不同水分下煤粉高压浓相输送的试验研究

试验依托一套输送压力可达4 MPa的干煤粉加压浓相气力输送实验装置,研究煤粉含水率(M=5.45%、8.94%、12.09%、14.20%、16.20%)、输送压差、流化风流量、补充风流量对流动特性的影响。结果表明:在流化风流量和补充风流量恒定,增大输送压差,固气比随压差的增大呈现先增大后减小的趋势;而保持压差和流化风流量不变,煤粉质量流量均随补充风流量的增加而降低;系统压差和补充风流量均不变,煤粉质量流量随流化风量的增大呈现出先增大后趋于不变;维持输送压差、流化风流量和补充风流量,垂直管和水平管压降变化幅度不大,而水平弯管的压降随含水率的增大而增大,垂直弯管的压降随含水率的增大呈现先增大后减小的情况。     

水平管加压密相煤粉气力输送沙丘流的数值模拟

对Johnson等提出的摩擦正应力模型和Syamlal等提出的摩擦剪切黏度模型进行了修正,并将其与颗粒动理学理论相结合,建立了可以描述加压密相气力输送的气固湍流流动状况的三维多相流模型.该模型充分考虑了颗粒间碰撞和摩擦力作用,以及气相和颗粒团湍流脉动之间的相互作用.采用该模型对加压密相气力输送水平管沙丘流流动特性进行了三维数值模拟,并预测了单个沙丘和连续沙丘的形成及运动状况.结果表明:随着表观气速的增加,煤粉颗粒浓度减小,压降梯度呈现先减小后增大的趋势;在横截面上,煤粉颗粒分布呈现上窄下宽的趋势,且煤粉颗粒在管道底部沉积,并呈现月牙形状.模拟结果与试验结果吻合较好.     

不同平均粒径煤粉的高压密相气力输送

在高压密相气力输送试验台上,进行了不同平均粒径煤粉的密相输送试验.分析了总输送差压和流化风量对不同平均粒径煤粉输送特性的影响,以及水平管和水平弯管的阻力特性.结果表明:增加总输送差压或者流化风量,煤粉的体积分数都经历了一个先增大后减小的过程;系统的输送能力随着煤粉平均粒径的增大而降低;在相同表观气速及煤粉质量流量下,平均粒径大的煤粉压损大于平均粒径小的煤粉压损;输送相同质量流量煤粉时,水平弯管的压损大于水平管,且水平弯管与水平管压损的比值随着煤粉质量流量的增加而增大.     

高压密相气力输送固相流量的实验与GRNN网络预测

煤粉高压密相气力输送是气流床加压气化的关键技术之一.在输送压力可达3.7 MPa,管路固气比可达660 kg/m3的气力输送实验台上进行系统的研究,考察输送压力、输送差压、流化风量、充压风量、补充风量、煤粉含水率等条件对固相质量流量的影响.结果表明:固相流量随着输送差压的增大而增大;随着流化风量的增大而先增大后趋向于某一定值;注入风量一定时,随着充压风量的增大而先减小后增大;与补充风量的大小基本无关;随着煤粉含水率的增大而减小.同时建立广义回归神经网络(GRNN)对固相流量进行了有效预测,最大预测误差在2.3%以内.上述工作将为系统的控制和运行提供一定的指导,同时为深化高压密相气力输送的研究奠定基础.     

垂直管密相输送的数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学,应用稠密气固两相流动的欧拉一欧拉双流体数学模型,利用数值方法模拟模拟垂直管内上升流动的行为,得到了气相和颗粒相速度分布以及压力损失.将该模型运用到垂直管高压密相(输送压力3 MPa、最大固气比426 kg/m3)气力输送中,结果表明模型预测的压降梯度与实验测量结果相符合.     

高压煤粉密相气力输送水平管阻力特性

通过试验和理论计算两种方法研究高压下煤粉密相气力输送水平管稳定段的压力损失情况.理论计算是在Barth气力输送理论基础上,引用Stegmaier的附加压力损失系数的经验关系式进行的.试验发现,尽管输送气体表观速度呈下降趋势,而水平管稳定段的单位压降随固气比增大而增加.显然,较高输送系统压力下气体引起的压降虽然不能忽略,但引起水平管段压降变化的主要因素是输送的煤粉浓度.通过试验值与计算值比较,发现试验与理论计算值吻合得相当好,说明基于Barth气力输送理论的附加压降法对高压煤粉密相气力输送阻力特性的计算具有较好的适应性.     

煤粉粒径对密相气力输送流型影响的数值模拟

针对目前密相气力输送数值模拟过程中所存在的关键问题,提出了一种描述固相内部相互作用对颗粒运动影响的数学模型,采用该模型能够对稠密气固两相流动(乃至颗粒发生大量沉积的情况)进行数值模拟.新模型在离散颗粒模型的基础上,通过描述颗粒所在局部空间的固相浓度及颗粒群运动特征所建立,使其既能够模拟悬浮流动的稀相颗粒运动,又能模拟管内出现堆积情况的密相气固两相流.利用所建立的数学模型对高压密相煤粉气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟.模拟结果显示,随着颗粒粒径增大,粉体密相气力输送流型从沉积层流变化为沙丘流,进而演变成栓塞流的演变过程,并结合实验验证了典型的栓塞流、沙丘流等流型特征;并且平均栓塞长度随着粒径的增大而减小,而随着粉体粒径的增大,输送管道中固相容积份额则整体上呈增大趋势.     

固气比对超浓相煤粉气力输送流型影响的模拟

针对目前密相气力输送数值模拟过程中所存在的关键问题,提出了一种描述固相内部相互作用对颗粒运动影响的数学模型。该模型建立在离散颗粒模型的基础上,使其既能够模拟悬浮流动的稀相颗粒运动,又能模拟管内出现堆积情况的超浓相气固两相流。利用所建立的数学模型对高压超浓相煤粉气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟,模拟结果揭示了典型的栓塞流、沙丘流等流型特征及其流型随固气比的演变规律,并结合实验进行了验证。管道输送栓塞流波动性较为明显,波动频率向高频转化;平均栓塞长度随着进料固气比增大而增大。     

高压浓相粉煤气力输送试验研究

在输送压力可达4.0 MPa,固气比高达500 kg/m3的高压气力输送试验台上,用氮气进行粉煤高压浓相气力输送试验研究。分别在不同的输送差压、充压风量和流化风量等条件下进行了输送试验,考察操作参数对煤粉质量流量和固气比等气力输送特征参数的影响。结果表明,煤粉的质量流量随着输送差压和充压风量的增大而增大;输送压力越高,差压的变化对煤粉的质量流量的影响越显著;固气比随着输送差压和充压风量的升高而增加,随着流化风量的增大先增大后减小;输送压力越高,固气比越大;保持进入发料罐的气体总量不变,当Qf<0.55 m3/h时,充压风量的变化对输送参数的影响主导作用,当Qf>0.55 m3/h时,流化风量的变化对输送参数的影响较大。     

高压超浓相气力输送流型及稳定性试验研究

在输送压力可达到4MPa、管路固气比可达到700kg/m3的高压超浓相气力输送试验台上进行输送物料为300μm煤粉和石英砂的流型可视化试验,获得了不同表观气速下物料的流型,研究了补充风风量对300μm煤粉输送稳定性的影响.结果表明:在试验台范围内,随着表观气速的减小,输送煤粉时获得了悬浮流、分层流和沙丘流流型,输送石英砂时获得了分层流、沙丘流和柱塞流流型,且不同流型间的区分度优于输送煤粉时流型间的区分度;随着表观气速的减小,输送系统的稳定性下降,管路的振动和各管段压降随时间的变化验证了这一事实;在输送300μm煤粉时,过小的补充风风量易发生堵管现象;沙丘流或柱塞流状态均属于间歇流动状态,且柱塞流状态是一种比沙丘流状态更不稳定的低速复杂流动状态.