不同背压气水两相流喷嘴雾化特性的试验研究

摘要

壳牌（Shell）煤气化技术因其碳转化率高且污染物排放量低得到很多的应用，但是它采用的合成气激冷方法压缩机负荷大，并且磨损严重导致生产成本很高，采用气水两相流激冷可以有效改善这一问题。目前，国内外关于高背压条件下气水两相流雾化特性的试验数据还比较匮乏。本文以高压煤气化水激冷技术为背景，提出一种气水两相流激冷喷嘴，并通过试验研究了背压、气液比等操作参数对喷嘴雾化特性的影响规律，为工业应用提供理论和技术支撑。
　　本文先是进行了气泡雾化的粒径试验，研究了各种因素对雾化粒径（Sauter mean diameter,SMD）的影响规律。发现气液质量比（gas liquid mass ratio,GLR）和注入压力对SMD的影响很大，且SMD都是随着GLR和注入压力的增大而减小；喷射速度和喷嘴出口直径对SMD的影响较小，SMD随着喷射速度的增大而减小，随着出口直径的增大而增大；沿射流轴向方向，距离喷嘴出口越远，SMD就会越大，并且在距离较近的位置会发生大粒径的颗粒急剧增多的过程。
　　考虑到喷嘴实际的工作环境不是常压的，又进行了高背压条件下雾化特性的试验，研究了0.4-4.0MPa背压下喷嘴的流量特性以及各种因素对雾化锥角的影响规律。发现在加压条件下当其中一相的质量流量保持不变时，另一项的质量流量随着背压的升高达到相同的数值所需要的压差越来越小。关于雾化角，GLR对其影响较大，且雾化角总是随着GLR的增大而增大；喷射速度对雾化角的影响较小，随着喷射速度的增大，雾化角略有增大。另外背压对雾化角的影响也非常大，在喷射速度和GLR不变时，雾化角先是随着背压的升高而减小，当背压升高到一定程度以后又随着背压的升高而增大，发生这种改变的拐点背压值大概为1.0MPa。