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在干煤粉气流床气化系统中,为高压粉仓供料的锁斗会发生架桥的现象。一旦锁斗无法稳定地向高压粉仓供料,会导致整个气化系统的停车,这会极大得影响工厂的稳定运行。如果处理不当甚至会对工厂生产带来重大的安全隐患。破除架桥的方法有很多,采用气体流化是较为简单且易操作的破拱方法。本文以此为研究背景,主要从四个方面考察颗粒在料仓中的下料情况:1.颗粒在流化下料时的现象和流化进气对下料的影响;2.流化下料时料仓中的压力分布情况及其与下料流率的关系;3.流化载气的气体性质对流化下料的影响;4.颗粒自身的物理性质(粒径、粒度分布等)和颗粒流动性能的关系。主要研究内容如下:
(1)对比重力下料和流化下料时颗粒的流动状态,发现了流化下料的流动特点。尤其是对于具有粘聚性的煤粉颗粒,发现气体流化对此类粉体颗粒的下料的促进作用非常明显。同时,也在流化下料时发现了鲜有报道的气压平衡拱现象。文中对该现象做了细致的分析,包括其产生的原因以及提出了一些防止架拱的措施。通过称重传感器和压力传感器的采集数据,使用数理统计的方法,分析不同流化进气位置对下料流率、下料稳定性的影响。在Hour Glass理论的基础上,通过对堆积密度、下料口径等参数的修正,建立了适用于粘性颗粒的下料流率预测模型。
(2)使用压力传感器测量得到了流化料仓壁面的压力分布。通过对比流化下料和重力下料在料仓压力分布的不同,揭示流化进气对料仓中颗粒流动性能的作用。分析研究了进气的气量和进气的高度对料仓压力分布的影响,结合在不同压力分布下煤粉下料流率的规律,建立了压力与下料流率的关系式。
(3)采用二氧化碳、空气和氢气三种不同性质的气体作为载气,对煤粉在流化料仓中的流化状态,压力分布和下料流率进行了探索性的研究。首次揭示了气体性质(密度、粘度)对料仓中煤粉的流动特性和下料状态的影响。实验观测到了一个非常重要的现象:氢气更容易向上流动使得料仓中有更多的煤粉得到流化;而二氧化碳更易向下流动且其流化的作用较小。这也在计算得到的煤粉颗粒在料仓中的空隙率的规律中得到了验证。这对理解流化载气性质对颗粒下料的影响起到非常重要的作用。由此,分析压力分布和下料流率的关系,再结合气体的性质,建立了适用于不同流化载气下料的下料流率预测模型。
(4)研究了粒径、粒度分布对煤粉流动性参数如休止角、堆密度、振实密度和Hausner指数的影响,并将这些参数与煤粉的下料相结合。通过观测不同性质煤粉在料仓中的流动现象以及下料流率,深入探讨流动性参数与下料流率的关系。实验发现粒径减小后颗粒的流动性减弱,尤其是当粒径减小到一定值后,这一现象尤为明显。在相同粒径下,粒度分布越大颗粒的流动性越差。对比粘聚性较强的粉体和粘聚性较弱的粉体的流动性参数以及下料的情况,揭示颗粒粘聚性对下料的影响。在此基础之上建立了流动性参数和下料流率的关系。
(5)在装有不同喷嘴口径管道的粉煤密相输送中,测试了不同实验条件下的喷嘴压降。结果发现,在密相气固两相流状态下,喷嘴压降主要由固相引起,气相产生的压降可以忽略不计,影响喷嘴压降的主要因素有气体质量流量、固体质量流量、固气比以及喷嘴口径。采用附加压降法建立了密相气固两相流的喷嘴压降模型,模型计算结果与实验值吻合较好。利用该模型对影响压降的重要因素进行了分析,并给出了定量计算结果。