氣固流化床內(nèi)寬粒徑分布顆粒的流動特性研究.pdf

1、高爐煉鐵流程長、投資大、能耗高，并且嚴(yán)重依賴焦炭。隨著焦煤資源的日漸匱乏，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需求與焦炭供應(yīng)的矛盾日益突出。這成為人們研究和發(fā)展非高爐煉鐵的根本動力。以流態(tài)化還原為代表的非高爐煉鐵工藝，因其不需要使用焦炭并可直接利用粉礦而備受關(guān)注。鐵礦粉流態(tài)化還原是一種典型的氣固兩相相互作用的過程，充分了解流化床內(nèi)氣固兩相的流動特性和規(guī)律，將可以為實際工業(yè)應(yīng)用中工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)，并可以為流化床反應(yīng)器的設(shè)計乃至放大提供理論依據(jù)。實際工

2、業(yè)生產(chǎn)過程中，流化床內(nèi)的礦粉原料均是寬粒徑分布的顆粒，因此開展寬粒徑分布顆粒在流化床內(nèi)的流動特性的研究，將對充分認(rèn)識流化床內(nèi)部復(fù)雜的流動規(guī)律提供幫助，從而更好地對實際生產(chǎn)過程進(jìn)行指導(dǎo)。
　　本文首先在二維床冷態(tài)實驗裝置上，對三種B、D兩類混合的寬粒徑分布的固體顆粒，包括二元混合顆粒、正態(tài)分布顆粒以及均勻分布顆粒進(jìn)行實驗研究。利用降速法測量床層壓降與表觀氣速的變化關(guān)系，結(jié)合觀察床層內(nèi)出現(xiàn)鼓泡的時機(jī)，研究不同粒徑分布顆粒的初始流化速度

3、，并與前人提出的初始流化速度的關(guān)系式計算得到的結(jié)果進(jìn)行對比，分析存在的差異以及影響因素，然后根據(jù)實驗結(jié)果歸納出相應(yīng)的初始流化速度的關(guān)系式。借助高速攝像儀對二維床內(nèi)的流化情況進(jìn)行拍照，利用數(shù)字圖像分析技術(shù)對拍攝的二維床圖像進(jìn)行處理，從中獲取我們所關(guān)注的二維床內(nèi)氣泡的信息，研究二維床內(nèi)寬粒徑分布顆粒的氣泡性質(zhì)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)歸納出氣泡平均直徑和氣泡上升速度的關(guān)系式。此外，通過拍照記錄下床層高度的變化情況，研究寬粒徑分布顆粒的床層膨脹比以及影響

4、因素。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，不同粒徑分布的寬粒徑分布顆粒，在流化過程中可能會出現(xiàn)偏析，相比于正態(tài)分布的顆粒，二元混合顆粒和均勻分布顆粒在流化時更易出現(xiàn)偏析。
　　在三維流化床實驗裝置上，研究發(fā)現(xiàn)，二維床歸納出的初始流化速度關(guān)系式的計算結(jié)果對于三維床的實驗結(jié)果要偏大，這是因為二維床內(nèi)存在邊壁效應(yīng)，因此固體顆粒流化所需要克服的阻力增大。對正態(tài)分布顆粒與均勻分布顆粒進(jìn)行流化實驗。沿床軸向方向上測量床內(nèi)壓力的瞬時值，實驗研究結(jié)果表明，三維床內(nèi)

5、同一高度截面處與基準(zhǔn)面之間的壓差隨著表觀氣速的增加而增大。而在相同表觀氣速的條件下，寬粒徑分布顆粒的軸向壓差與靜床高呈正比關(guān)系，其中正態(tài)分布顆粒的軸向壓差上升速率比較保持一致，而均勻分布顆粒由于在流化過程中出現(xiàn)偏析，床層下部聚集著大顆粒，小顆粒浮在床層上部，所以軸向壓差下部的上升速率要大于上部。對實驗得到的壓力瞬時值求均方差，發(fā)現(xiàn)正態(tài)分布和均勻分布的軸向壓力波動方差的變化規(guī)律存在不同。正態(tài)分布顆粒沿軸向高度的壓力波動先減小后增大，而均勻