煤粉加压密相输送特性

摘要

气力输送技术起源于19世纪上半叶，已有百余年历史。但在相当长的一段时间里，研究和应用主要集中在低压稀相领域。在20世纪后期的20余年中，加压密相气力输送技术的成功开发，使气力输送技术从机理和应用上均有了新的和质的突破。迄今，在粉体气力输送领域已积累了许多有价值且较为系统的研究成果，但有关加压密相气力输送领域（特别是输送特性和机理研究方面）的研究报道仍十分有限。 加压密相气力输送具有输送固气比高、输送气量少、管路及物料磨损轻等显著优点。因此，在先进的干煤粉加压气化装置中已采用高浓度煤粉加压连续输送技术，不过限于理论未成熟，但该技术还远未达到成熟阶段。东南大学自主研发了一套输送压力可达4MPa，输送固气比可达600kg/m3的干煤粉加压气化装置的高压密相气力输送实验装置，并在煤粉输送特性以及管路阻力特性研究等方面取得了许多重要的研究成果。但由于高压密相输送的流动形态复杂，影响流动稳定性的因素较多，还没有成熟理论可供参考，研究有待不断深入。不同平均粒径煤粉的输送特性存在显著差异。通过实验研究，掌握不同平均粒径煤粉的输送特性，对大规模高压煤粉密相气力输送系统的设计与运行具有直接的指导意义。压降作为气力输送系统的重要参数，与管内煤粉体积分数以及表观气速有着密切关系，国内外众多学者对其进行了理论和实验研究。然而这些研究主要针对低压输送条件下的直管段，有关高压下管路压降，特别是弯管的压降研究报道很少。因此，高压输送的压降特性具有重要的研究价值。此外，由于目前实验手段和实验条件的限制，还不能直接测量高压密相输送过程中两相速度和体积分数在弯管内的分布。运用数值求解方法研究弯管中两相流动情况，可以为干煤粉密相加压输送系统的设计和参数优化提供参考。 在输送压力可达4 MPa的气力输送实验台上，进行不同平均粒径煤粉的密相输送实验。研究总输送差压、发送压力对煤粉质量流量、固气比等输送参数的影响。结果表明：煤粉质量流量随总输送差压的增加而增加；相同总输送差压下，煤粉平均粒径越大，煤粉质量流量越低；煤粉质量流量随发送压力的增加而增加。在相同输送差压下，随着流化风的增加，煤粉质量流量和固气比先增加后降低。 在相同同气比下，垂直管的压损要高于水平管，弯管的压损要高于直管，平均粒径大的煤粉压损要高于平均粒径小的煤粉，单位管长弯管动能压损与GsU呈现线性关系，斜率为1／2。 从理论与实验两方面研究两相流的压降随煤粉体积分数、表观气速及煤粉平均粒径的变化规律。结果表明：在高压密相气力输送中，固相引起的压降是总压降的主要部分；在相同固气比下，煤粉的摩擦压降随着表观气速的增加而增加；在相同表观气速下，摩擦压降随着煤粉体积分数的增加而增加；在相同固气比下，平均粒径大的煤粉其摩擦压降要高于平均粒径小的煤粉；固相摩擦系数随着表观气速的增加而降低，固气比和煤粉平均粒径的不同对固相摩擦系数没有明显影响。 在Barth附加压力损失理论基础上，考虑发送压力以及煤粉特性参数对压损的影响，运用量纲分析法，得到高压密相输送时附加压损系数的关联式。用关联式预测的压损值与实验值吻合得很好。 基于颗粒动力学理论的双流体模型并引入k-ε-kp-εp湍流模型，模拟煤粉加压密相输送垂直弯管的流动特性。模拟结果表明：在相同固气比下，随着表观气速的增加，弯管外侧壁煤粉体积分数增加，弯管段压降增加；相比于平均粒径小的煤粉，平均粒径大的煤粉更容易往弯管外侧壁聚集，使其在弯管外侧壁体积分数更高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1 课题研究的背景

1.2 粉体密相输送的研究综述

1.2.1 物料的特性及其输送方式

1.2.2 输送过程压降研究

1.2.3 输送相图的研究

1.2.4 颗粒动力学在气力输送中的运用

1.2.5 煤粉加压密相气力输送的研究方向

1.3 本章小结

参考文献

第二章 煤粉加压密相输送特性

2.1 实验系统及物料性质

2.1.1 干煤粉加压密相输送系统介绍

2.1.2 物料性质

2.2 煤粉加压密相输送特性

2.2.1 煤粉气力输送密相的定义

2.2.2 高压密相输送的优点

2.2.3 流化风对输送特性的影响

2.2.4 总输送差压对输送特性的影响

2.2.5 输送经济速度的研究

2.2.6 气力输送中一些组合量的关系

2.3 本章小结

参考文献

第三章 煤粉加压密相输送阻力特性

3.1 不同平均粒径煤粉的压降比较

3.1.1 水平管压降与表观气速的关系

3.1.2 水平管压降与垂直管压降的比较

3.1.3 水平管压降与水平弯管压降的比较

3.1.3 垂直弯管压降与水平弯管压降的比较

3.1.4 水平弯管与水平管压降比系数

3.2 直管阻力特性研究

3.2.1 直管内气相摩擦压损

3.2.2 直管内固相摩擦压损

3.3 弯管阻力特性研究

3.3.1 弯管内气相摩擦压损

3.3.2 弯管内动能压损

3.3.3 弯管内固相摩擦压损

3.3 本章小结

参考文献

第四章 煤粉加压密相输送压降经验公式拟合

4.1 能量理论介绍

4.1.1 气相压损计算公式

4.1.2 Barth固相压损计算公式

4.2 量纲分析介绍

4.3 直管段压降公式拟合

4.4 弯管段压降公式拟合

4.5 压降拟合公式预测的准确性

4.6 本章小结

参考文献

第五章 垂直弯管煤粉加压密相输送初步模拟研究

5.1 颗粒动力学的数学模型

5.1.1 气相控制方程

5.1.2 颗粒相动力学

5.1.3 气相和固相的湍流输运方程

5.1.4 数值计算的边界条件

5.1.5 物理模型及网格划分

5.1.6 求解模型

5.2 结果与讨论

5.2.1 表观气速对输送特性的影响

5.2.2 煤粉流经弯管再加速过程的模拟

5.2.3 粒径对输送特性的影响

5.3 本章小结

参考文献

第六章 结论与建议

作者简介

致谢