高固气比状态下的粉煤气力输送
气力输送的3种分类详解
气力输送整理依据颗粒在输送管道中的密集度，气力输送工程师理解认为气力输送可以分为分为：①稀相输送：固体比率低于1-10kg/m3，动力气体速度较高（约18～30m／s），输送距离基本上可以达到300m左右。
对于现在成熟设备的动力泵来说，输送行为容易操作且没有机械传动组件，没有什么输送压力，免维修和维护！②密相输送：固体比率10-30kg/m3或固气比大于25时。
操作气体速度较低，将比较高的气压压送来气力传输。
现在成熟设备的仓泵，输送的距离可以达到500m以上，适合较远距离的输送。
由于此设备的阀门较多，电气动设备多。
输送压力强度高，用来传输的管道需要使用耐磨材料，以及采用间歇充气罐式密相输送。
是将输送的悬浮物分批装入压力罐，再通气将其吹松，等到罐内达到一定压力的时候，开启放料阀，将悬浮物料吹入输送管中进行输送。
脉冲式气力输送是把一股压缩气体通入压缩罐，将悬浮物料吹松；另一股频率为20～40min-1脉冲压缩气体流吹输料管进口，在管道内出现交替排列的分段料柱和分段气柱，借助气体压力推动前进。
③负压输送：气力输送管道内压强比大气压小，采用自己吸进物料的方式，但是必须在负压下面卸载输送的物料，输送距离不长；优点：设备投资、负荷较小。
缺点：运行速度高，管道受损严重，造成无法察觉漏洞的现象！在水平管道中稀相输送时，流速应该比较高，使分散颗粒悬浮在气流中。
流速减小到一个一定的临界值时，颗粒会在管壁下部开始沉积。
这个临界气体流速被称为沉积速度。
这是稀相水平输送时气速的下限速度。
操作气体流速低于此值时，管内大量沉积物料颗粒，流道的横截面积减少，在沉积层上方气流只会按照沉积速度流行。
在垂直管道中做向上的气力输送，气流速度比较高的时候，物料分散悬浮在气流中。
在物料颗粒输送量恒定时,减小气体流速,管道中固体含量会随之发生正变的改变。
当气速降低到某一临界值时，气流就不能使密集的颗粒均匀地分散,颗粒聚集成柱状,产生腾涌现象(见流态化)，压力降急剧升高，这个临界速度被称为噎塞速度，这是稀相垂直向上输送时气速的下限值。
粉煤浓相气力输送中的固气比
ｋ／ｇ ｇ ｋ ．Ｔｈ ｐ ｌ ｄ ｆ ｒ ｇ ｏ ｎ ｆｄ ｎ ｅｐ ａ ｅｐ ｅ ｍａｉ ｏ ｖ ｙ ｎ ｎ ｐ ｌｅ ｏ ｓｃ ａ ａ ｉｉａ ｉ ｎ ｉ ｉｔｏ ｅ ａ ｐ ｉ ｏ ｅ ｒ ｕ ｄ ｏ ｅ ｓ ｈ ｓ ｎ ｕ ｔ ｃ ｎ ｅ ｉｇ ｉ ｕ ｖ ｒ ｕ ｏ ｌ ｓｆｃ ｔｏ ｓ ｎ ｒ — ｅ ｃ ｇ
ｓ ｕｄ ｅ ｔ ｉ ｄ． Ｍ ａｎ ｘｐ ｉ ｅ ｔ ｒ ａ ｒｅ ｕｔａｎ ｈｅ ｍａ ｍａ ｏ ｉ ｏ ｄｉ ｇ ｒ ｔｏ ｏｆｐｕ ｖ ｒ ｓ ｃ ａ ｉ ２ ｙ ｅ ｅｒｍ ｎ ｓ ａ ｅ ｃ ｒ ｉｄ ｏ ｄ ｔ ｘｉ ｌｓ ｌｄ ｌ ａ ｎ ａ ｉ ｌ ｅ ｏｕ ｏ ｌ ｓ ５１ ．５
甲醇 和合 成 氨 的生 产 。 目前 ， 粉煤 气 化 在洁 净 煤 领域 正 在起 着 日益重 要 的作 用 ， 煤 的 浓 相 气 力 输 送 是 粉
粉煤 气 化 中最关 键 的技 术 之一 。而 如何 能 得 到较 高 的 固气 比 ， 粉煤 浓 相气 力 输 送 中最 关 键 的 问题 。 是
较 大 的磨 损 。 而浓 相 气力 输 送则 克 服 了这 些 缺点 ］ ，
特 别 是在 粉煤 的气 化 中 ， 固气 比越 高 ， 成 气 中所 含 合
程 。
关 键 词 ： 相 气 力输送 ； 浓 固气 比 ； 固体质 量 流 量 ； 表观 速 度
中图分 类 号 ： ＴＱ５ ６ ３ 文献 标 识码 ： Ａ
Ｔｈｅ Ｓ ｌｄ Ｌｏ ｄｉ ｇ Ｒａ ｉ ｎ Ｄｅ ｅ Ｐｈａ ｅ Ｐｎｅ ｍ ａ ｉ ｎｖ ｙ ｎｇ ｏｆ ｏ ｉ ａ ｎ ｔｏ ｉ ｎｓ ｓ ｕ ｔ ｃ Ｃｏ ｅ ｉ
Ｐｕ ｅ ｏ ｓ Ｃｏ ｌ ｌ ｒ ｕ ａ ｖ
ＺＨ ＡＯ Ｙａｎ— ａｎ ， ＣＨ ＥＮ ｎ ． Ｇ ＯＮ Ｇ ｉ ｙ Ｆｅ ｇ Ｘ ｎ， ｙ Ｚｕｎ ｈ ｎｇ —ｏ
煤粉高压密相气力输送稳定性分析_贺春辉
2013-06-08 收到初稿，2013-11-28 收到修改稿。
Received date: 2013-06-08. Corresponding author: Prof. SHEN Xianglin, xlshen@ Foundation item: supported by the National Basic Research Program of China (2010CB227002) and the National High Technology Research and Development Program of China (2011AA05A201).
Stability analysis of dense phase pneumatic conveying of pulverized coal at high pressure
HE Chunhui，SHEN Xianglin，ZHOU Haijun
(Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of the Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu, C化技术是大规模煤气化技 术发展的主流，是煤炭大规模、高效率利用的最佳 选择之一[1]。煤粉加压气化炉稳定运行的前提是供 煤系统稳定[2]。因此，对气力输送稳定性的分析研 究非常必要。气力输送的稳定性主要包括料罐内出 料的稳定性和输送管内流动的稳定性，国内外许多 学者从各个方面探讨了气力输送的稳定性[3-14]，重 点主要由输送管内流动的稳定性出发而研究输送的 稳定性。然而，由于输送条件各异，分析方法多种 多样，对输送稳定性的判别标准也有很大差异，存 在着多种不同的见解，有待于进一步研究。同时， 料罐内出料的稳定性及其对输送管内流动稳定性的 影响也有待探讨。 高压密相气力输送过程中的特征信号（如输送 管道压力、差压、颗粒浓度等）包含丰富的气固两 相流动信息，通过对气固两相流系统的实验研究， 获取压力、浓度等信号，结合学科交叉采用非线性 理论分析逐渐成为认识和研究气固两相流行为的重 要手段之一[6-10]，也为气力输送中输送管内流动稳 定性的分析提供了重要方法。 各种非线性分析方法， 如混沌理论、分形理论、耗散结构理论，在一定程 度上表征两相流宏观动力学特性，对揭示气固两相 流非线性动力学规律方面有较大的促进作用[15]。近 年来，域重新标度分析得到了普遍重视，在金融领 域得到了广泛的研究与应用，被引入工程领域，广 泛应用于气固两相流动的分形特征研究[15-19]。域重 新标度分析法又叫重标极差分析法（rescaled range analysis） ，简称域重标分析或 R/S 分析，是由英国 科学家 Hurst 于 1965 年提出的一种时间序列分析的 特征统计方法， 后来由 Mandelbrot 等[20]作了较为系 统的研究，证实了该方法的正确性。域重标分析首 先由 Fan 等 [21]引入流态化压力波动的研究中，在 表征流域多态性等方面具有一定效果。 Cabrejos 等[22-23]使用 Hurst 指数分析了气力输送压力和差压 脉动信号，他们提出几种流型与差压 Hurst 指数范 围存在一定关系： 纯气体流 0.35＜H＜0.50， 均匀流、
气力输送的3种分类详解
气力输送整理依据颗粒在输送管道中的密集度，气力输送工程师理解认为气力输送可以分为分为：①稀相输送：固体比率低于1-10kg/m3，动力气体速度较高（约18～30m／s），输送距离基本上可以达到300m左右。
对于现在成熟设备的动力泵来说，输送行为容易操作且没有机械传动组件，没有什么输送压力，免维修和维护！②密相输送：固体比率10-30kg/m3或固气比大于25时。
操作气体速度较低，将比较高的气压压送来气力传输。
现在成熟设备的仓泵，输送的距离可以达到500m以上，适合较远距离的输送。
由于此设备的阀门较多，电气动设备多。
输送压力强度高，用来传输的管道需要使用耐磨材料，以及采用间歇充气罐式密相输送。
是将输送的悬浮物分批装入压力罐，再通气将其吹松，等到罐内达到一定压力的时候，开启放料阀，将悬浮物料吹入输送管中进行输送。
脉冲式气力输送是把一股压缩气体通入压缩罐，将悬浮物料吹松；另一股频率为20～40min-1脉冲压缩气体流吹输料管进口，在管道内出现交替排列的分段料柱和分段气柱，借助气体压力推动前进。
③负压输送：气力输送管道内压强比大气压小，采用自己吸进物料的方式，但是必须在负压下面卸载输送的物料，输送距离不长；优点：设备投资、负荷较小。
缺点：运行速度高，管道受损严重，造成无法察觉漏洞的现象！在水平管道中稀相输送时，流速应该比较高，使分散颗粒悬浮在气流中。
流速减小到一个一定的临界值时，颗粒会在管壁下部开始沉积。
这个临界气体流速被称为沉积速度。
这是稀相水平输送时气速的下限速度。
操作气体流速低于此值时，管内大量沉积物料颗粒，流道的横截面积减少，在沉积层上方气流只会按照沉积速度流行。
在垂直管道中做向上的气力输送，气流速度比较高的时候，物料分散悬浮在气流中。
在物料颗粒输送量恒定时,减小气体流速,管道中固体含量会随之发生正变的改变。
当气速降低到某一临界值时，气流就不能使密集的颗粒均匀地分散,颗粒聚集成柱状,产生腾涌现象(见流态化)，压力降急剧升高，这个临界速度被称为噎塞速度，这是稀相垂直向上输送时气速的下限值。
气力输送粉煤灰常见问题及处理方法研究
气力输送粉煤灰常见问题及处理方法研究摘要：粉煤灰气力输送系统，是利用气流的动能，在密闭管道内沿粉体输送方向输送颗粒状物料，是流态化技术的一种具体应用，整个的作业都是在密闭的管道或设备中进行的，全程无粉尘污染，无飞扬，是理想的输送粉煤灰的设备。
由于粉煤灰属于颗粒物料，其对设备、管道的磨损能力较强，使用不当极易在气力输送系统及其计量系统产生磨损、堵料、冲料等现象。
基于此，文章针对气力输送粉煤灰时常见的问题进行了分析，包括气力输送设备问题、粉煤灰溢出问题等常见故障问题进行分析，并在此基础上，探讨了相应的处理方法，以期为有关人士提供参考。
关键词：粉煤灰；磨损；堵塞；冲料；气力输送设备引言：粉煤灰是燃煤电厂排出的工业固废，近年来作为重要的混合材料，被广泛应用于水泥生产和商品混凝土生产中。
随着粉煤灰在水泥生产和混凝土生产中的大量使用，为提高电厂连续产生的粉煤灰的经济效益，越来越多的电厂或合作企业在淡季（城市周边电厂冬季为常规发电高峰期，粉煤灰产量大，但水泥厂、混凝土搅拌站等企业为低谷期，粉煤灰用量小，价格便宜）将产生的粉煤灰利用钢板库、水泥库等存储起来，在来年粉煤灰使用高峰时高价卖出，即解决了冬季发电高峰期粉煤灰的存储问题，同时显著提高经济效益。
这就需要电厂或合作企业需要通过一定的方式将粉煤灰输送至一定距离的存储库中，受电厂空间限制，一般存储库距离电厂灰库的经济距离为1000米左右，气力输送方式是目前最有效、最环保、最经济的粉煤灰输送方式。
为确保电厂机组的安全稳定运行，粉煤灰气力输送系统的连续稳定运行极为重要。
气力输送粉煤灰系统常见的问题有以下几种：第一种是常见的管道弯头、阀门磨损现象，第二种是管道堵塞现象，第三种是输送仓泵及阀门等的磨损、堵塞现象，第四种是散装时的冲料问题。
具体分析如下所示：1.管道弯头、阀门磨损。
粉煤灰属于颗粒物料，基于高压空气环境中存在的颗粒粉煤灰，当遇到拐弯位置的强力冲刷，会造成管壁出现较大的破损现象，故弯头的选型非常重要。
煤粉高浓度气力输送稳定性的控制与改进
煤粉高浓度气力输送稳定性的控制与改进张占方（天津天铁集团动力厂，河北涉县056404）［摘要］针对天铁新区2800m 3高炉喷煤系统在高浓度直接喷吹过程中出现的过滤器堵粉和泄漏、速率波动大等问题，通过采取改造煤粉过滤器、调整工艺运行参数等措施对其进行优化，确保了煤粉的稳定喷吹，使每小时喷煤量误差率稳定控制在±3%范围内，瞬时喷吹速率稳定，波动幅度小，为高炉炉况顺行创造了条件。
关键词喷煤煤粉浓度气力输送过滤器改进1前言高炉长寿与操作稳定关系密切，而喷煤直接关系着高炉的稳定操作。
近几年随着天铁为降本增效不断提高喷煤比，提高煤粉高浓度气力输送的稳定性显得尤为重要。
显然，随着喷煤量的增加，气力输送的固气比不断提高，容易造成输送不稳定，烧枪和堵枪现象频繁，影响高炉的稳定性。
2生产工艺现状天铁新区2800m 3高炉喷煤系统设2个喷吹罐，单罐容积为76m 3，设计最高喷煤量为57t/h 。
采用氮气充压，主管道通过补气器补充二次空压风。
喷煤工艺采用单罐、单管路、下出料方式加分配器的直接喷吹工艺。
因场地限制，为防止杂物堵塞喷枪，在每个喷吹罐出口支管上加装煤粉过滤器来过滤杂物，工艺系统见图1。
但在生产过程中，随着喷煤量的增加，高浓度气力输送时其固气比会很高，与此相对应，煤粉在容器和管道内会因浓度和压力的变化顺序出现均匀悬浮流、不均匀悬浮流、分层流、砂丘流和柱塞流等不同形式的流型。
合理控制容器和管道内各部位的压力分布和煤粉浓度，使高浓度煤粉保持在悬浮流状态，对于稳定控制和顺畅喷吹至关重要。
3喷煤作业中存在的问题3.1煤粉过滤器的泄漏和阻损问题喷吹罐出口5m~8m 处煤粉浓度最大，阻损高，加之过滤器自身阻损，造成喷吹罐压力和出口管道压力高，过滤器进口的杂物清理孔难以密封，经常泄漏和损伤密封垫，严重时直接影响了喷煤的正常进行。
因压力损失和阻力较大，煤粉在过滤器进口侧极易沉降、堆积，堵塞篦子，造成过滤器的频繁清理，严重时喷吹20t 就需要清理一次过滤器，且高炉堵枪现象频繁，职工劳动强度很大，给生产的连续、稳定运行带来较大风险。
煤粉高浓度气力输送稳定性的控制与改进
３２ 喷煤速率波动大 ， 点喷煤量误差 大 ． 整
提高喷煤 比 ， 提高煤粉高浓度气 力输送 的稳定性显得
尤为重要 。 显然 ， 随着喷煤 量的增加 ， 气力输送 的固气 比不 断提高 ， 容易造成 输送不稳定 ， 烧枪 和堵枪 现象 频繁 ， 影响高炉的稳定性 。
度气 力输送 时其 固气 比会很 高 ， 与此相对 应 ， 煤粉在
容 器和管道 内会 因浓度和压力 的变化顺 序 出现均匀 悬 浮流 、 均匀悬浮流 、 不 分层流 、 砂丘流 和柱塞 流等不 同形 式的流型 。 合理控制容器和管道内各部位 的压力
为保证 喷煤的连续稳定运行 ，降低波动 幅度 ， 结 合 生产实际 ， 以上 问题采取如下措施 。 对
４ １ 改 进 煤 粉 过 滤 器 结 构 ．
分 布和煤 粉浓度 ，使高浓度煤粉保持在悬浮流状态 ，
于稳定控制 和顺 畅喷 吹至关重要 。
装粉 阀 放散 阀 补气流化管道
原过滤器结构见 图 ２ 篦子 易松动 ， ， 承压低 ， 易 不 密封。
１ 口法兰 ；． ． 出 ２ 清理孔法兰 ；． ３ 密封垫 ；． ４ 清理孔堵板 ； 图 １ 喷煤工 艺图 ５ ． 压紧装 置；． 口法兰 ；． ；． ６ 进 ７ 本体 ８ 篦子 图 ２ 改造前过滤器结构
最大每小时喷煤误差 量可达到－ ；瞬时喷煤速 ＋ｔ ３ 率 极不稳 定 ， 动 幅度 达＋ ５ｔ ， 波 ２ ｈ 且喷煤 曲线呈 现较 ／ 大峰值的正弦状波动 ， 管道脉动和振动大 。尤其在倒 罐 期 间 ， 喷罐 极易 出现 堵塞 、 出粉 现象 ， 成 断 待 不 造
喷。
４ 改进措施
在 ±３ ％范围内 ， 瞬时喷吹速率稳定 ， 波动幅度小 ， 为高炉炉况顺行创造了条件 。
粉料气力输送技术
粉料气力输送技术粉料气力输送技术是一种基于气流实现物料输送的技术，它使用空气或其他气体，如氮气或液化石油气，来将粉状物料从原料点输送到接收点。
由于运输环境的效率更高，因此粉料气力输送技术受到各行各业的欢迎。
在许多工业应用中，此技术可以减少工件的成本，增加生产效率，同时可以保护环境。
精确的粉料气力输送技术可以使物料流动在可控制的环境中，保证运输过程中物料不受外界影响，从而保证其粉状物料的品质。
这种技术能够更有效地控制物料的粒度、流量和方向，从而在确保物料不受污染的情况下提高工作效率。
粉料气力输送技术包括各种气力输送系统，例如风管，风管和细管，细管和压力管，以及粉料压缩机和风机。
粉料压缩机的工作原理是，将原料粒子经过压缩空气，形成气流，再由通过管道输送到接收点。
粉料压缩机需要安装在点和线路间，并使用压缩空气将物料从原料点传送到接收点。
风机可以使用空气或其他气体，如氮气或液化石油气来推动物料的流动，使物料能够连续输送到接收点。
此外，粉料气力输送技术还包括传感器、控制系统及传输系统等多种设备，以及液体和气体的无缝对接系统，这些设备可以使系统实现更加准确、更加可靠的运行，提高物料输送的效率。
当使用粉料气力输送技术时，需要考虑许多因素，如物料的性质、流量、粒度等。
这需要在采购设备之前，对设备的参数进行全面的测试，以确保对物料的控制效果。
同时，粉料气力输送系统中也可能存在一些风险因素，如堵塞、积灰和结块等，这些问题会影响物料运输系统的效率。
因此，在安装系统时，应根据物料的性质，选择合适的过滤器来防止堵塞，以提高系统的可靠性和安全性。
总而言之，粉料气力输送技术正在广泛应用于工业领域，在物料运输方面具有明显的优势。
通过恰当的设备选择和系统设计，可以在最大限度的保证生产效率的同时，还能保护环境。
未来，粉料气力输送技术将不断发展，带给更多的便利。
粉煤密相输送的影响因素及其处理对策分析
粉煤密相输送的影响因素及其处理对策分析密相输送是气流输送固体粉状物料的过程，如果管线中颗粒流的密度接近于临界流化状态下的密度，则称为密相输送。
密相输送所需要的气体流量小，但气流压降较大，颗粒的运动速度低，而粒子與管线的磨损小，输送完成后颗粒捕集容易。
常见于石油催化裂化中的催化剂循环管、多嚼流化床的溢流管设备中。
一般输送距离比较短。
煤气化工艺是未来技术发展的主要方向，通过将煤粉和氧气在气化炉内不完全燃烧产生氢气和一氧化碳的合成气，气化炉的结构相对简单，对于煤种的选择也非常灵活，自动化程度可以得到保障。
粉煤密相输送是维持气化炉稳定运行的重要保障，其进料过程是采用来自空分单元的高压氮气作为介质，将煤粉高压输送至煤烧嘴内与氧气混合进行反应，其输送稳定状态直接关系到实际的生产状况。
粉煤密相输送的影响因素有很多，针对可能出现的各种因素采取有效措施，是保证煤气化稳定、高负荷运行的前提。
因而需要重点关注，尤其是对其处理对策的分析。
标签：粉煤；密相输送；影响因素；处理对策0 引言气力输送在能源、化工产业当中得到了非常广泛的应用，并且对于粉体的密相输送也产生了很多优秀的研究成果。
另外，大规模的煤气化技术由于其清洁性，也得到了社会的发展和重视。
密相输送技术正是其关键技术之一，因为高压浓相输送的效率和稳定性对于煤气化技术的影响极大，因而需要重点关注。
1 粉煤密相输送的具体流程密相输送分为发送罐输送和旋转阀输送。
发送罐输送是通过将发送罐加压至一定压力，采用切换出料阀及气刀对物料进行分配来实现输送的。
这种输送气流速度较低而固气比较高，输送气压力较高。
输送气体常采用空气或氮气，动力一般由压缩机提供，旋转阀密相输送是采用稀相正压输送方式，而动力采用压缩机提供。
系统具有较高压力、较低流速但输送能力大，对物料几乎无影响。
密相输送时，颗粒是在少量气体松动的流化状态下进行集体运动，并不靠气体使它加速，固体的移动是靠静压差来推动的。
在高低并列式提升管催化裂化装置中，利用斜管进行催化剂输送，就是依靠静压差。
气力输送系统
二、系统工作原理 正压密相气力输送系统是利用罗茨鼓风机产生的正压空气流为输送动力，把旋转供料器 从下料斗中物料源源不断供给下来的物料输送到后续的储料仓中。储料仓装有仓顶除尘装
置，使输送到储料仓中的物料料气分离。 整个系统由罗茨鼓风机、手动插板阀、旋转供料装置、文丘里喷射装置、输送管道、管
道分路阀、以及储料仓、仓顶除尘装置、电气控制系统和相关的附助设置组成。 系统工作时启动罗茨鼓风机，由其产生高压柱状空气流，高压柱状空气流经过文丘里喷
1.一般工作真空度小 0.08Mpa，故输送量和输送 距离不能同时取大值 2.在气源之前应设置性能良 好的分离和除尘设备 3.由于气源设备用于吸送膨 胀了的空气从而带来设备大 型化。 4.在分离器下的标准星型卸 料器易泄漏而造成系统工作 的不正常，应考虑有气密性 好的气力输送旋转阀
1.供料较吸送式困难，应对 应被输送物料的物性和输送 参数选择和设计合适的供料 装置 2.若将罗茨风机作为气源 时、压力不能达很高，故输 送量和输送距离不能同时取 大值
负压输送系统多用于集中式输送，即多点向一点输送，如车间除尘、粮食入仓等。负压输送 的优点在于能有效的收集物料，物料不会进入大气，这对于有毒物料的气力输送尤其重要， 但由于真空度的影响，其输送距离受到一定限制，一般系统压力降的限度是 O．044MPaf71。
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第57卷 第3期 化 工 学 报 Vol157 No13 2006年3月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China) March 2006研究论文高固气比状态下的粉煤气力输送龚 欣,郭晓镭,代正华,封金花,陈金峰,郑耀辉,陈 锋,熊 浪,于遵宏(华东理工大学洁净煤技术研究所,上海200237)摘要:在自建的气力输送系统上,进行了高固气比状态下粉煤气力输送研究.分别在内径为15、20、32mm的管道中进行了输送实验,考察了操作参数对粉煤质量流量、固气比、表观气速等气力输送特征参数的影响.结果表明,输送固气比达到200～580kg・kg-1;随气体流量增加,粉煤的质量流量增大,而固气比降低;与输送压力的影响相比,管径对粉煤质量流量的影响程度更为显著;给出了基于本系统描述各参数之间相互关系的经验方程,表明较小的气量和较大的输送管径更有利于实现高固气比状态下的粉煤气力输送.关键词:气力输送;高固气比;粉煤中图分类号:TQ536 文献标识码:A文章编号:0438-1157(2006)03-0640-05H igh solids loading pneumatic conveying of pulverized coalG ONG X in,G UO X iaolei,DAI Zhenghua,FE NG J inhua,CHE N Jinfeng,ZHE NG Y aohui,CHE N Feng,XIONGLang,Y U Zunhong(I nstitute of Clean Coal Technology,East China Universit y of Science and Technology,S hanghai200237,China)Abstract:High solids loading p neumatic conveying of p ulverized coal was achieved in a new p neumatic conveying system where solid/gas mass flow ratio reached200—580kg・kg-1.Operation conditions, including t ransport pressure,gas volume and pipe diameter were specially designed for t he conveying system wit h pipelines of15mm,20mm,32mm(I1D1)respectively.The effect s of different operation conditions on t he characteristic parameters,i1e1mass flow rate,solid/gas mass flow ratio and superficial gas velocity,as well as t he relationship s wit hin t he operation conditions t hemselves,were investigated in t he experiment s.It was found t hat under a higher p ressure a greater supply of gas was needed,which resulted in greater conveying capacity1However,solid/gas mass flow ratio declined dramatically when solid mass rate increased.The analysis of t he experiment also revealed t hat pipeline diameter was act ually t he crucial element which brought about great difference in conveying capacity in cont rast to t he result s f rom t he change of operation pressure.Some empirical exp ressions were finally established which were capable of describing t he relationship between t he aforementioned parameters and again pipe diameter played an important role.The exp ressions additio nally revealed t hat gas supply surged wit h t he increase of p ulverized coal mass flow rate.The quantitative relations of t he parameters might be system2dependent, but t his paper present s usef ul information and app roach to p neumatic conveying.Key words:p neumatic conveying;high solids loading;p ulverized coal 2005-04-08收到初稿,2005-06-07收到修改稿.联系人及第一作者:龚欣(1959—),女,教授.基金项目:教育部科技重点项目(104247);国家重点基础研究发展计划项目(2004CB217702). Received date:2005-04-08.Corresponding author:Prof.GON G Xin.E-mail:gongxin@ ecust1edu1cnFoundation item:supported by t he State Key Development Program for Basic Research of China(2004CB217702).引 言固体物料在管道内的气力输送技术自19世纪上半叶开始工业化以来,因其具有密闭、安全、物料与环境清洁、易实现自动化连续操作等优点,已经广泛应用于化工、发电、制药、食品、建筑、冶金等行业[1].为了降低能耗和气耗,减小输送管道磨蚀,避免被输送物料破碎,工业上往往对气力输送过程的重要技术指标———固气比提出更高的要求,例如在我国已引进多达十几套的国际先进粉煤加压气化技术———Shell 气化技术中,就是利用惰性气体氮气将粉煤连续地在高固气比条件下输送到加压(约310M Pa )气化炉中进行煤气化反应,而其合成气中氮气含量仅占约4%[223].如此高的输送固气比已经远远超出了传统气力输送领域中密相输送(固气比为50～100kg ・m -3,低压下也即50～100kg ・kg -1)的范围[425].由于高固气比输送时速度较低,固相浓度过高,流动稳定性下降,输送距离相对较短,迄今为止相关的研究报道极少[6],尚无成熟理论依据可以参照,所以只能依赖对真实物料与系统进行实验研究,获取其流动规律.本文针对自主创建的高固气比粉煤输送系统进行了相关测试研究,在获取大量实验数据并对其进行分析、拟合的基础上,给出了高固气比状态下粉煤气力输送的特性与规律.1 实验介质与实验装置111 实验介质本研究采用压缩空气作为输送气体,被输送介质为粉煤,表1是实验用粉煤的有关物性数据.T able 1 Properties of pulverized coalMedian size/μm Bulk density /kg ・m -3Particle density /kg ・m -3Angle of repose/(°)60167536140049172112 实验装置本研究采用下出料式粉煤发料罐,实验流程见图1.粉煤在多股气流的作用下从发料罐底部排出,由输送气体携带着流经特定尺寸的输送管线,最终被收集到接料罐中.气体流量由气体质量流量计计量,粉煤输送量由接料罐支座上设置的称重传感器进行累计计量,同时还通过安装在输送管线上的固体质量流量计进行连续测量.输送管线沿程设有压力传感器,用于连续测量输送过程中管道内压力变化.Fig 11 Schematic diagram of pulverizedcoal pneumatic conveying1—air compressor ;2—drier ;3—gas disrtributor ;4—gas meter ;5—feeder vessel ;6—solid meter ;7—weigh cell ;8—receiver vessel ;9—dust remover ;10—pressure cell2 实验结果与讨论在上述实验装置中,通过改变输送气体流量或输送压力、输送管道尺寸等操作条件,测试研究了本系统的输送特性与规律.211 输送气量在气力输送过程中,输送气体的动量是携带粉体物料在管内流动的动力来源,所以气量大小和气速的快慢会直接影响粉体在管内的流动状态和输送量.图2是粉煤在通过20mm 直径的输送管时,气体流量变化对粉煤质量流量的影响.由图中可以看出,粉煤质量流量随着气体流量的增加而增大.在气量较小时,粉煤质量流量增加幅度相对较大,随着气量的继续增加,其携带作用逐渐减弱,粉煤质量流量增加变缓,最终将趋于某一定值.对该实验结果进行拟合,得到的拟合方程如式(1)所示,表明气体流量对粉煤质量流量的影响符合幂指数规律.M s =013833Q 014271, R 2=0199(1)212 输送压力在本输送系统中,气体流量的大小决定着发料罐内的压力,也即系统的输送压力.测试表明,输送管径为20mm 时,输送压力与气量呈如图3所・146・ 第3期 龚欣等:高固气比状态下的粉煤气力输送Fig 12 Solid mass flow rate vs gas volume flow rate示的线性关系.由以上的研究结果可知,随着气体流量的增加,粉煤质量流量也在不同程度地增大,输送系统的总能量消耗也就必然上升,所以输送压力的升高是气体流量与粉煤质量流量增大的共同需要.图3中还同时给出了粉煤质量流量与输送压力的关系.Fig 13 G as volume flow rate and solid massflow rate vs transport pressure213 固气比所谓固气比是固体的质量流量与输送气体的质量流量(或体积流量)之比.这是体现输送系统中固体物料浓度高低的一个重要参数,也是决定输送方式、输送能力与输送经济性的一项重要指标.图4是在20mm 输送管径的表观气速与输送固气比的关系.由图4中可见,根据表观气速的不同,本输送系统的固气比范围是200～580kg ・kg -1,远远超过了气力输送一般意义上的密相输送固气比:50～100kg ・kg -1.由于高固气比粉体气力输送的研究报道极为罕见,其输送规律又因物料特性和系统设计的不同会有很大差异,所以依靠实验测试,揭示特定输送系统的流动规律就更显其研究和实用价值.从输送能力上看,正是由于实现了高固气比的粉煤气力输送,使20mm 输送管道的输送能力达到约4000kg ・h -1,这是传统的密相气力输送技术所不及的.图4的变化趋势表明,固气比随着表观气速的增大而降低.也就是说,要想实现高固气比气力输送,必须保持较低的输送速度.因为表观气速增加,就意味着气量增大.结合图1可知,在气量增加的同时,虽然粉煤质量流量也在增大,但其增加的程度远抵不上气量增大的幅度,固气比的降低就成为了必然.对图4变化趋势进行拟合,获得式(2)所示的固气比与表观气速的定量关系.μ=707133e -010943U g , R 2=0199(2)Fig 14 Solid/gas mass flow ratio vssuperficial gas velocity214 输送管直径测试研究了3种不同输送管内径(即15、20、32mm )对输送过程的影响,结果见图5～图8.Fig 15 Transport pressure as f unction of gas volume flow rate and pipe diameterFig 16 Solid mass flow rate as f unction of transport pressure and pipe diameter・246・化 工 学 报 第57卷 Fig 17 Solid/gas mass flow ratio as f unction of solid mass flow rate and pipediameterFig 18 Mass flow rate of solid as f unction of gas volume flow rate and pipe diameter图5表明,在气体流量相同的情况下,输送管径越大,输送压力越低.原因在于管径大,则流体的流动速度就越小,由此产生的压力损失也就越小.换言之,在相同的输送压力下,较大直径的输送管将对应着较大的气体流量,同时也就能够携带更多的粉煤物料流动,正如图6所示,在输送压力相同的条件下,随着输送管径的增大,粉煤质量流量有较大幅度的增加.图7给出了管径变化对固气比的影响,对其中两种较小管径的情况作比较可以看出,在相同的粉煤质量流量下,管径增大,固气比也随之升高.原因如图8所示,当气体流量相同时,管径越大,物料的流速越低,气体所携带粉煤质量流量则越大,获得的固气比就越高.综上所述,对于具有高固气比输送粉煤能力的输送系统,适当增加输送管直径,降低管内气体与粉体物料的流动速度,可以有效地降低气体消耗,提高输送固气比.215 经验方程在上述实验测试基础上,通过对大量实验数据进行拟合,得到了定量描述高固气比状态下粉煤气力输送规律的经验方程,见式(3)～式(5).同时分别给出了拟合相关系数R 的平方值,其数值均在019以上,表明计算值与实验值吻合较好.各经验方程计算值与实验值的比较分别见图9～图11.(1)气体流量与粉煤质量流量和输送管径的关系Q =(43154646-1125099D )M 212423s D-0105187,R 2=0197(3)Fig 19 Predicted gas volume flow rate compared with experimental value由式(3)可以看出,当管径一定时,随着粉煤质量流量的增加,所需气体流量呈幂指数关系上升.所以在管径一定条件下,不可过高追求粉煤质量流量,否则过多的气量消耗,将无法实现高固气比输送.(2)粉煤质量流量与输送压力和管径的关系M s =0100623p 01313tD 2102,R 2=0196(4)Fig 110 Predicted mass flow rate of solidcompared with experimental value粉煤质量流量随着输送压力的升高和管径的加大而增大的趋势在图6中已有显示.拟合方程式(4)定量表明,与输送压力的影响相比,管径对粉煤质量流量的影响程度更为显著.所以提高粉煤质量流量,又确保高固气比输送的有效途径是增大管径.(3)固气比与粉煤质量流量和管径的关系μ=423171D 012733exp (-97112D -115356M s ),R 2=0194(5)・346・ 第3期 龚欣等:高固气比状态下的粉煤气力输送Fig111 Predicted solid/gas mass flow ratiocompared with experimental value 拟合方程式(5)定量描述了本输送系统中固气比与粉煤质量流量和管径的关系.可以用于预测一定管径和所需输送量情况下可能达到的输送固气比,对于工程设计具有一定的参考价值.3 结 论(1)本输送系统实现了高固气比状态下的粉煤气力输送,根据操作条件的不同,输送固气比为200～580kg・kg-1;(2)输送压力与气体流量呈线性关系,随着气体流量的增大,输送压力升高;(3)随着气体流量的增大,粉煤的质量流量增加,但输送固气比降低;(4)在气体流量相同的情况下,随着输送管径的加大,粉煤的质量流量显著增加,输送固气比也随之升高;(5)在实验基础上,通过拟合获得了描述高固气比状态下粉煤气力输送规律的经验方程.符 号 说 明D———输送管内径,mmM s———粉煤质量流量,kg・s-1M se———粉煤质量流量实验值,kg・s-1M sp———粉煤质量流量拟合值,kg・s-1p t———输送压力,MPaQ———气体的体积流量(标准状态下),m3・h-1Q e———气体的体积流量(标准状态下)实验值, m3・h-1Q p———气体的体积流量(标准状态下)拟合值, m3・h-1R———相关系数U g———表观气速,m・s-1μ———固气比,kg・kg-1μe———固气比实验值,kg・kg-1μp———固气比拟合值,kg・kg-1References[1] Cheng Keqin(程克勤).A review of dense phase 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