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我国作为能源大国,生物质资源非常丰富,目前我国的秸秆年产出量已超过7亿吨。生物质加压气化及生物质与煤粉联合气化技术作为生物质大规模高效利用的能源技术具有很广阔的应用前景。加压气化技术的关键之一是解决物料的加压入炉进料技术。
本文研究生物质粉及生物质粉与煤粉混合物的加压密相输送特性,以期为生物质粉加压气化的供料提供一个技术基础。
在气力输送实验前首先对输送物料的流动特性和摩擦特性进行了研究。利用Jenike剪切实验仪对本实验采用的煤粉和稻壳粉进行剪切实验和壁摩擦实验,结果表明:实验所用煤粉和稻壳粉具有轻微粘聚性,流动性较好,而且兖州煤的流动性优于稻壳粉;煤粉和稻壳粉的壁摩擦角都较小,相比之下煤粉的壁摩擦角比稻壳粉更小,两种粉体均适合于进行密相气力输送。
在自主研发的加压密相气力输送实验台上,分别进行了变总输送压差和变补充风流量条件下,稻壳粉及稻壳粉和煤粉混合物料的加压密相输送特性实验研究。对比分析了输送不同物料时,总压差及输送风量等操作参数对输送特性以及直管和弯头等局部压差的影响,并且研究了输送不同物料时实验系统的稳定性。
结果显示:在接收罐压力、流化风和补充风流量不变条件下,随着发送罐压力的提高,粉体质量流量和体积流量均增加,表观气速逐渐增大,固气质量比也逐渐增大。在接收罐压力、总输送压差和流化风流量不变条件下,随着补充风流量增大,粉体质量流量和体积流量均减小,而表观气速逐渐增大,固气质量比逐渐减小。在接收罐压力、总输送压差、流化风流量和补充风流量等操作参数都相同条件下,随着粉体中煤粉配比增大,粉体质量流量逐渐增加,而粉体体积流量逐渐减少,表观气速逐渐减小,固气质量比逐渐增大。
管道压降的实验结果表明:在固气体积比相差不大的条件下,直管和弯管的管道总压降随着表观气速的增加而增大;当表观气速相同时,随着物料中煤粉配比的上升,各管段压降随之增大。由于重力静压损影响,垂直管压降大于相同长度的水平管压降。弯管流动中存在动能压损,因而其压降要比长度相当的直管段大,动能压损项与1/2Gs·U的吻合度良好,这与Geldart实验结果相吻合。水平弯管中,由于重力影响,其压降较相同长度的垂直弯管大。
对系统稳定性分析表明:在此实验研究范围内,对于稻壳粉及稻壳粉和煤粉混合物料,此加料系统有着良好的输送稳定性,而且在输送过程中稻壳粉和煤粉混合粉体较单一稻壳粉更加稳定,在固气比更大的条件下,混合粉体输送能够避免纯稻壳粉输送时引起的加料不稳定乃至堵管现象。
根据Barth附加压力损失理论,运用量纲分析法,考虑气体与粉体密度以及输送几何条件等对压降的影响,得到稻壳粉及稻壳粉和煤粉混合物料的高压密相气力输送的压降回归公式,利用该公式得到的计算值与实验值吻合很好,并且分析、比较了其它压损模型公式在预测稻壳粉及稻壳粉和煤粉混合物料压降值的精确度。