参数。研究了不同实验条件下,下出料密相气力输送的规律、比较了相同操作条件下,上、下出料系统输送特性的异同、分析了影响输送稳定性的因素、考察了下出料高压密相气力输送的阻力压降特性并拟合得到了直管和弯管处固相附加压降系数的经验公式。
根据实验结果,发现流化风和补充风相同时,煤粉质量流量随着总输送压差增大而增大。补充风流量不变的前提下,总输送压差较低时,煤粉质量流量随着表观气速增大而增大,而总输送压差较高时,煤粉质量流量随着表观气速增大而减小。补充风具有调节煤粉质量流量与固气质量比的作用,当总输送压差与流化风流量不变时,煤粉质量流量和固气质量比随着补充风流量的增大而减小。
上、下出料输送系统的输送规律总体上是一致的,但是由于两输送系统结构方面的差异,其输送规律存在一定的差别。在相同操作条件下,上出料系统独立输送管道内的压力损失小于下出料系统。总输送压差越大,系统结构的差异对输送规律的影响越明显,上出料系统的煤粉质量流量与固气质量比略高于下出料系统。
通过对相邻采样周期内接收罐煤粉质量变化量的分析,研究了影响输送稳定性的因素。在本文实验范围内,流化风流量和补充风流量保持不变,随着总输送压差的增大,质量变化量的功率谱密度增大,表明煤粉输送的稳定性减弱。相同的总输送压差下,流化风流量以及上、下出料方式的改变对输送稳定性基本无影响,而补充风流量增大会增强输送过程的稳定性。
实验中通过测量不同类型管道内的压差,研究密相气力输送的阻力压降特性。输送过程中各类管道的压降随物料的浓度增加而增大。由于重力作用,同一实验条件下,垂直管内压降高于水平管。由于水平弯管处颗粒高度聚集,碰撞剧烈,本实验台上,同一实验条件下,水平弯管压降高于垂直弯管。通过绘制本文实验的Zenz相图,得到相应质量流量下的经济速度点与垂直管最小压降点,并与Rizk公式预测值比较,发现Rizk公式对经济速度的预测效果一般,同时用Rizk公式预测垂直管最小压降点,预测效果良好。
运用Barth固相附加压降理论,考虑发送罐压力、总输送压差、物料与载气的物性参数对压降的影响,利用量纲分析法,通过线性回归,获得了发送罐下出料高压密相气力输送固相附加压降系数的经验公式,运用该经验公式预测的压降值与实验值吻合良好。为了对比验证,运用其它固相附加压降模型预测本文实验的压降值,由于实验条件以及输送物料物性的差异,其它模型预测效果不够理想。