旋转锥体床内颗粒混合传输热解和环形喷动床物料循环规律的实验研究

摘要

以固体热载体为基础形成的煤的热电气多联产技术是目前最热门的研发方向之一。本文针对旋转锥体床，冷态实验研究颗粒在锥体内的混合输运规律。探讨锥体旋转速率、颗粒给料速率、锥体溢流口数量等参数变化时，对颗粒在锥体床内的动态存料量以及停留时间的影响。结果表明，旋转锥体床具有控制物料输送和调节停留时间的可操作性，增设竖立环壁将大大延长颗粒在锥体的停留时间，而搅拌器的设置对于保证颗粒在锥体内的充分混合起着关键作用。在设置竖立环壁和搅拌器的情况下，锥体内的动态存料量与给料速率成正比，而与锥体旋转速率反比；停留时间与锥体旋转速率和给料速率成反比。增加溢流口面积，将缩短颗粒停留时间和降低锥体内的存料量。并在此基础上自行设计出一种新型的煤热解装置－旋转锥式热解炉，通过对炉内煤颗粒混合热解过程进行实验研究，测定出煤颗粒平均粒度、热解温度、旋转锥旋转速率以及载热体混合量对煤热解失重的影响。实验结果表明，随着煤颗粒平均粒度的增加、热解温度的降低和旋转锥旋转速率的减小，热解失重呈现出明显的下降趋势；此外，在煤颗粒中加入载热体，将促进煤颗粒混合热交换过程的传热效果，而且随着载热体混合量的增加导致煤热解失重呈现增加趋势。另外又耦合螺旋给料器于自行设计的多喷口环形喷动床中，实验研究该新型喷动床的物料循环规律和异常工况。在喷动床物料循环实验中，测定出送风量对循环速率和喷动床中央立管差压的影响。而在喷动床物料异常工况中，就黄豆和绿豆物料类型对异常工况的影响进行了实验研究，实验结果表明，喷动床物料循环倍率随着送风量的增加而相应增加；在相同载料量和循环速率条件下，小颗粒物料所需的平衡风量比大颗粒物料要小；在喷动床物料循环平衡状态下，喷动床中央立管差压随着送风量的增加而增加，且在相同的载料量下，小颗粒物料对应的中央立管差压均值较大颗粒物料对应的小；在黄豆物料循环异常工况中会出现最小料封波动现象，最小料封一般持续2分钟左右，最小料封的出现以逐渐增大的周期间断出现；绿豆物料循环异常工况中始终没有出现最小料封波动现象，且中央立管上方的压力对压力扰动不如黄豆物料情形下敏感；喷动床中央立管下方的压力在料封衰减过程中增加，在料封补充过程中下降，立管上下差压特性与立管下方压力相似。 期望研究结果对于设计新颖的煤热解气化炉以及开发以固体热载体热解气化为基础的多联产技术以及新颖的喷动床技术具有一定的参考价值和指导作用。