发送罐中粉体静电特性及对输送稳定性的影响

摘要

大规模高效煤气化是煤炭高效清洁利用的重要途径之一，高压浓相气力输送技术作为干煤粉气流床加压气化技术中关键技术，得到广泛的应用。发送罐作为整个煤粉供料系统的重要组成部件，其发料特性直接影响气化装置的安全稳定运行及气化工艺指标。如何实现稳定供料成为发送罐在各运用领域亟需解决的技术难题。发送罐在进料、储存和出料过程中，粉体静电大量积聚会引起颗粒团聚和黏壁，甚至还会产生静电放电，引起可燃粉尘的着火、爆炸等严重事故。目前关于发送罐内粉体静电的相关资料还很少，需要深入和系统地研究。本文以气力输送系统中上出料发送罐为研究对象，通过改变流化时间、流化风速、物料粒径、物料种类和物料含水率等参数，剖析发送罐内粉体静电特征参数的变化规律及对发送罐输送稳定性的影响规律，为高压浓相气力输送系统发送罐的设计、调试及运行提供理论支持和数据支撑。
　　在常压发送罐静电测量试验台上进行试验研究，系统地分析了粉体静电特性随流化时间、流化风速、取样点高度等操作参数的变化规律。试验结果表明:随着流化时间的增加，物料的荷质比增大，直至达到静电饱和状态;随着流化风速的增大，物料的荷质比增大;距离布风板最远的取样点物料的荷质比要大于距离布风板较近的取样点物料的荷质比，且距离布风板最远的取样点物料的荷质比随流化风速变化的趋势更明显。
　　通过改变物料粒径、种类和含水率等物性参数，研究了粉体物性对粉体物料荷质比和粉体静电量与颗粒表面积的比值Q/S等粉体静电特征参数的影响规律。试验结果表明:小粒径物料荷质比要明显大于大粒径物料荷质比，而大粒径物料Q/S小大于粒径物料Q/S;随着物料外水含量的增加，物料的荷质比显著减小;在发送罐的静电测量试验中，不同物料种类所带静电的电性和电量不同，生物质和玻璃珠颗粒带正电，煤粉带负电，且粒径相似的生物质颗粒的荷质比的绝对值要小于玻璃珠颗粒的荷质比。采用量纲分析的方法对发送罐内粉体静电量及影响因素进行拟合，提出了预测发送罐粉体静电量的经验公式，预测结果与试验结果能较好地吻合。
　　采用物料质量流率信号的标准差系数对发送罐输送稳定性进行分析，获得了操作参数和粉体物性等参数对常压上出料式发送罐输送稳定性的影响规律。研究结果表明:随着输送流化风量的增加，发送罐输送稳定性先升高后降低;在相同的输送条件下，大粒径物料的输送稳定性要比小粒径物料差;对于平均粒径接近的生物质颗粒和煤粉，在相同的输送压差下，煤粉的输送稳定性要好于生物质颗粒的输送稳定性;存在一个最佳外水含量，当物料外水含量对应最佳外水含量时，发送罐的输送稳定性最好，当外水含量高于或者低于该值时都会导致发送罐输送的不稳定。
　　为获得粉体静电量对输送稳定性的影响规律，并通过改变操作参数和粉体物性等条件，获得携带不同静电量的物料并进行输送试验，分析对比了粉体静电与其他因素对输送稳定性的影响作用。物料携带静电量越大，输送过程中其标准差系数越大，输送稳定性越差;随着输送流化风量的增大，粉体静电对输送稳定性的影响增大，输送流化风量和粉体静电量两者协同作用共同影响了粉体的输送稳定性;当玻璃珠颗粒静电量较小时，粒径因素对输送稳定性起决定性作用，当玻璃珠颗粒静电量积累到一定值后，静电量对输送稳定性的影响逐渐增大;粉体静电量对生物质颗粒输送稳定性的影响要大于对煤粉输送稳定性的影响;当粉体含水率较低时，粉体的静电量对输送稳定性影响较大，而当粉体含水率高时，粉体的含水率对其输送稳定性起决定性的作用。

目录

声明

摘要

主要符号列表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 发送罐式气力输送系统稳定性研究

1．3 气固流化领域静电的研究

1．3．1 静电基础知识简介

1．3．2 气固两相流领域静电现象和危害

1．3．2 操作参数对气固流化过程中粉体带电的影响

1．3．3 粉体物性对气固流化过程中粉体带电的影响

1．4 本课题主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 试验系统及粉体物性

2．1 发送罐粉体静电测量试验系统

2．1．1 发送罐装置介绍

2．1．2 静电测量技术及系统

2．2 试验物料粉体物性

2．2．1 试验物料的基本物理性质

2．2．2 试验物料的表观形貌

2．2．3 试验物料的静电序列

2．3 本章小结

第三章 发送罐内粉体静电特性研究

3．1 表征粉体带电特性的参数

3．2 粉体静电测量试验系统的可靠性

3．3 操作参数对发送罐粉体静电量的影响

3．3．1 流化时间对发送罐粉体静电量的影响

3．3．2 流化风量对发送罐粉体静电量的影响

3．3．3 取样点高度对发送罐粉体静电量的影响

3．4 粉体物性对发送罐粉体静电量的影响

3．4．1 物料粒径对发送罐粉体静电量的影响

3．4．2 物料含水率对发送罐粉体静电量的影响

3．4．3 物料种类对发送罐粉体静电量的影响

3．5 静电拟合公式

3．5．1 量纲分析法介绍

3．3．2 静电拟合公式与结果讨论

3．6 本章小结

第四章 粉体静电对气力输送的输送稳定性研究

4．1 表征气力输送过程中输送稳定性的参数

4．2 发送罐输送试验系统的稳定性及可靠性

4．3 操作参数及粉体物性对发送罐输送特性的影响

4．3．1 输送流化风量对发送罐输送特性的影响

4．3．2 物料粒径对发送罐输送特性的影响

4．3．3 物料种类对发送罐输送特性的影响

4．3．4 物料含水率对发送罐输送特性的影响

4．4 粉体静电量对发送罐输送稳定性的影响

4．4．1 不同输送流化风速下静电量对输送稳定性的影响

4．4．2 不同粒径粉体的静电量对输送稳定性的影响

4．4．3 不同物料粉体的静电量对输送稳定性的影响

4．4．4 不同含水率粉体的静电量对输送稳定性的影响

4．5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介及攻读硕士学位期间获得的学术成果