高壓密相煤粉氣力輸送彎管流動(dòng)特性試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、當(dāng)前，干法進(jìn)料的干煤粉氣流床加壓氣化技術(shù)是我國(guó)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(dòng)形態(tài)變化復(fù)雜，影響流動(dòng)穩(wěn)定性的因素較多，對(duì)其流動(dòng)規(guī)律和機(jī)理的認(rèn)識(shí)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(duì)彎管壓降變化規(guī)律的研究報(bào)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(lái)越廣，但CO2的氣體性質(zhì)偏離理想氣體較遠(yuǎn)，其屬性對(duì)高壓密相粉體氣力輸送彎管的壓降特性的影響與氮?dú)庥兴町?，這方面國(guó)內(nèi)外的研究報(bào)道也很少。本文采用試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)高壓超濃相煤粉氣力輸送的彎管內(nèi)氣固兩相流的流動(dòng)特性進(jìn)行了較為詳盡的研究。
　　試驗(yàn)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(dá)4MPa，輸送固氣比可達(dá)600kg/m3的干煤粉加壓氣化裝置的高壓密相氣力輸送試驗(yàn)裝置，通過(guò)

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(shí)，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(duì)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(shì)，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(duì)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(dá)到最小值，而在本文試驗(yàn)范圍內(nèi)CO2輸送介質(zhì)下卻沒有出現(xiàn)壓降的最低拐點(diǎn)。同時(shí)，由于彎管位置的變化，CO2輸送介質(zhì)時(shí)垂直彎管的壓降比N2輸送介質(zhì)時(shí)高些。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，煤粉含水率的增加會(huì)導(dǎo)致煤粉顆粒間相互粘黏、團(tuán)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(duì)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(shì)。此外，通過(guò)模化理論和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到了不同輸送介質(zhì)

5、下煤粉密相輸送時(shí)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(jì)算的彎管壓降值與試驗(yàn)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(tái)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(dòng)的管道三維數(shù)理模型。通過(guò)垂直管-彎管-水平管一體化建模方式，對(duì)高壓超濃相氣力輸送垂直彎管氣固兩相流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。模擬結(jié)果表明，部分模擬值與試驗(yàn)和ECT測(cè)量結(jié)果吻合較好。模擬研究發(fā)現(xiàn)，相同