第30卷第2期電力建設(shè)Vol.30 No. 22009 年2月Electric Power ConstructionFeb. 2009專家論壇●氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述趙長遂,梁財(cái), 陳曉平(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院.南京市,210096)[摘要]高壓濃相煤粉氣力輸送是干煤粉氣流床氣化爐關(guān)鍵技術(shù)之- - ,文章從輸送物料特性、輸送相圖、阻力特性及流動(dòng)穩(wěn)定性等方面評(píng)述了濃相粉體氣力輸送在近些年取得的研究進(jìn)展，結(jié)合東南大學(xué)近年來在高壓濃相煤粉氣力輸送領(lǐng)城獲得的研究成果,系統(tǒng)地探討了濃相氣力輸送過程中的流動(dòng)特性,對(duì)今后濃相氣力輸送研究應(yīng)開展的工作提出了建議。[關(guān)鍵詞]氣力輸 送;濃相;物料特性;阻力;相圖;穩(wěn)定性中圖分類號(hào): TQ051文獻(xiàn)標(biāo)志碼: C文章編號(hào): 1000-7229 (2009) 02- 0001-10穩(wěn)地從稀相流動(dòng)過渡到濃相流動(dòng);PC2類物料(塑料0引言球,小麥)在輸送過程中可能出現(xiàn)稀相、不穩(wěn)定以及氣力輸送在能源、化工、采礦、糧食和食品加工柱塞流動(dòng);PC3類物料(粗精礦)只能采用稀相輸送。等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,得到各國工業(yè)界的關(guān)注和.相圖中,PC1類物料與其他兩類物料的分界線XY重視。物料的管道氣力輸送技術(shù)至今已有100多年也代表了細(xì)顆粒與粗顆粒的流動(dòng)形態(tài)差別。參考文的歷史了。但在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi),這門技術(shù)幾乎都是獻(xiàn)[2]認(rèn)為顆粒最小鼓泡速度大于最小流化速度就局限于呈懸浮流動(dòng)的稀相流。屬于A顆粒,反之屬于B顆粒。參考文獻(xiàn)[3]也從這濃相氣力輸送由于其輸送速度低、能耗小、輸送個(gè)角度出發(fā),推導(dǎo)出XY的方程:濃度高等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用15。.d,p.=0.120 6(1]目前，大規(guī)模高效煤氣化在潔凈煤利用領(lǐng)域日益得式(1)中 d,為平均粒徑,P,為物料密度。到重視和發(fā)展,2004年已在國家973計(jì)劃中立項(xiàng)，煤基多聯(lián)產(chǎn)已被列為“十一五”863計(jì)劃重大項(xiàng)目,煤粉的高壓濃相氣力輸送技術(shù)是煤氣化過程的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文就國內(nèi)外近年來在濃相氣力輸送領(lǐng)ot域獲得的研究成果，結(jié)合東南大學(xué)在高壓濃相煤粉氣力輸送方面的進(jìn)展，從輸送物料特性、粉輸送相圖、阻力特性及流動(dòng)穩(wěn)定性等方面探討濃相氣力輸P2]送過程的流動(dòng)特性。101物料特 性對(duì)輸送特性的影響平均粒徑/um1.1物料種 類對(duì)濃相氣力輸送的影響圖1氣力輸送 中物料的輸送相圍參考文獻(xiàn)[1]根據(jù)顆粒Geldart分類法提出的輸參考文獻(xiàn)[4]對(duì)兩種粉體顆粒進(jìn)行了輸送試驗(yàn)送相圖被廣泛用來判別針對(duì)不同物料應(yīng)采取何種輸研究,探討了物料特性對(duì)輸送的影響規(guī)律,指出硬度送方式。參考文獻(xiàn)[1]認(rèn)為物料與氣體作用方式主要較小的物料在輸送管路中發(fā)生旋轉(zhuǎn)較為嚴(yán)重，且在取決于物料的平均粒徑分布及物料的密度，以這兩管內(nèi)與管壁碰撞較為嚴(yán)重,摩擦系數(shù)大，輸送壓損者為參數(shù)，可將物料分為PC1、PC2和PC3三類,如高,這與參考文獻(xiàn)[5]的結(jié)論是相吻合的。圖1所示。PC1 類物料(如飛灰,水泥，煤粉),可以平中國煤化工送壓力可達(dá)4.0YHCNMHG基金資助項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(004CB217702-01)收稿日期: 2008-12-01作者簡介:趙長遵(1945-),男,教授博士生導(dǎo)師,主要從事循環(huán)流化床、潔凈煤發(fā)電及氣固兩相流方面的研究?！?●電力建設(shè)第30卷反吹風(fēng)q山電化充壓調(diào)風(fēng)幫↓秤1 1e"緩沖罐閥流化風(fēng).氮'(瓶傳感器轉(zhuǎn)換圄2高壓濃相氣力輸 送試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖MPa.、固氣比高達(dá)600 kg/m3的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了高壓能增大,可用于克服輸送壓損的能量增加,單位氣體濃相煤粉氣力輸送。如圖2所示,高壓氮?dú)饨?jīng)過緩沖的懸浮攜帶能力增強(qiáng),煤粉的輸送通量增大。不同煤罐分成充壓風(fēng)流化風(fēng)和補(bǔ)充風(fēng)3路。煤粉發(fā)料罐采粉的輸送速率通量的差異主要是由于物料特性引起用上出料式，流化風(fēng)流經(jīng)布風(fēng)板后對(duì)發(fā)料罐中的煤的,對(duì)2種煤粉進(jìn)行剪切試驗(yàn),如圖4所示,兗州煤粉進(jìn)行流化,經(jīng)提升段進(jìn)入輸送管道,在發(fā)料罐出口的流動(dòng)性比大同煤好，這與高壓濃相輸送試驗(yàn)的結(jié)引人補(bǔ)充風(fēng)增強(qiáng)輸送能力，充壓風(fēng)則維持發(fā)料罐的論是相同的。根據(jù)煤粉顆粒表面結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖,可壓力不變。通過加濕系統(tǒng),水分在輸送過程中按- -定以看到兗州煤顆粒表面光滑,棱角分明,表面沒有明的比例被均勻地加入粉煤中。收料罐壓力由排氣管顯的孔隙及凹坑,并且硬度高,石質(zhì)感強(qiáng)。大同煤表道上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)控制。發(fā)料罐和5 000收料罐體積均為0.648m',輸送管為φ 16 mmx34 500mm,輸送距離為53m,煤粉實(shí)時(shí)質(zhì)量由3個(gè)高精度4000箔式電子秤稱量,采壓直管長1 000 mm,彎管長6303 500mm,曲率半徑R=200 mm,輸送氣體為壓縮氮?dú)?罐。3000氣源最高壓力為4.8MPa。采用試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,獲得了不同煤粉物性(如含水率、2 000粒徑和煤種)和操作參數(shù)(如輸送壓力、總輸送差壓、0.4 0.6 0.8 1.01.2 1.40P/MPa流化風(fēng)量和充壓風(fēng)量等)對(duì)輸送穩(wěn)定性及流動(dòng)特性圈3輸送速率通與總輸送差壓的關(guān)系的影響規(guī)律,掌握了控制輸送特征參數(shù)的方法,建立了高壓濃相氣固兩相流直管壓降數(shù)學(xué)模型。5.5參考文獻(xiàn)[6-11]對(duì)大同和兗州2種煙煤進(jìn)行輸5.0f▲大同送,獲得不同工況下的流動(dòng)特性。煤粉平均粒徑和含水率非常接近,在發(fā)料罐壓力P=3.6 MPa,逐漸改變收料罐壓力來調(diào)節(jié)輸送差壓,如圖3所示,煤粉輸送中國煤化工速率通量ψ隨著總輸送差壓△P的升高而增大,兗州煙煤的輸送速率通量大于大同煙煤的輸送速率通YHCNMHG02030405060量。隨著總輸送差壓的升高,流化罐內(nèi)煤粉很容易被最大主密實(shí)力Vlkg壓人輸送管路?？傒斔筒顗涸礁?輸送氣體的輸送勢圖4不同煤種 流動(dòng)函數(shù)的比較第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述面粗糙,并且粘有許多小顆粒狀物質(zhì),表面出現(xiàn)許多和30%水分下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水率低于縫隙及小孔,顆粒的表面看似較軟且具粘性。因此,20%時(shí),物料的黏性力增大,流動(dòng)能量下降,當(dāng)高于在相同的輸送條件下，兗州煤的輸送速率通量大于20%時(shí)，物料的流動(dòng)能力增強(qiáng)。參考文獻(xiàn)[17]在剪切大同煤的輸送速率通量。試驗(yàn)臺(tái)對(duì)含水率低于10%的煤粉進(jìn)行剪切試驗(yàn),發(fā)1.2粒徑分布對(duì)濃相氣力輸送的影響現(xiàn)隨著含水率(M<10%)的增加，煤粉的壁摩擦系數(shù)參考文獻(xiàn)[12- 14]研究了平均粒徑分別為83和和黏性力增大,流動(dòng)性降低。關(guān)于含水率對(duì)輸送影響420μm的石灰和沙粒在水平管內(nèi)的流動(dòng)特性,得出規(guī)律至今沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。參考文獻(xiàn)[10-11,18]細(xì)顆粒與氣體的跟隨性強(qiáng),容易被攜帶,而粗顆粒由對(duì)不同煤粉的含水率對(duì)輸送特性的影響規(guī)律進(jìn)行了于重力作用,容易往管底沉積,輸送相同的物料量需系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)內(nèi)水對(duì)流動(dòng)的影響不大,本文中討要更多的氣體。參考文獻(xiàn)[15]對(duì)5種物質(zhì)進(jìn)行輸送論的均為輸送物料的外水M。保證操作參數(shù)不變,試驗(yàn),研究粉體粒度對(duì)輸送的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在相同通過加水系統(tǒng)調(diào)節(jié)煤粉含水率,如圖6所示,隨著含的輸送流量及操作條件下,顆粒粒徑越大,輸送壓損水率的增大,平均粒徑為56μm煙煤的質(zhì)量流量C越高，說明輸送大顆粒時(shí)輸送氣力需要消耗更多的逐漸降低，呈反S型分布，當(dāng)煤粉含水率增加到能量。東南大學(xué)對(duì)內(nèi)蒙3種不同粒徑的神木煤粉進(jìn)10.13%時(shí),出料極不穩(wěn)定，經(jīng)常造成堵塞,不能正常行了高壓濃相輸送試驗(yàn),試驗(yàn)過程中,維持輸送壓力輸送。當(dāng)煤粉含水率為3.24%時(shí)，水分存在煤粉顆粒不變，通過設(shè)定接收罐的壓力來改變總輸送差壓。如的接觸點(diǎn)上,液相相互不連接,顆粒之間的液橋力較圖5所示,在P=3.6MPa時(shí),隨著煤粉粒徑的增大,弱,黏性力及附著力作用不明顯,煤粉顆粒之間分散輸送能力降低。當(dāng)煤粉粒徑較小時(shí),在發(fā)料罐中煤粉性好,發(fā)料罐中煤粉與壁面的摩擦系數(shù)小，煤粉在料顆粒容易被輸送氣體流化,呈現(xiàn)出更好的流體特性，罐中以整體流的形式出料,出料均勻且流量較大。隨更容易沿著出料管路進(jìn)入輸送管路,壓損較小;當(dāng)輸著含水率的增加,造成顆粒接觸點(diǎn)的液相面積擴(kuò)大,送較大的煤粉顆粒時(shí),煤粉在料罐中流化效果較差,黏性力及附著力增大，引起顆粒群與料罐壁及管壁輸送氣體需要消耗更多的能量攜帶大顆粒物料進(jìn)行之間的摩擦系數(shù)增大，出料量因煤粉特性的變化急輸送,在輸送管路中易發(fā)生沉積形成煤粉層,造成沿劇減少 ;當(dāng)煤粉含水率大于6.59%后,顆粒間的液相管壁的滑動(dòng),引起更大的能量消耗。相互連接而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，甚至顆粒間的空隙全部4000●52μm充滿液相,顆粒之間相互粘連,團(tuán)聚顯現(xiàn)嚴(yán)重,煤粉▲300 pm顆粒在料罐中下料不暢,乃至形成漏斗流,造成出料3 200不穩(wěn)定,同時(shí)因?yàn)轭w粒的造?，F(xiàn)象煤粉出料粒徑增2 800大,引起出料困難,當(dāng)煤粉含水率達(dá)到10.13%時(shí),造2 400?，F(xiàn)象已經(jīng)引起料罐中的煤粉顆粒出料十分困難，2000甚至結(jié)塊,且經(jīng)常造成堵塞,輸送極不穩(wěn)定,無法正常輸送。所以隨著煤粉含水率的增加,煤粉質(zhì)量流量I 6000.20.40.60.81.01.21.4不斷減少。SP/MPa1 000圖5煤粉粒徑對(duì)輸送速辜通 的影響9001.3含 水率對(duì)濃相氣力輸送的影響含水率是影響物料流動(dòng)特性的重要參數(shù)，對(duì)粉800體的摩擦特性流動(dòng)性、分散性和壓制性起著重要的700作用。外水在粉體顆粒之間主要以黏附液、楔形液和毛細(xì)管上升液等方式存在。水的表面張力將使兩個(gè)600顆粒之間產(chǎn)生牽引力,形成液橋，附著力變大,造成M/%顆粒的團(tuán)聚,出現(xiàn)造?，F(xiàn)象,同時(shí)引起壁摩擦系數(shù)和中國煤化工的影響粘度的增大,造成出料和輸送困難。因此,研究含水.MHCNMH G.'-8.21-8.56 m/s, .率對(duì)輸送特性的影響是十分必要的。輸送固氣比u=320-~35U kg/m"',隨看煤粉含水率的增參考文獻(xiàn)[16]在剪切試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)蒸餾后的生物加,水平管壓損△Pn、垂直管壓損AP,水平彎管壓損質(zhì)廢渣進(jìn)行剪切試驗(yàn),分別在10%,15%,20%,25%AP和垂直彎管壓損AP+逐漸增大。當(dāng)輸送操作參電力建設(shè)第30卷數(shù)和固氣比及輸送速度接近時(shí)，煤粉物性決定了輸?shù)珡姆匠痰男问骄涂梢钥闯?大量的系數(shù)需要依靠實(shí)送過程中的阻力特性。當(dāng)煤粉含水率較小時(shí),煤粉顆驗(yàn)來確定,因而在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中存在許多不便。粒的分散性較好，兩相流以較穩(wěn)定的狀態(tài)在管路中經(jīng)典的Barth理論從能量守恒的觀點(diǎn)出發(fā),提進(jìn)行輸送。隨著煤粉顆粒中的含水率增加,煤粉液橋出了附加壓降模型,成為目前常用的壓降計(jì)算方法。力增大,液橋面大大增強(qiáng)了黏結(jié)力,煤粉顆粒出現(xiàn)造根據(jù)Barth理論的附加壓力損失理論,管段壓降為:粒現(xiàn)象,煤粉壁摩擦系數(shù)和內(nèi)摩擦系數(shù)增大,輸送氣△P=SP+OP.4)體對(duì)大顆粒煤粉顆粒攜帶能力下降，需要消耗更多式中:AP,為氣相壓損;AP,為固相壓損。的能量去搬運(yùn)造粒后的煤粉顆粒,且煤粉顆粒易在參考文獻(xiàn)[20]指出,在煤粉高壓濃相輸送中,直管壁周圍形成粘連,摩擦系數(shù)增大,故輸送含水率較管段氣相壓損可用Fanning方程計(jì)算:高的煤粉時(shí),輸送壓損較大。因此,隨著含水率的增2/4,U_SP= D(5)大,輸送壓損增大。20其中:f=0.079Re08。18參考文獻(xiàn)[9]提出,在Re超出Blasius 范圍16SP(2 320管道壓降是氣力輸送設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之- -。364時(shí),.=0.004 310ReIT 04。參考文獻(xiàn)[25]根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了壓降經(jīng)驗(yàn)公式:圖9比較了公式(5)、(6)和(7)計(jì)算的氣相壓損值P =41.82M.A0()*(M + My)es(2)與試驗(yàn)測得氣體空管運(yùn)動(dòng)的壓損值(P=3.0MPa)。結(jié)果表明,公式(5)、(6)和(7)都具有較高的精度。該公式考慮了物料性質(zhì)、物料質(zhì)量流量以及輸送管的幾何特征。然而用該公式預(yù)測其他輸送實(shí)驗(yàn)2.0 ●試驗(yàn)值時(shí),并未獲得較好的結(jié)果。不過推導(dǎo)此公式的方法還.6. Geldartuar 9un是值得借鑒的。.25參考文獻(xiàn)[19] 根據(jù)氣固兩相流動(dòng)的力平衡方.8程,采用力平衡法來計(jì)算管內(nèi)壓降。如圖8所示,在0.4- #輸送管道內(nèi),推動(dòng)物料向前運(yùn)動(dòng)的力AP(πD)4和5457古8910物料在運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力R相平衡。根據(jù)參考間)直管段文獻(xiàn)[19]的推導(dǎo),得出:1.2Pp=p+p8+4K.pgtan φ所(31.0 ▲計(jì)算值雖然力平衡法具有明確的物理意義和理論基礎(chǔ),0.8● 試驗(yàn)值中國煤化工OP四MYHCNMHG,ioU/(ms~). OL.6)彎管段圈8管道內(nèi)力平衡示意圖圈9不同模型氣相 壓損經(jīng)驗(yàn)公式比較第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述.5.東南大學(xué)在高壓下對(duì)煤粉進(jìn)行濃相輸送試驗(yàn),率先給出了高壓超濃相彎管阻力特性，并對(duì)試驗(yàn)數(shù). 試驗(yàn)值12t ●計(jì)算值據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)合經(jīng)典兩相流理論,獲得相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式。直管和彎管中固相壓降可分別由式(8)和式(9)計(jì)算:3|SP=λ始.e8)哈預(yù)測差壓kPaAP=AuR .些9)回水平管在高壓濃相氣力輸送中,入,與表觀氣速、煤粉.試驗(yàn)值●.計(jì)算值的平均粒徑、管道直徑、氣相與固相密度等有關(guān)，即:E 12).=f(U,D ,g,P,.,d)9運(yùn)用量綱分析法,得到:6λ=φP1p. r特r(11)通過對(duì)不同操作條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回°% 36 : 9121518預(yù)洲差壓AkPa歸分析,得到固相壓損系數(shù):(b)垂直管水平管:(1230■計(jì)算值垂直管:20|15|(13)水平彎管:o05101520253035(14)預(yù)測差壓/kPa(e)水平彎管垂直彎管:0.試驗(yàn)值(15)35-計(jì)算值5t圖10中將擬合公式預(yù)測的不同操作條件下壓損值與對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)測量值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)上述經(jīng)驗(yàn)森1st關(guān)系式的預(yù)測值與試驗(yàn)結(jié)果吻合很好,最大相對(duì)誤o葉差在10%范圍內(nèi)。05101520253035403輸送相圖預(yù)測差壓AkPa(d)垂直彎管典型的Zenz相圖如圖11所示,在A點(diǎn)及更大圖10公式(12)-(15)預(yù)測壓損值與試驗(yàn)值的比較的速度時(shí),流動(dòng)是稀相懸浮流,與重力相比,動(dòng)能占優(yōu)。如果減小氣體表觀速度,將達(dá)到B點(diǎn),此時(shí)流動(dòng)線。繼續(xù)減小氣體表觀速度,直至D點(diǎn),可能出現(xiàn)沙仍是稀相流，但一部分顆粒開始從懸浮流中沉降下丘流、柱塞流,流動(dòng)變得異常復(fù)雜。顆粒與顆粒的相來,在管道橫截面上存在固體的濃度梯度,即形成分互作中國煤化工用占優(yōu)。層流。繼續(xù)減小氣體表觀速度,將達(dá)到C點(diǎn),這一點(diǎn)IYHCN M H G用Rink的表達(dá)式:對(duì)應(yīng)的表觀氣速稱為分離速度(或跳躍速度),在此2 ("w1速度下,顆粒開始與氣相分離,并沿管道底部滑動(dòng),uv=(4M.10^g" D(16)TP。形成移動(dòng)床。曲線CEF表示壓力損失最小點(diǎn)的連●6●電力建設(shè)第30卷參考文獻(xiàn)[6-11,17-18]進(jìn)行了高壓濃相煤粉氣1////o力輸送,獲得不同煤粉物性(例如含水率、粒徑和煤8txD(M)種)和操作參數(shù)(例如輸送壓力、總輸送差壓、流化風(fēng)量和充壓風(fēng)量等)對(duì)輸送穩(wěn)定性及流動(dòng)特性的影響CB(0M)z=O規(guī)律,獲得相關(guān)輸送相圖。如圖13所示,在平均粒徑4300 pum ,G=1000kg/h,P=2.6 MPa下進(jìn)行輸送試驗(yàn)，隨著輸送速度V.的增加,△P,、AP,、APw.AP均呈現(xiàn)2458T1oV/(m--l先減小后略有增大的變化趨勢;在相同輸送速度下,團(tuán)11 Zenz 相圍各管段的壓損依次為:OP>JPm>OP>AP。隨著輸送式中:a=1 440d,+1.96;b=1 100d,+2.5。的增加，相圖的變化趨勢與經(jīng)典的輸送相圖變化趨參考文獻(xiàn)[2,20] 將試驗(yàn)測出的分離速度值與勢類似在垂直管中向上輸送時(shí),煤粉顆粒除了要克Rick公式進(jìn)行了比較,兩者的相對(duì)誤差較小。參考文服對(duì)輸送管壁的摩擦和沖擊以及煤粉顆粒之間的摩獻(xiàn)[21]利用試驗(yàn)方法探討壓損最小時(shí)的經(jīng)濟(jì)速度，擦 和碰撞所引起的壓損外，還要克服煤粉重力所引研究物料的半徑、密度和顆粒外形對(duì)能量損耗最低起的壓損,所以垂直管壓損大于水平管壓損。當(dāng)濃相時(shí)的噎塞速度。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和輸送相圖，獲得固體氣固兩相流流經(jīng)彎管時(shí)，煤粉顆粒受離心力的作用裝入比與Fr數(shù)之間的相關(guān)性,對(duì)相圖上的分離速度在輸送管路的外側(cè)壁附近滑動(dòng)，并與管壁反復(fù)沖擊進(jìn)行了研究,并與Rizk 公式進(jìn)行了比較,兩者的數(shù)而損失動(dòng)能,之后又需要對(duì)其進(jìn)行加速,因此彎管的據(jù)吻合較好。但是在管內(nèi)固相濃度較低時(shí),由Rizk壓損要比相應(yīng)的直管段大得多,雖然彎管長度/直管公式計(jì)算出的數(shù)據(jù)偏離參考文獻(xiàn)[21,30]的試驗(yàn)數(shù)長度的比值為0.63, 但彎管壓損仍然大于直管段壓據(jù)。通過分析,參考文獻(xiàn)[21 ,30}認(rèn)為, Rizk公式表明損。因垂直彎管有一部分管段為垂直向上輸送,因此了當(dāng)M,趨于0時(shí),分離速度也為0,然而這與事實(shí)兩相流經(jīng)過彎管后，氣體需克服垂直管段中的煤粉不符,因此參考文獻(xiàn)[21 ,30]提出了一種新的計(jì)算分重 量所造成的壓損，所以垂直彎管的壓損大于水平離速度的思路，并且分析了物料粒徑對(duì)分離速度的彎管的壓損。因此各管段的壓損大小呈現(xiàn)上述次序。影響,結(jié)果如圖12所示。圖中dh為顆粒的粒徑;Fr,為氣體分離弗勞德數(shù);q為顆粒的質(zhì)量流量。參考文35獻(xiàn)[22]獲得不同輸送條件下壓力脈動(dòng)的幅度和頻率分布規(guī)律。提出在典型的相圖中對(duì)應(yīng)于最小壓力處答25:工sn的氣體速度處的波動(dòng)最小，獲得壓力變化軌跡與穩(wěn)20、-AP定區(qū)域之間的聯(lián)系。參考文獻(xiàn)[23]為使氣力輸送達(dá)is|. .AP到最佳輸送狀態(tài),提出了兩種不同的優(yōu)化技術(shù)。參考4681012141618文獻(xiàn)[24]在內(nèi)徑為15,20, 32 mm的管道中進(jìn)行輸送V/(m.s")試驗(yàn),考察操作參數(shù)對(duì)煤粉質(zhì)量流量、固氣比和表觀圈13不同管段的壓損特性速度等特征參數(shù)的影響，獲得低壓下特征參數(shù)隨試驗(yàn)條件的變化規(guī)律，給出了基于試驗(yàn)系統(tǒng)描述各參4濃相輸送的穩(wěn)定性數(shù)之間相互關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程。濃相輸送系統(tǒng)安全可靠的供料對(duì)整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的影響,如果輸送不穩(wěn)定,將直接導(dǎo)致st14生產(chǎn)過程不達(dá)標(biāo),損壞工業(yè)設(shè)備影響后續(xù)工藝產(chǎn)品.的質(zhì)量,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,影響工藝流程的穩(wěn)定心生產(chǎn)及安全運(yùn)行。因此研究輸送的穩(wěn)定性非常必要“1110●g=3kg/s和重要. q=8kg/s中國煤化工分體物料進(jìn)行輸送◆q=10kg/s試驗(yàn)H;CNMHG方法在理論和試驗(yàn)0.00020.00040.0006兩方面進(jìn)行了探討，提出了界定不穩(wěn)定區(qū)域的方法d/m圈12顆粒粒徑對(duì)分 離速度的影響和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的新理論模型。并對(duì)遠(yuǎn)距離大規(guī)模氣力第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述輸送設(shè)備設(shè)計(jì)、預(yù)測壓降等進(jìn)行了研究。試驗(yàn)參數(shù)別。保證不同含水率下操作條件相同,以1m長的水為:不銹鋼管,管直徑60.3 mm,管長21 m,顆粒直徑平 管的差壓信號(hào)作為分析對(duì)象,進(jìn)行小波分析,并對(duì)4.7mm,顆粒密度897kg/m2,物料密度566kg/m3,如差壓信號(hào)進(jìn)行高頻消噪。如圖15和16所示,隨著含圖14所示，邊界A為輸送的極限，這一極限受管水率的增加，差壓信號(hào)從平穩(wěn)逐步變得呈大幅周期徑、輸送氣力的流量和壓力等參數(shù)的影響。邊界B波動(dòng),低頻波動(dòng)衰減,且逐漸向高頻傳遞。當(dāng)含水率和C之間為不穩(wěn)定區(qū)域,C和D區(qū)間內(nèi)為穩(wěn)定與不為3.24%時(shí),壓損信號(hào)比較平穩(wěn),波幅較小,波動(dòng)主穩(wěn)定區(qū)域的過渡狀態(tài)，邊界線D后為穩(wěn)定的懸浮要分布在低頻且幅度劇烈,而高頻波動(dòng)非常微弱。隨流,試驗(yàn)結(jié)果與理論模型吻合良好。參考文獻(xiàn)22]獲著含水率的增加,如圖15(b)和(c)中所示,低頻波動(dòng)得了不同輸送條件下壓力脈動(dòng)的幅度和頻率分布規(guī)減弱，高頻的波動(dòng)幅度加劇。當(dāng)含水率增加到.律，提出在典型的相圖中對(duì)應(yīng)于最小壓力處的氣體速度波動(dòng)最小，獲得壓力變化軌跡與穩(wěn)定區(qū)域之間的聯(lián)系。參考文獻(xiàn)[28- -29]對(duì)濃相氣力輸送的水平管差樂信號(hào)進(jìn)行分析,得出了不同實(shí)驗(yàn)條件下,差壓信號(hào)的能譜與尺度呈冪律關(guān)系,表明壓差信號(hào)存在分形特征，分形維數(shù)在1.2~1.5,與 充分發(fā)展的湍流慣性85區(qū)的能譜存在不同。分形維數(shù)越大,煤粉的流動(dòng)狀態(tài)6040<300400越復(fù)雜,輸送越不穩(wěn)定。從濃相移動(dòng)床流區(qū)到沉積層部管°20<001002000山流區(qū),混沌吸引子由大變小，關(guān)聯(lián)維數(shù)從1.5359減小(團(tuán)) M=3.24%到1.0764。參考文獻(xiàn)[31]利用小波分析將壓力信號(hào)從時(shí)域空間轉(zhuǎn)變到時(shí)頻空間,對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)診斷和泄漏探測。參考文獻(xiàn)[32]采用多分辨小波分析對(duì)渦輪式氣力輸送系統(tǒng)的差壓信號(hào)進(jìn)行分析,0.1 t發(fā)現(xiàn)懸浮流和沙丘流的相同尺度上存在不同特征現(xiàn)象，探討流動(dòng)穩(wěn)定性及流型與頻域特征參數(shù)之間的-02k60” 400聯(lián)系。參考文獻(xiàn)[33]考察濃相氣力輸送系統(tǒng)中物料30流動(dòng)的不穩(wěn)定性，采用高速攝影與ECT分析流型,Rneo得到一致結(jié)果，同時(shí)還對(duì)管道中物料的濃度進(jìn)行功(6) M=4.28%率譜、互相關(guān)函數(shù)和混沌分析,結(jié)合ECT所獲得的0.4廠數(shù)據(jù),得到不穩(wěn)定輸送的特征。50--0.1-3o-60 a20- ,20，//.... . \(e) M=6.59%0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.090.4r空氣質(zhì)靖流# /lkg.s-)0.2圖14試驗(yàn)結(jié)果與理論模型預(yù)測結(jié)果對(duì)比< of不同輸送條件下的差壓信號(hào)，攜帶了其特有的流動(dòng)特征信息。利用小波理論分析差壓脈動(dòng)時(shí)間序中國煤化工列，獲取差壓信號(hào)的時(shí)頻特征信息，進(jìn)而提取方差STD和能量E等特征信息,建立時(shí)頻信息與高壓濃.MHCNMHGr 300100小相輸送過程中兩相流流動(dòng)特性之間的聯(lián)系，引人方(d) M=8.18%差和能量,進(jìn)行定量分析,從而進(jìn)行輸送穩(wěn)定性的判圖15不同含水率下的差 壓信號(hào)小波分析●8.電力建設(shè)第30卷8.18%,壁摩擦系數(shù)及內(nèi)摩擦角增加,顆粒在料罐中分的能量和方差減小，高頻部分的能力和方差增大。.難以沿著倉壁滑動(dòng),造成料倉內(nèi)形成漏斗流,結(jié)成因此在變水分輸送過程中,當(dāng)差壓信號(hào)能量、方塊狀的煤粉顆粒將從頂部坍塌下來進(jìn)入漏斗通道,差及波動(dòng)主要分布在低頻時(shí),表明此時(shí)輸送較為穩(wěn)造成流動(dòng)通道變得不穩(wěn)定，造成出料口流速不穩(wěn)定、出料均勻、差壓波動(dòng)較小;當(dāng)差壓信號(hào)的能量、方定,同時(shí)由于流動(dòng)通道內(nèi)的應(yīng)力變化,粉體密度變.差和波動(dòng)幅度在頻率段的數(shù)值減小，并且逐漸向高化很大,且高含水率的煤粉出現(xiàn)造粒現(xiàn)象,引起流頻段遷移時(shí),說明此時(shí)輸送過程出現(xiàn)了不穩(wěn)定狀態(tài),化困難,造粒后形成的大煤粉顆粒沿出料管流動(dòng)較輸送差壓波動(dòng)幅度加劇,出料變得不穩(wěn)定。困難,引起發(fā)料罐出料不穩(wěn)定,造成出料量不均的間斷流,輸送管路中的壓損如圖16(b)所示的周期脈沖信號(hào)。兩相流壓損信號(hào)波動(dòng)及其劇烈,且波動(dòng)幅度較大,如圖15(d)所示,此時(shí)壓損信號(hào)的波動(dòng)范圍自斗已經(jīng)擴(kuò)展到整個(gè)頻率帶,各頻率帶的波動(dòng)幅度比較較近。.20paSP.>40201080SP,圖17不同含水率下各頻率段方 差分布1260rAP40100200300 400蘭20th間) M=3.24%36pAPm-29k3010010圖18不同含水率下各頻率段能量分布P,5濃相氣力輸送進(jìn)- -步研究的方向雖然目前開發(fā)的氣力輸送裝置多為濃相氣力輸000 400送，但其輸送的機(jī)理和理論模型仍然沒有被人們所(b) M-8.18%掌握。東南大學(xué)在自主設(shè)計(jì)建造的試驗(yàn)壓力可達(dá)圖16不同含水辜的差壓時(shí)間序列4.0MPa,輸送固氣比高達(dá)600kg/m'的輸送試驗(yàn)臺(tái)如圖17和18所示，隨著輸送煤粉含水率的增上進(jìn)行了煤粉物性(煤種粒徑和含水率等)和操作加，低頻的方差和能量降低，高頻的方差和能量增參數(shù)(輸送壓力、總差壓和風(fēng)量配比等)對(duì)輸送特性加。當(dāng)煤粉含水率較低時(shí)，發(fā)料罐出料均勻且穩(wěn)定,的影響規(guī)律,結(jié)合剪切試驗(yàn)臺(tái)上獲得煤粉流動(dòng)特性,氣固兩相流流經(jīng)輸送管路時(shí)，顆粒與顆粒之間以及對(duì)高壓超濃相氣力輸送流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行深人剖析,首顆粒與管壁之間的碰撞相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)水平管的差次獲得了高壓超濃相氣力輸送彎管阻力特性。采用壓信號(hào)比較平穩(wěn)且波動(dòng)主要集中在低頻部分，高頻量綱分析法擬合出相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式，率先進(jìn)行干煤帶幾乎沒有波動(dòng),分布相對(duì)比較平坦,因此此時(shí)高頻粉變水分氣力輸送，探究煤粉含水率對(duì)流動(dòng)特性的部分能量和方差的數(shù)據(jù)較大。隨著煤粉含水率的增影響規(guī)律,獲得煤粉輸送過程中含水率極限;采用信加,煤粉的液橋力增大,附著力及黏性力變大,煤粉息分析手段對(duì)滴動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析進(jìn)而判別流動(dòng)穩(wěn)的出料開始出現(xiàn)不穩(wěn)定性現(xiàn)象,出料量時(shí)大時(shí)小,且定性中國煤化工動(dòng)形態(tài)進(jìn)行分析。密度和速度差異較大,造成輸送管路中兩相流濃度但無|YHCNMHG,仍然有待于繼及密度出現(xiàn)波動(dòng),輸送壓損出現(xiàn)如圖16(b)所示的波續(xù)深人，今后應(yīng)該從以下幾個(gè)方面開展細(xì)致的工作:動(dòng)現(xiàn)象,低頻波幅開始衰減,高頻逐漸增強(qiáng),低頻部.(1)濃相輸送過程中不穩(wěn)定是其輸送方式的本第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述.9●質(zhì)特征,但至今仍沒有獲得公認(rèn)定量判別穩(wěn)定性的neering and Technology 2007, 30(7): 926-931.方法,在穩(wěn)定性判別方面仍需要進(jìn)--步的研究。[1] 梁財(cái),陳曉平,蒲文灝,等.高厭濃相粉煤氣力輸送特性研究[J](2)雖然進(jìn)行了粉體物性對(duì)輸送影響的試驗(yàn)研中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007 ,27(14):31-35.究,獲得了某些粉體物料對(duì)流動(dòng)特性的影響規(guī)律,但[12]陳利東,沈頤身.蒼大強(qiáng).濃相氣力輸送的流型及穩(wěn)定性判定[D是物料種類繁多、性質(zhì)各異,目前關(guān)于物料特性(諸化工冶金,1998, 19(1):44- 49.如粉體粒徑、物料種類及含水率等)對(duì)輸送特性影響[13]江洪，沈頤身.水平氣固兩相高依度輸送流動(dòng)機(jī)理I化工冶的內(nèi)部機(jī)理仍然沒有完全掌握。金,1994, 15(2):240-246.(3)不同流動(dòng)形態(tài)下的流動(dòng)模型差異較大,對(duì)不[14] 沈頤身，洪江，問建剛.粉體高濃度輸送相圖[I化工冶金，同流動(dòng)形態(tài)下的理論模型的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。1996.174);:356-359.(4)濃相輸送給料量連續(xù)及穩(wěn)定調(diào)節(jié)的相關(guān)設(shè)[15] Hyder L M, Bradley M s A, Reed A R, et al. An ivestiation into備及方法仍沒有被人們掌握,需要進(jìn)行相應(yīng)的研究。the eflet of particle sie on straight -pipe presure grndients in(5)濃相氣力輸送中測量的方法及精度也是制lean-phase conveying []. powder technology, 2000, 112 (3):235-約濃相氣力輸送發(fā)展的一個(gè)重要因素,在濃相氣力輸送測量方法及精度方面仍需要做大量細(xì)致的工[16) Canesan v, Muthuarappan K, RoentraerK A. Flow prper作。ties of DDCS with varying soluble and moisture contents usingjenike shear tetingJ]. Powder Technology, 208.187();130-137.6參考文獻(xiàn)[17] 謝曉旭,沈湘林.湯雪美,等.煤粉流動(dòng)特性若干影響因素的研[1] Dixon G, Simms C. Private Communication, ICI Plastie Division[M].兗[].煤炎學(xué)報(bào)20.3():85-88.8Herts, u. k, 1978.18] 槊財(cái)趙長遂,陳曉平,等.高壓濃相變水分堞粉輸送特性及香2] Geldart D, L.ing s J. Dense Phase conveying of fine coal at high total農(nóng)信怠嫡分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007 ,27(26);40 -45.pressure[J]. Powder Technology, 1990, 62(3):243. -252.19] Konrad K. Dease-phase pneumatic conveying; A reriew[] Pow-3] Pan R. Material properies and flow modes in pneumatic conveyingder' Tchnology.1986.491);1-35.[D]. 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Theresearch results in high -pressure pneumatic conveying by Southeast University, flow characteristics of denee -phase pneumatic conveying areinvetigated. Finally, future research contents of dense -phase pneumatic conveying are suggested.[Keywords] pneumatic conveying; dense -phase; powder property; resistance; phase diagram; stability(責(zé)任編輯:何鵬)中國工程院對(duì)我國可再生能源發(fā)展方向提建議[本刊訊]近日,中國工程院發(fā)布《中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究》叢書,對(duì)2050年前我國可再生能源發(fā)展方向提出建議。“中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究”重大咨詢項(xiàng)目組長、中國工程院副院長杜祥琬院士在叢書發(fā)布會(huì)上表示,我國可再生能源開發(fā)利用必須遵循以下原則:符合我國能源發(fā)展的戰(zhàn)略需求,大規(guī)模地替代化石能源、減少碳排放、降低能源對(duì)外依存度;資源相對(duì)豐富,有可靠的資源保障能力,可以大規(guī)模開發(fā)利用;技術(shù)成熟或有成熟發(fā)展的趨勢，可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化或具有商業(yè)化發(fā)展前景;經(jīng)濟(jì)合理和環(huán)境友好，符合可持續(xù)發(fā)展的總體要求。杜祥琬指出,未來我國可再生能源的發(fā)展方向可以概括為:(1)重點(diǎn)發(fā)展發(fā)電技術(shù)。近、中期主要大規(guī)模發(fā)展水電、風(fēng)力發(fā)電,適度發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電,中、遠(yuǎn)期積極發(fā)展太陽能光伏發(fā)電、因地制宜地發(fā)展太陽能熱發(fā)電、深層地?zé)岚l(fā)電和海洋能發(fā)電,達(dá)到大規(guī)模替代煤炭等化石能源,為改善能源結(jié)構(gòu)和減排溫室氣體做出重要貢獻(xiàn)。(2)積極穩(wěn)妥地發(fā)展生物質(zhì)液體燃料和生物基工業(yè)制品替代石油。近期發(fā)展技術(shù)較成熟的以木薯、甜高.粱等為原料的燃料乙醇,中、遠(yuǎn)期利用農(nóng)林廢棄物等纖雛素類生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇等第二代生物燃料,以及生物塑料和化工產(chǎn)品,大規(guī)模替代石油制品,為減少石油對(duì)外依存度做出一定的貢獻(xiàn)。(3)因地制宜地發(fā)展可再生能源熱利用和燃?xì)饧夹g(shù)。近其中國煤化工、地源熱泵、地?zé)岵膳椭评浼夹g(shù),中遠(yuǎn)期積極研究和發(fā)展太陽能采暖、制冷等:YHCN MH G電熱利用技術(shù)等,為改善城鄉(xiāng)人民生活,特別是農(nóng)村居民生活用能條件做出較大貢獻(xiàn)。