竖直上升管中密相气力输送压降特性

研究了内径20 mm的竖直上升不锈钢管道中粉煤密相气力输送单位管长压降随输送参数的变化规律,并得到了Zenz相图。结果表明,在实验操作范围内管道压降主要由固相自身静压降和固相摩擦压降组成,气相产生的压降不超过总压降的1%;固相体积分数是影响压降变化的主要因素,并讨论了粉煤流速以及固相体积分数对固相静压降和摩擦压降的影响规律;考察了粉煤流速和固相体积分数对固相摩擦系数的影响,对实验数据拟合得到了固相摩擦系数的关系式,计算结果与实验值吻合较好。     

粉煤密相气力输送流型

基于电容层析成像技术对粉煤密相气力输送系统的流型进行了研究,获得了水平管和竖直上升管粉煤密相气力输送系统的典型流动形态。研究结果表明,水平管输送时的流型随时间复杂多变,典型流型有满管流、沉积层流、悬浮流等;统计分析发现,随表观气速不同,存在明显的主导流型;结合固相速度及管道压力信号分析,展示出其与流型之间存在一定的对应关系,进一步证实了密相气力输送系统的不稳定性特征。对竖直上升管的ECT测试结果表明,输送流型为环核结构。     

粉煤气化工业装置高压密相气力输送稳定性分析

选取煤粉高压密相气力输送系统关键操控参数作为研究对象,系统考察了工业装置煤粉输送密度、速度、流量的稳定性影响规律。结果表明,随着负荷的提高,煤粉输送管线密度、速度、流量波动均减小,稳定性提高;流化气量过大或过小均不利于提高稳定性;输送气量越高,稳定性越好。在实际工业生产中,还需要平衡各个参数对煤线的影响,以保证煤线在总体稳定的前提下,实现较大流量和较高浓度的输送。     

工业级竖直上升管内煤粉密相气力输送研究

在自主搭建的工业级管径(内径50 mm)的气力输送实验平台上,开展煤粉密相气力输送实验,同时借助计算颗粒流体动力学(CPFD)的数值模拟方法,研究不同表观气速下竖直上升管道内煤粉的输送特性和流型特征.随着表观气速的增加,电容层析成像技术(ECT)和CPFD数值模拟都表明,竖直上升管内的煤粉气固两相流依次呈现满管流、环状...     

水平管煤粉密相气力输送堵塞临界状态

以煤粉为实验介质,在输送管内径为10、15、20 mm条件下分别研究了以空气和CO₂为载气时的密相气力输送堵塞临界状态。通过逐渐降低输送气量调整输送流态,获得了不同阶段的固气比、输送速度及压力信号等特征信息,并对不同阶段的压力信号特征信息进行分析,提取了不同阶段的特征参数,采用功率谱对压力信号频域特征进行剖析,获得了不同流动阶段的特征频率。研究结果表明,堵塞临界速度与输送管道内径和载气性质有关,依据实验数据,建立了堵塞临界速度的量纲1经验方程;接近堵塞临界状态时,管道内压力波动性显著,波动频率向低频转化,对压力信号进行计算,得出了判定输送发生堵塞的判据式。     

不同载气供料对工业级竖直上升管粉煤气力输送的影响

采用Air和CO₂作为供料和输送载气,以工业级竖直上升管(内径50 mm)粉煤输送系统为实验平台,开展了粉煤密相气力输送实验研究。实验中选用Air→Air、Air→CO₂、CO₂→Air和CO₂→CO₂作为典型工况,进行了输送特性参数的对比分析。研究结果表明,供料载气与输送载气组合方式的变化,会引起发料罐中粉煤流化状态的改变,进而导致粉煤输送流型和稳定性方面的差异。借助电容层析成像系统(ECT)获得了竖直管的ECT信号和流型图像,并采用标准差和功率谱函数对ECT信号进行分析。分析结果表明,Air→Air工况为稳定的环状流;Air→CO₂输送过程稳定性最差,输送由无定态流型转为栓塞流;CO₂→Air和CO₂→CO₂输送过程均为气栓流,但CO₂→CO₂工况形成的气栓较长,其ECT信号的功率谱峰值较大。     

垂直稀相气力输送压降特征实验

对Geldart–D类颗粒在高度为18 m、内径为0.05 m的垂直管道中的稀相气力输送特征进行了实验,结果表明：Klinzing, Mathur, Yang和 Caric等提出的预测关联式可以准确预测fs值,135°上弯头、135°下弯头和45°斜管的压力梯度与垂直管道中的压力梯度之比分别为1.6, 2.0和4.0.     

PVDF密相气力输送和稀相气力输送比较

随着气力输送在石化、医药、锂电、环保等行业的广泛应用,对密相气力输送和稀相气力输送的研究尤为重要。通过对聚偏氟乙烯(PVDF)稀相气力输送和密相气力输送的介绍,以及对二者输送气源品质、输送设备旋转阀和发送罐、输送气速和管径、除尘面积、设备平稳运行时间、输送气量和能耗等方面的对比,指出了PVDF密相输送工艺的优势。     

脉冲式密相气力输送水平管中的料栓行为

探讨了聚丙烯颗粒在脉冲式密相气力输送水平管中的料栓行为. 结果表明在一定操作气速下,料栓的长短变化有规律,料栓的运动速度随其长度而变;栓长为1 m左右的聚丙烯颗粒由栓状流向沙丘流型转变的料气速度之比为0.7~0.8,出现在操作气速5 m/s左右;单个料栓的压力梯度与其长度有关,沿单个料栓的压力梯度和截面固含量随气速而变;料栓压降与操作气速无关.     

宁东灵武矿区煤粉密相输送管道压降研究

采用Barth气力输送理论,通过实验在质量流率1 550—1 700 kg/h的输送范围内,研究了宁东灵武矿区煤粉密相输送的压降和表观气速的关系。结果表明:随着表观气速的增加,水平管道和竖直管道的压降都是先降低后升高,但竖直段的压降变化速度比水平段变化快,水平段的经济气速(4 m/s)小于竖直段的经济气速(7 m/s)。通过计算值与实验值比较,发现理论计算值与实验值偏差在30%以内,说明基于Barth附加压降法对宁东灵武矿区煤粉密相气力输送管阻力特性的计算具有较好的适应性。     

水平管加压密相煤粉气力输送数值模拟

针对加压密相气力输送,对现有的颗粒静摩擦力模型进行适当修正,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。采用该模型对水平管内加压密相气力输送进行了三维数值模拟研究,模拟得到了气相和固相的速度、浓度和湍流强度分布,以及压降梯度的变化规律,再现了颗粒沉积层的形成和运动的动态过程。并进行了加压密相煤粉气力输送试验研究,预测的压降梯度与试验测量结果相符合。     

Pressure drop prediction for horizontal dense-phase pneumatic conveying of pulverized coal associated with feeding to gasifier

Based on extensive bench-scale data derived from the horizontal dense-phase pneumatic conveying of pulverized coal, a correlation of solids friction factor λ_z was proposed in an effort to establish a model to predict the pressure drop when coal fed to the gasifier. Further, it was also an attempt to modify some public models to verify their availabilities. Then, based on the data collected from an industrial-scale horizontal pipeline under the high pressure up to 2.0 MPa, the proposed model was found to be possibly among the best ones for predicting the pressure drops of the dense flow of pulverized coal. The modified Mallick and Wypych model can also provide satisfying predictions. The results suggest that the two models are both suitable for scale-up of dense-phase pneumatic conveying of pulverized coal at high pressures.     

煤粉高压密相气力输送稳定性分析

在自主研发的密相气力输送实验装置上,以N₂作输送载气,以3种不同粒径的褐煤作输送物料进行输送实验,运用域重标分析方法对水平管差压信号和料罐质量脉动序列进行了Hurst指数分析,并采用统计学方法对料罐质量脉动序列进行了标准差分析,从管内流动和料罐出料出发,对整体输送稳定性进行了探讨。结果表明：水平管差压信号Hurst指数H_dp能较好地表征管内流动稳定性,而料罐质量脉动Hurst指数H_ma则需结合标准差分析才能更好地表征料罐出料稳定性。以表观气速与跃移速度比值K为特征参数进行探讨,在K=1.5左侧,随着K值减小,H_dp减小,管内流型发生转变,甚至可能发生堵管,管内流动稳定性变差,料罐质量脉动标准差增大,出料稳定性变差,整体输送稳定性变差;在K=1.5右侧,随着K值增大,H_dp减小趋势不明显,管内流动稳定性虽有变差的趋势,但不会发生堵管,而结合对料罐质量脉动序列的标准差分析,发现出料稳定性变差,甚至可能出现出料中断的情况,整体输送稳定性变差。     

高压密相气力输送垂直弯管阻力特性

在输送压力可达4 MPa的气力输送实验台上,进行不同平均粒径煤粉的密相输送实验。从理论与实验两方面研究气固两相流流经弯管的压损随煤粉体积分数以及表观气速的变化规律。结果表明,高压密相输送中煤粉运动造成的能量损失是总压损的主要部分,且总压损随着煤粉体积分数的增加而增加。研究表明,相同质量流量下,随着表观气速的增加,弯管动能压损增加,摩擦压损降低;相同表观气速时,随着煤粉体积分数的增加,摩擦压损增加;固相摩擦系数与煤粉平均粒径及煤粉质量流量无明显关系,随着表观气速的增加略有下降。     

气力输送工艺在煤粉输送中的应用

针对工业煤粉输送技术效率低、不安全等问题,介绍了稀相正压输送、密相正压输送和负压输送3种气力输送工艺的原理和使用现状,研究了密相输送工艺的原理和目前主流的栓流式密相输送技术。分析了稀相正压输送、密相正压输送和负压输送工艺各自的技术特点,并在投资、能耗、环保等方面进行对比。结果表明负压输送输送距离较短,稀相正压输送能量损失大、易发热,而密相正压输送固气比高、能耗低、管道和物料磨损小、噪声低、输送过程不易发热,更适合煤粉输送。     

补充风对水平管高压密相气力输送影响的模拟研究

针对水平管高压密相气力输送数理模型的缺陷与不足,引入Savage径向分布函数修正的颗粒动理学理论、基于Berzi摩擦压应力模型构建的摩擦应力模型以及修正的三段式曳力模型,在欧拉-欧拉方法的基础上建立了一个能同时兼顾水平管高压密相气力输送中稀相流、过渡流以及密相流输送特性的三维非稳态数理模型。并采用该数理模型考察了补充风对水平管高压密相气力输送的影响,模拟结果精准地预测了水平管压降及其随补充风的变化规律,而且其预测的水平管固相体积浓度分布与ECT图也是相吻合的,从而验证了数理模型的可靠性。模拟结果表明：随着补充风的增加,气固两相速度和湍动能以及颗粒拟温度增大,固相体积浓度减小。     

Flow characteristics and pressure drop across the Laval nozzle in dense phase pneumatic conveying of the pulverized coal

Experimental studies were performed to describe the physical phenomena occurring in dense phase pneumatic conveying of the pulverize coal with a Laval nozzle installed in the pipeline. The maximal coal mass flow rate decreased from 0.87 kg/s to 0.35 kg/s and an obvious decrease in the solids loading ratio was revealed after the Laval nozzle was installed. In addition, the Laval nozzle showed a better capacity of resisting disturbance, which made it easier to control the coal mass flow rate precisely and promoted the stable conveying process. These specific physical phenomena were proved to result from the high pressure drop of the Laval nozzle. Thereby, a mathematic model was developed to predict the two-phase pressure drop across the Laval nozzle. The pressure drop model described the experimental data within the 15% deviation. The main influence factors contributing to the pressure drop of the Laval nozzle were discussed using the model. Then the effects of gas mass flow rate, solids loading ratio, convergence angle, throat diameter and throat length were revealed.