高壓密相煤粉氣力輸送彎管流動特性試驗與數(shù)值模擬研究.pdf

1、當(dāng)前，干法進料的干煤粉氣流床加壓氣化技術(shù)是我國煤高效潔凈利用的關(guān)鍵技術(shù)，而干煤粉加壓密相輸送又是干煤粉氣流床加壓氣化的關(guān)鍵技術(shù)之一。高壓超濃相氣力輸送中顆粒相的體積濃度高，輸送管路中流動形態(tài)變化復(fù)雜，影響流動穩(wěn)定性的因素較多，對其流動規(guī)律和機理的認(rèn)識還不完善。目前，有關(guān)煤粉的高壓密相氣力輸送的研究主要集中在單一輸送介質(zhì)條件下以及直管段中的壓降特性和輸送規(guī)律的研究，而對彎管壓降變化規(guī)律的研究報道非常少。二氧化碳作輸送介質(zhì)應(yīng)用于大規(guī)模高效煤

2、氣化高壓超濃相煤粉氣力輸送越來越廣，但CO2的氣體性質(zhì)偏離理想氣體較遠，其屬性對高壓密相粉體氣力輸送彎管的壓降特性的影響與氮氣有所差異，這方面國內(nèi)外的研究報道也很少。本文采用試驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對高壓超濃相煤粉氣力輸送的彎管內(nèi)氣固兩相流的流動特性進行了較為詳盡的研究。
　　試驗研究方面，主要依托東南大學(xué)自主研發(fā)的一套輸送壓力可達4MPa，輸送固氣比可達600kg/m3的干煤粉加壓氣化裝置的高壓密相氣力輸送試驗裝置，通過

3、改變操作條件和輸送物料，探討了兗州煙煤在CO2和N2作為輸送介質(zhì)時，輸送管路中水平彎管和垂直彎管的壓降特性，研究了云南褐煤煤粉含水率對水平彎管和垂直彎管的壓降的影響。研究結(jié)果表明，在系統(tǒng)壓差相同的條件下，CO2和N2兩種輸送介質(zhì)下，水平彎管壓降均呈現(xiàn)出隨表觀氣速的減小逐漸下降的趨勢，且CO2輸送介質(zhì)下水平彎管壓降比N2輸送介質(zhì)下要小一些；而對于垂直彎管壓降則先隨表觀氣速的降低而下降，當(dāng)表觀氣速下降至5.3m/s左右，N2輸送介質(zhì)下垂直彎

4、管壓降達到最小值，而在本文試驗范圍內(nèi)CO2輸送介質(zhì)下卻沒有出現(xiàn)壓降的最低拐點。同時，由于彎管位置的變化，CO2輸送介質(zhì)時垂直彎管的壓降比N2輸送介質(zhì)時高些。試驗還發(fā)現(xiàn)，煤粉含水率的增加會導(dǎo)致煤粉顆粒間相互粘黏、團聚，致使輸送煤粉沉積現(xiàn)象更趨嚴(yán)重，N2和CO2兩種輸送介質(zhì)下水平彎管壓降均隨煤粉含水率的增加而有所上升，而對于垂直彎管的壓降總體上隨煤粉含水率的增加而呈現(xiàn)出小幅降低的變化趨勢。此外，通過?；碚摵驮囼灁?shù)據(jù)分析，得到了不同輸送介質(zhì)

5、下煤粉密相輸送時水平彎管、垂直彎管的固相附加壓損系數(shù)的擬合公式，采用擬合公式計算的彎管壓降值與試驗值吻合較好，誤差在士5％以內(nèi)。
　　數(shù)值模擬研究方面，主要在Fluent平臺上，充分考慮了氣相和和固相顆粒湍流之間的相互作用，建立了氣固流動的管道三維數(shù)理模型。通過垂直管-彎管-水平管一體化建模方式，對高壓超濃相氣力輸送垂直彎管氣固兩相流動特性進行數(shù)值模擬研究。模擬結(jié)果表明，部分模擬值與試驗和ECT測量結(jié)果吻合較好。模擬研究發(fā)現(xiàn)，相同