氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述

第30卷第2期電力建設Vol.30 No. 22009 年2月Electric Power ConstructionFeb. 2009專(zhuān)家論壇●氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述趙長(cháng)遂,梁財, 陳曉平(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院.南京市,210096)[摘要]高壓濃相煤粉氣力輸送是干煤粉氣流床氣化爐關(guān)鍵技術(shù)之- - ,文章從輸送物料特性、輸送相圖、阻力特性及流動(dòng)穩定性等方面評述了濃相粉體氣力輸送在近些年取得的研究進(jìn)展，結合東南大學(xué)近年來(lái)在高壓濃相煤粉氣力輸送領(lǐng)城獲得的研究成果,系統地探討了濃相氣力輸送過(guò)程中的流動(dòng)特性,對今后濃相氣力輸送研究應開(kāi)展的工作提出了建議。[關(guān)鍵詞]氣力輸 送;濃相;物料特性;阻力;相圖;穩定性中圖分類(lèi)號: TQ051文獻標志碼: C文章編號: 1000-7229 (2009) 02- 0001-10穩地從稀相流動(dòng)過(guò)渡到濃相流動(dòng);PC2類(lèi)物料(塑料0引言球,小麥)在輸送過(guò)程中可能出現稀相、不穩定以及氣力輸送在能源、化工、采礦、糧食和食品加工柱塞流動(dòng);PC3類(lèi)物料(粗精礦)只能采用稀相輸送。等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用,得到各國工業(yè)界的關(guān)注和.相圖中,PC1類(lèi)物料與其他兩類(lèi)物料的分界線(xiàn)XY重視。物料的管道氣力輸送技術(shù)至今已有100多年也代表了細顆粒與粗顆粒的流動(dòng)形態(tài)差別。參考文的歷史了。但在相當長(cháng)的時(shí)間內,這門(mén)技術(shù)幾乎都是獻[2]認為顆粒最小鼓泡速度大于最小流化速度就局限于呈懸浮流動(dòng)的稀相流。屬于A(yíng)顆粒,反之屬于B顆粒。參考文獻[3]也從這濃相氣力輸送由于其輸送速度低、能耗小、輸送個(gè)角度出發(fā),推導出XY的方程:濃度高等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用15。.d,p.=0.120 6(1]目前，大規模高效煤氣化在潔凈煤利用領(lǐng)域日益得式(1)中 d,為平均粒徑,P,為物料密度。到重視和發(fā)展,2004年已在國家973計劃中立項，煤基多聯(lián)產(chǎn)已被列為“十一五”863計劃重大項目,煤粉的高壓濃相氣力輸送技術(shù)是煤氣化過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文就國內外近年來(lái)在濃相氣力輸送領(lǐng)ot域獲得的研究成果，結合東南大學(xué)在高壓濃相煤粉氣力輸送方面的進(jìn)展，從輸送物料特性、粉輸送相圖、阻力特性及流動(dòng)穩定性等方面探討濃相氣力輸P2]送過(guò)程的流動(dòng)特性。101物料特 性對輸送特性的影響平均粒徑/um1.1物料種 類(lèi)對濃相氣力輸送的影響圖1氣力輸送 中物料的輸送相圍參考文獻[1]根據顆粒Geldart分類(lèi)法提出的輸參考文獻[4]對兩種粉體顆粒進(jìn)行了輸送試驗送相圖被廣泛用來(lái)判別針對不同物料應采取何種輸研究,探討了物料特性對輸送的影響規律,指出硬度送方式。參考文獻[1]認為物料與氣體作用方式主要較小的物料在輸送管路中發(fā)生旋轉較為嚴重，且在取決于物料的平均粒徑分布及物料的密度，以這兩管內與管壁碰撞較為嚴重,摩擦系數大，輸送壓損者為參數，可將物料分為PC1、PC2和PC3三類(lèi),如高,這與參考文獻[5]的結論是相吻合的。圖1所示。PC1 類(lèi)物料(如飛灰,水泥，煤粉),可以平中國煤化工送壓力可達4.0YHCNMHG基金資助項目:國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃(004CB217702-01)收稿日期: 2008-12-01作者簡(jiǎn)介:趙長(cháng)遵(1945-),男,教授博士生導師,主要從事循環(huán)流化床、潔凈煤發(fā)電及氣固兩相流方面的研究?！?●電力建設第30卷反吹風(fēng)q山電化充壓調風(fēng)幫↓秤1 1e"緩沖罐閥流化風(fēng).氮'(瓶傳感器轉換圄2高壓濃相氣力輸 送試驗臺系統圖MPa.、固氣比高達600 kg/m3的試驗臺上進(jìn)行了高壓能增大,可用于克服輸送壓損的能量增加,單位氣體濃相煤粉氣力輸送。如圖2所示,高壓氮氣經(jīng)過(guò)緩沖的懸浮攜帶能力增強,煤粉的輸送通量增大。不同煤罐分成充壓風(fēng)流化風(fēng)和補充風(fēng)3路。煤粉發(fā)料罐采粉的輸送速率通量的差異主要是由于物料特性引起用上出料式，流化風(fēng)流經(jīng)布風(fēng)板后對發(fā)料罐中的煤的,對2種煤粉進(jìn)行剪切試驗,如圖4所示,兗州煤粉進(jìn)行流化,經(jīng)提升段進(jìn)入輸送管道,在發(fā)料罐出口的流動(dòng)性比大同煤好，這與高壓濃相輸送試驗的結引人補充風(fēng)增強輸送能力，充壓風(fēng)則維持發(fā)料罐的論是相同的。根據煤粉顆粒表面結構掃描電鏡圖,可壓力不變。通過(guò)加濕系統,水分在輸送過(guò)程中按- -定以看到兗州煤顆粒表面光滑,棱角分明,表面沒(méi)有明的比例被均勻地加入粉煤中。收料罐壓力由排氣管顯的孔隙及凹坑,并且硬度高,石質(zhì)感強。大同煤表道上的電動(dòng)調節閥根據設定值自動(dòng)控制。發(fā)料罐和5 000收料罐體積均為0.648m',輸送管為φ 16 mmx34 500mm,輸送距離為53m,煤粉實(shí)時(shí)質(zhì)量由3個(gè)高精度4000箔式電子秤稱(chēng)量,采壓直管長(cháng)1 000 mm,彎管長(cháng)6303 500mm,曲率半徑R=200 mm,輸送氣體為壓縮氮氣,罐。3000氣源最高壓力為4.8MPa。采用試驗研究和數值模擬相結合的方法,獲得了不同煤粉物性(如含水率、2 000粒徑和煤種)和操作參數(如輸送壓力、總輸送差壓、0.4 0.6 0.8 1.01.2 1.40P/MPa流化風(fēng)量和充壓風(fēng)量等)對輸送穩定性及流動(dòng)特性圈3輸送速率通與總輸送差壓的關(guān)系的影響規律,掌握了控制輸送特征參數的方法,建立了高壓濃相氣固兩相流直管壓降數學(xué)模型。5.5參考文獻[6-11]對大同和兗州2種煙煤進(jìn)行輸5.0f▲大同送,獲得不同工況下的流動(dòng)特性。煤粉平均粒徑和含水率非常接近,在發(fā)料罐壓力P=3.6 MPa,逐漸改變收料罐壓力來(lái)調節輸送差壓,如圖3所示,煤粉輸送中國煤化工速率通量ψ隨著(zhù)總輸送差壓△P的升高而增大,兗州煙煤的輸送速率通量大于大同煙煤的輸送速率通YHCNMHG02030405060量。隨著(zhù)總輸送差壓的升高,流化罐內煤粉很容易被最大主密實(shí)力Vlkg壓人輸送管路?？傒斔筒顗涸礁?輸送氣體的輸送勢圖4不同煤種 流動(dòng)函數的比較第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述面粗糙,并且粘有許多小顆粒狀物質(zhì),表面出現許多和30%水分下進(jìn)行剪切試驗，發(fā)現當含水率低于縫隙及小孔,顆粒的表面看似較軟且具粘性。因此,20%時(shí),物料的黏性力增大,流動(dòng)能量下降,當高于在相同的輸送條件下，兗州煤的輸送速率通量大于20%時(shí)，物料的流動(dòng)能力增強。參考文獻[17]在剪切大同煤的輸送速率通量。試驗臺對含水率低于10%的煤粉進(jìn)行剪切試驗,發(fā)1.2粒徑分布對濃相氣力輸送的影響現隨著(zhù)含水率(M<10%)的增加，煤粉的壁摩擦系數參考文獻[12- 14]研究了平均粒徑分別為83和和黏性力增大,流動(dòng)性降低。關(guān)于含水率對輸送影響420μm的石灰和沙粒在水平管內的流動(dòng)特性,得出規律至今沒(méi)有相關(guān)文獻報道。參考文獻[10-11,18]細顆粒與氣體的跟隨性強,容易被攜帶,而粗顆粒由對不同煤粉的含水率對輸送特性的影響規律進(jìn)行了于重力作用,容易往管底沉積,輸送相同的物料量需系統的研究,發(fā)現內水對流動(dòng)的影響不大,本文中討要更多的氣體。參考文獻[15]對5種物質(zhì)進(jìn)行輸送論的均為輸送物料的外水M。保證操作參數不變,試驗,研究粉體粒度對輸送的影響規律,發(fā)現在相同通過(guò)加水系統調節煤粉含水率,如圖6所示,隨著(zhù)含的輸送流量及操作條件下,顆粒粒徑越大,輸送壓損水率的增大,平均粒徑為56μm煙煤的質(zhì)量流量C越高，說(shuō)明輸送大顆粒時(shí)輸送氣力需要消耗更多的逐漸降低，呈反S型分布，當煤粉含水率增加到能量。東南大學(xué)對內蒙3種不同粒徑的神木煤粉進(jìn)10.13%時(shí),出料極不穩定，經(jīng)常造成堵塞,不能正常行了高壓濃相輸送試驗,試驗過(guò)程中,維持輸送壓力輸送。當煤粉含水率為3.24%時(shí)，水分存在煤粉顆粒不變，通過(guò)設定接收罐的壓力來(lái)改變總輸送差壓。如的接觸點(diǎn)上,液相相互不連接,顆粒之間的液橋力較圖5所示,在P=3.6MPa時(shí),隨著(zhù)煤粉粒徑的增大,弱,黏性力及附著(zhù)力作用不明顯,煤粉顆粒之間分散輸送能力降低。當煤粉粒徑較小時(shí),在發(fā)料罐中煤粉性好,發(fā)料罐中煤粉與壁面的摩擦系數小，煤粉在料顆粒容易被輸送氣體流化,呈現出更好的流體特性，罐中以整體流的形式出料,出料均勻且流量較大。隨更容易沿著(zhù)出料管路進(jìn)入輸送管路,壓損較小;當輸著(zhù)含水率的增加,造成顆粒接觸點(diǎn)的液相面積擴大,送較大的煤粉顆粒時(shí),煤粉在料罐中流化效果較差,黏性力及附著(zhù)力增大，引起顆粒群與料罐壁及管壁輸送氣體需要消耗更多的能量攜帶大顆粒物料進(jìn)行之間的摩擦系數增大，出料量因煤粉特性的變化急輸送,在輸送管路中易發(fā)生沉積形成煤粉層,造成沿劇減少 ;當煤粉含水率大于6.59%后,顆粒間的液相管壁的滑動(dòng),引起更大的能量消耗。相互連接而形成網(wǎng)狀結構，甚至顆粒間的空隙全部4000●52μm充滿(mǎn)液相,顆粒之間相互粘連,團聚顯現嚴重,煤粉▲300 pm顆粒在料罐中下料不暢,乃至形成漏斗流,造成出料3 200不穩定,同時(shí)因為顆粒的造?，F象煤粉出料粒徑增2 800大,引起出料困難,當煤粉含水率達到10.13%時(shí),造2 400?，F象已經(jīng)引起料罐中的煤粉顆粒出料十分困難，2000甚至結塊,且經(jīng)常造成堵塞,輸送極不穩定,無(wú)法正常輸送。所以隨著(zhù)煤粉含水率的增加,煤粉質(zhì)量流量I 6000.20.40.60.81.01.21.4不斷減少。SP/MPa1 000圖5煤粉粒徑對輸送速辜通 的影響9001.3含 水率對濃相氣力輸送的影響含水率是影響物料流動(dòng)特性的重要參數，對粉800體的摩擦特性流動(dòng)性、分散性和壓制性起著(zhù)重要的700作用。外水在粉體顆粒之間主要以黏附液、楔形液和毛細管上升液等方式存在。水的表面張力將使兩個(gè)600顆粒之間產(chǎn)生牽引力,形成液橋，附著(zhù)力變大,造成M/%顆粒的團聚,出現造?，F象,同時(shí)引起壁摩擦系數和中國煤化工的影響粘度的增大,造成出料和輸送困難。因此,研究含水.MHCNMH G.'-8.21-8.56 m/s, .率對輸送特性的影響是十分必要的。輸送固氣比u=320-~35U kg/m"',隨看煤粉含水率的增參考文獻[16]在剪切試驗臺上對蒸餾后的生物加,水平管壓損△Pn、垂直管壓損AP,水平彎管壓損質(zhì)廢渣進(jìn)行剪切試驗,分別在10%,15%,20%,25%AP和垂直彎管壓損AP+逐漸增大。當輸送操作參電力建設第30卷數和固氣比及輸送速度接近時(shí)，煤粉物性決定了輸但從方程的形式就可以看出,大量的系數需要依靠實(shí)送過(guò)程中的阻力特性。當煤粉含水率較小時(shí),煤粉顆驗來(lái)確定,因而在實(shí)際設計計算中存在許多不便。粒的分散性較好，兩相流以較穩定的狀態(tài)在管路中經(jīng)典的Barth理論從能量守恒的觀(guān)點(diǎn)出發(fā),提進(jìn)行輸送。隨著(zhù)煤粉顆粒中的含水率增加,煤粉液橋出了附加壓降模型,成為目前常用的壓降計算方法。力增大,液橋面大大增強了黏結力,煤粉顆粒出現造根據Barth理論的附加壓力損失理論,管段壓降為:?，F象,煤粉壁摩擦系數和內摩擦系數增大,輸送氣△P=SP+OP.4)體對大顆粒煤粉顆粒攜帶能力下降，需要消耗更多式中:AP,為氣相壓損;AP,為固相壓損。的能量去搬運造粒后的煤粉顆粒,且煤粉顆粒易在參考文獻[20]指出,在煤粉高壓濃相輸送中,直管壁周?chē)纬烧尺B,摩擦系數增大,故輸送含水率較管段氣相壓損可用Fanning方程計算:高的煤粉時(shí),輸送壓損較大。因此,隨著(zhù)含水率的增2/4,U_SP= D(5)大,輸送壓損增大。20其中:f=0.079Re08。18參考文獻[9]提出,在Re超出Blasius 范圍16SP(2 320管道壓降是氣力輸送設計的重要參數之- -。364時(shí),.=0.004 310ReIT 04。參考文獻[25]根據試驗數據建立了壓降經(jīng)驗公式:圖9比較了公式(5)、(6)和(7)計算的氣相壓損值P =41.82M.A0()*(M + My)es(2)與試驗測得氣體空管運動(dòng)的壓損值(P=3.0MPa)。結果表明,公式(5)、(6)和(7)都具有較高的精度。該公式考慮了物料性質(zhì)、物料質(zhì)量流量以及輸送管的幾何特征。然而用該公式預測其他輸送實(shí)驗2.0 ●試驗值時(shí),并未獲得較好的結果。不過(guò)推導此公式的方法還.6. Geldartuar 9un是值得借鑒的。.25參考文獻[19] 根據氣固兩相流動(dòng)的力平衡方.8程,采用力平衡法來(lái)計算管內壓降。如圖8所示,在0.4- #輸送管道內,推動(dòng)物料向前運動(dòng)的力AP(πD)4和5457古8910物料在運動(dòng)過(guò)程中受到的阻力R相平衡。根據參考間)直管段文獻[19]的推導,得出:1.2Pp=p+p8+4K.pgtan φ所(31.0 ▲計算值雖然力平衡法具有明確的物理意義和理論基礎,0.8● 試驗值中國煤化工OP四MYHCNMHG,ioU/(ms~). OL.6)彎管段圈8管道內力平衡示意圖圈9不同模型氣相 壓損經(jīng)驗公式比較第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述.5.東南大學(xué)在高壓下對煤粉進(jìn)行濃相輸送試驗,率先給出了高壓超濃相彎管阻力特性，并對試驗數. 試驗值12t ●計算值據進(jìn)行分析,結合經(jīng)典兩相流理論,獲得相關(guān)經(jīng)驗公式。直管和彎管中固相壓降可分別由式(8)和式(9)計算:3|SP=λ始.e8)哈預測差壓kPaAP=AuR .些9)回水平管在高壓濃相氣力輸送中,入,與表觀(guān)氣速、煤粉.試驗值●.計算值的平均粒徑、管道直徑、氣相與固相密度等有關(guān)，即:E 12).=f(U,D ,g,P,.,d)9運用量綱分析法,得到:6λ=φP1p. r特r(11)通過(guò)對不同操作條件下的試驗數據進(jìn)行多元回°% 36 : 9121518預洲差壓AkPa歸分析,得到固相壓損系數:(b)垂直管水平管:(1230■計算值垂直管:20|15|(13)水平彎管:o05101520253035(14)預測差壓/kPa(e)水平彎管垂直彎管:0.試驗值(15)35-計算值5t圖10中將擬合公式預測的不同操作條件下壓損值與對應的試驗測量值進(jìn)行對比，發(fā)現上述經(jīng)驗森1st關(guān)系式的預測值與試驗結果吻合很好,最大相對誤o葉差在10%范圍內。05101520253035403輸送相圖預測差壓AkPa(d)垂直彎管典型的Zenz相圖如圖11所示,在A(yíng)點(diǎn)及更大圖10公式(12)-(15)預測壓損值與試驗值的比較的速度時(shí),流動(dòng)是稀相懸浮流,與重力相比,動(dòng)能占優(yōu)。如果減小氣體表觀(guān)速度,將達到B點(diǎn),此時(shí)流動(dòng)線(xiàn)。繼續減小氣體表觀(guān)速度,直至D點(diǎn),可能出現沙仍是稀相流，但一部分顆粒開(kāi)始從懸浮流中沉降下丘流、柱塞流,流動(dòng)變得異常復雜。顆粒與顆粒的相來(lái),在管道橫截面上存在固體的濃度梯度,即形成分互作中國煤化工用占優(yōu)。層流。繼續減小氣體表觀(guān)速度,將達到C點(diǎn),這一點(diǎn)IYHCN M H G用Rink的表達式:對應的表觀(guān)氣速稱(chēng)為分離速度(或跳躍速度),在此2 ("w1速度下,顆粒開(kāi)始與氣相分離,并沿管道底部滑動(dòng),uv=(4M.10^g" D(16)TP。形成移動(dòng)床。曲線(xiàn)CEF表示壓力損失最小點(diǎn)的連●6●電力建設第30卷參考文獻[6-11,17-18]進(jìn)行了高壓濃相煤粉氣1////o力輸送,獲得不同煤粉物性(例如含水率、粒徑和煤8txD(M)種)和操作參數(例如輸送壓力、總輸送差壓、流化風(fēng)量和充壓風(fēng)量等)對輸送穩定性及流動(dòng)特性的影響CB(0M)z=O規律,獲得相關(guān)輸送相圖。如圖13所示,在平均粒徑4300 pum ,G=1000kg/h,P=2.6 MPa下進(jìn)行輸送試驗，隨著(zhù)輸送速度V.的增加,△P,、AP,、APw.AP均呈現2458T1oV/(m--l先減小后略有增大的變化趨勢;在相同輸送速度下,團11 Zenz 相圍各管段的壓損依次為:OP>JPm>OP>AP。隨著(zhù)輸送式中:a=1 440d,+1.96;b=1 100d,+2.5。的增加，相圖的變化趨勢與經(jīng)典的輸送相圖變化趨參考文獻[2,20] 將試驗測出的分離速度值與勢類(lèi)似在垂直管中向上輸送時(shí),煤粉顆粒除了要克Rick公式進(jìn)行了比較,兩者的相對誤差較小。參考文服對輸送管壁的摩擦和沖擊以及煤粉顆粒之間的摩獻[21]利用試驗方法探討壓損最小時(shí)的經(jīng)濟速度，擦 和碰撞所引起的壓損外，還要克服煤粉重力所引研究物料的半徑、密度和顆粒外形對能量損耗最低起的壓損,所以垂直管壓損大于水平管壓損。當濃相時(shí)的噎塞速度。利用試驗數據和輸送相圖，獲得固體氣固兩相流流經(jīng)彎管時(shí)，煤粉顆粒受離心力的作用裝入比與Fr數之間的相關(guān)性,對相圖上的分離速度在輸送管路的外側壁附近滑動(dòng)，并與管壁反復沖擊進(jìn)行了研究,并與Rizk 公式進(jìn)行了比較,兩者的數而損失動(dòng)能,之后又需要對其進(jìn)行加速,因此彎管的據吻合較好。但是在管內固相濃度較低時(shí),由Rizk壓損要比相應的直管段大得多,雖然彎管長(cháng)度/直管公式計算出的數據偏離參考文獻[21,30]的試驗數長(cháng)度的比值為0.63, 但彎管壓損仍然大于直管段壓據。通過(guò)分析,參考文獻[21 ,30}認為, Rizk公式表明損。因垂直彎管有一部分管段為垂直向上輸送,因此了當M,趨于0時(shí),分離速度也為0,然而這與事實(shí)兩相流經(jīng)過(guò)彎管后，氣體需克服垂直管段中的煤粉不符,因此參考文獻[21 ,30]提出了一種新的計算分重 量所造成的壓損，所以垂直彎管的壓損大于水平離速度的思路，并且分析了物料粒徑對分離速度的彎管的壓損。因此各管段的壓損大小呈現上述次序。影響,結果如圖12所示。圖中dh為顆粒的粒徑;Fr,為氣體分離弗勞德數;q為顆粒的質(zhì)量流量。參考文35獻[22]獲得不同輸送條件下壓力脈動(dòng)的幅度和頻率分布規律。提出在典型的相圖中對應于最小壓力處答25:工sn的氣體速度處的波動(dòng)最小，獲得壓力變化軌跡與穩20、-AP定區域之間的聯(lián)系。參考文獻[23]為使氣力輸送達is|. .AP到最佳輸送狀態(tài),提出了兩種不同的優(yōu)化技術(shù)。參考4681012141618文獻[24]在內徑為15,20, 32 mm的管道中進(jìn)行輸送V/(m.s")試驗,考察操作參數對煤粉質(zhì)量流量、固氣比和表觀(guān)圈13不同管段的壓損特性速度等特征參數的影響，獲得低壓下特征參數隨試驗條件的變化規律，給出了基于試驗系統描述各參4濃相輸送的穩定性數之間相互關(guān)系的經(jīng)驗方程。濃相輸送系統安全可靠的供料對整個(gè)工業(yè)系統有著(zhù)至關(guān)重要的影響,如果輸送不穩定,將直接導致st14生產(chǎn)過(guò)程不達標,損壞工業(yè)設備影響后續工藝產(chǎn)品.的質(zhì)量,造成嚴重的經(jīng)濟損失,影響工藝流程的穩定心生產(chǎn)及安全運行。因此研究輸送的穩定性非常必要“1110●g=3kg/s和重要. q=8kg/s中國煤化工分體物料進(jìn)行輸送◆q=10kg/s試驗H;CNMHG方法在理論和試驗0.00020.00040.0006兩方面進(jìn)行了探討，提出了界定不穩定區域的方法d/m圈12顆粒粒徑對分 離速度的影響和穩定標準的新理論模型。并對遠距離大規模氣力第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述輸送設備設計、預測壓降等進(jìn)行了研究。試驗參數別。保證不同含水率下操作條件相同,以1m長(cháng)的水為:不銹鋼管,管直徑60.3 mm,管長(cháng)21 m,顆粒直徑平 管的差壓信號作為分析對象,進(jìn)行小波分析,并對4.7mm,顆粒密度897kg/m2,物料密度566kg/m3,如差壓信號進(jìn)行高頻消噪。如圖15和16所示,隨著(zhù)含圖14所示，邊界A為輸送的極限，這一極限受管水率的增加，差壓信號從平穩逐步變得呈大幅周期徑、輸送氣力的流量和壓力等參數的影響。邊界B波動(dòng),低頻波動(dòng)衰減,且逐漸向高頻傳遞。當含水率和C之間為不穩定區域,C和D區間內為穩定與不為3.24%時(shí),壓損信號比較平穩,波幅較小,波動(dòng)主穩定區域的過(guò)渡狀態(tài)，邊界線(xiàn)D后為穩定的懸浮要分布在低頻且幅度劇烈,而高頻波動(dòng)非常微弱。隨流,試驗結果與理論模型吻合良好。參考文獻22]獲著(zhù)含水率的增加,如圖15(b)和(c)中所示,低頻波動(dòng)得了不同輸送條件下壓力脈動(dòng)的幅度和頻率分布規減弱，高頻的波動(dòng)幅度加劇。當含水率增加到.律，提出在典型的相圖中對應于最小壓力處的氣體速度波動(dòng)最小，獲得壓力變化軌跡與穩定區域之間的聯(lián)系。參考文獻[28- -29]對濃相氣力輸送的水平管差樂(lè )信號進(jìn)行分析,得出了不同實(shí)驗條件下,差壓信號的能譜與尺度呈冪律關(guān)系,表明壓差信號存在分形特征，分形維數在1.2~1.5,與 充分發(fā)展的湍流慣性85區的能譜存在不同。分形維數越大,煤粉的流動(dòng)狀態(tài)6040<300400越復雜,輸送越不穩定。從濃相移動(dòng)床流區到沉積層部管°20<001002000山流區,混沌吸引子由大變小，關(guān)聯(lián)維數從1.5359減小(團) M=3.24%到1.0764。參考文獻[31]利用小波分析將壓力信號從時(shí)域空間轉變到時(shí)頻空間,對不穩定流動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)診斷和泄漏探測。參考文獻[32]采用多分辨小波分析對渦輪式氣力輸送系統的差壓信號進(jìn)行分析,0.1 t發(fā)現懸浮流和沙丘流的相同尺度上存在不同特征現象，探討流動(dòng)穩定性及流型與頻域特征參數之間的-02k60” 400聯(lián)系。參考文獻[33]考察濃相氣力輸送系統中物料30流動(dòng)的不穩定性，采用高速攝影與ECT分析流型,Rneo得到一致結果，同時(shí)還對管道中物料的濃度進(jìn)行功(6) M=4.28%率譜、互相關(guān)函數和混沌分析,結合ECT所獲得的0.4廠(chǎng)數據,得到不穩定輸送的特征。50--0.1-3o-60 a20- ,20，//.... . \(e) M=6.59%0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.090.4r空氣質(zhì)靖流# /lkg.s-)0.2圖14試驗結果與理論模型預測結果對比< of不同輸送條件下的差壓信號，攜帶了其特有的流動(dòng)特征信息。利用小波理論分析差壓脈動(dòng)時(shí)間序中國煤化工列，獲取差壓信號的時(shí)頻特征信息，進(jìn)而提取方差STD和能量E等特征信息,建立時(shí)頻信息與高壓濃.MHCNMHGr 300100小相輸送過(guò)程中兩相流流動(dòng)特性之間的聯(lián)系，引人方(d) M=8.18%差和能量,進(jìn)行定量分析,從而進(jìn)行輸送穩定性的判圖15不同含水率下的差 壓信號小波分析●8.電力建設第30卷8.18%,壁摩擦系數及內摩擦角增加,顆粒在料罐中分的能量和方差減小，高頻部分的能力和方差增大。.難以沿著(zhù)倉壁滑動(dòng),造成料倉內形成漏斗流,結成因此在變水分輸送過(guò)程中,當差壓信號能量、方塊狀的煤粉顆粒將從頂部坍塌下來(lái)進(jìn)入漏斗通道,差及波動(dòng)主要分布在低頻時(shí),表明此時(shí)輸送較為穩造成流動(dòng)通道變得不穩定，造成出料口流速不穩定、出料均勻、差壓波動(dòng)較小;當差壓信號的能量、方定,同時(shí)由于流動(dòng)通道內的應力變化,粉體密度變.差和波動(dòng)幅度在頻率段的數值減小，并且逐漸向高化很大,且高含水率的煤粉出現造?，F象,引起流頻段遷移時(shí),說(shuō)明此時(shí)輸送過(guò)程出現了不穩定狀態(tài),化困難,造粒后形成的大煤粉顆粒沿出料管流動(dòng)較輸送差壓波動(dòng)幅度加劇,出料變得不穩定。困難,引起發(fā)料罐出料不穩定,造成出料量不均的間斷流,輸送管路中的壓損如圖16(b)所示的周期脈沖信號。兩相流壓損信號波動(dòng)及其劇烈,且波動(dòng)幅度較大,如圖15(d)所示,此時(shí)壓損信號的波動(dòng)范圍自斗已經(jīng)擴展到整個(gè)頻率帶,各頻率帶的波動(dòng)幅度比較較近。.20paSP.>40201080SP,圖17不同含水率下各頻率段方 差分布1260rAP40100200300 400蘭20th間) M=3.24%36pAPm-29k3010010圖18不同含水率下各頻率段能量分布P,5濃相氣力輸送進(jìn)- -步研究的方向雖然目前開(kāi)發(fā)的氣力輸送裝置多為濃相氣力輸000 400送，但其輸送的機理和理論模型仍然沒(méi)有被人們所(b) M-8.18%掌握。東南大學(xué)在自主設計建造的試驗壓力可達圖16不同含水辜的差壓時(shí)間序列4.0MPa,輸送固氣比高達600kg/m'的輸送試驗臺如圖17和18所示，隨著(zhù)輸送煤粉含水率的增上進(jìn)行了煤粉物性(煤種粒徑和含水率等)和操作加，低頻的方差和能量降低，高頻的方差和能量增參數(輸送壓力、總差壓和風(fēng)量配比等)對輸送特性加。當煤粉含水率較低時(shí)，發(fā)料罐出料均勻且穩定,的影響規律,結合剪切試驗臺上獲得煤粉流動(dòng)特性,氣固兩相流流經(jīng)輸送管路時(shí)，顆粒與顆粒之間以及對高壓超濃相氣力輸送流動(dòng)機理進(jìn)行深人剖析,首顆粒與管壁之間的碰撞相對穩定，此時(shí)水平管的差次獲得了高壓超濃相氣力輸送彎管阻力特性。采用壓信號比較平穩且波動(dòng)主要集中在低頻部分，高頻量綱分析法擬合出相應的經(jīng)驗公式，率先進(jìn)行干煤帶幾乎沒(méi)有波動(dòng),分布相對比較平坦,因此此時(shí)高頻粉變水分氣力輸送，探究煤粉含水率對流動(dòng)特性的部分能量和方差的數據較大。隨著(zhù)煤粉含水率的增影響規律,獲得煤粉輸送過(guò)程中含水率極限;采用信加,煤粉的液橋力增大,附著(zhù)力及黏性力變大,煤粉息分析手段對滴動(dòng)信號進(jìn)行分析進(jìn)而判別流動(dòng)穩的出料開(kāi)始出現不穩定性現象,出料量時(shí)大時(shí)小,且定性中國煤化工動(dòng)形態(tài)進(jìn)行分析。密度和速度差異較大,造成輸送管路中兩相流濃度但無(wú)|YHCNMHG,仍然有待于繼及密度出現波動(dòng),輸送壓損出現如圖16(b)所示的波續深人，今后應該從以下幾個(gè)方面開(kāi)展細致的工作:動(dòng)現象,低頻波幅開(kāi)始衰減,高頻逐漸增強,低頻部.(1)濃相輸送過(guò)程中不穩定是其輸送方式的本第2期氣流床氣化爐煤粉濃相氣力輸送綜述.9●質(zhì)特征,但至今仍沒(méi)有獲得公認定量判別穩定性的neering and Technology 2007, 30(7): 926-931.方法,在穩定性判別方面仍需要進(jìn)--步的研究。[1] 梁財,陳曉平,蒲文灝,等.高厭濃相粉煤氣力輸送特性研究[J](2)雖然進(jìn)行了粉體物性對輸送影響的試驗研中國電機工程學(xué)報,2007 ,27(14):31-35.究,獲得了某些粉體物料對流動(dòng)特性的影響規律,但[12]陳利東,沈頤身.蒼大強.濃相氣力輸送的流型及穩定性判定[D是物料種類(lèi)繁多、性質(zhì)各異,目前關(guān)于物料特性(諸化工冶金,1998, 19(1):44- 49.如粉體粒徑、物料種類(lèi)及含水率等)對輸送特性影響[13]江洪，沈頤身.水平氣固兩相高依度輸送流動(dòng)機理I化工冶的內部機理仍然沒(méi)有完全掌握。金,1994, 15(2):240-246.(3)不同流動(dòng)形態(tài)下的流動(dòng)模型差異較大,對不[14] 沈頤身，洪江，問(wèn)建剛.粉體高濃度輸送相圖[I化工冶金，同流動(dòng)形態(tài)下的理論模型的認識遠遠不足。1996.174);:356-359.(4)濃相輸送給料量連續及穩定調節的相關(guān)設[15] Hyder L M, Bradley M s A, Reed A R, et al. An ivestiation into備及方法仍沒(méi)有被人們掌握,需要進(jìn)行相應的研究。the eflet of particle sie on straight -pipe presure grndients in(5)濃相氣力輸送中測量的方法及精度也是制lean-phase conveying []. powder technology, 2000, 112 (3):235-約濃相氣力輸送發(fā)展的一個(gè)重要因素,在濃相氣力輸送測量方法及精度方面仍需要做大量細致的工[16) Canesan v, Muthuarappan K, RoentraerK A. Flow prper作。ties of DDCS with varying soluble and moisture contents usingjenike shear tetingJ]. Powder Technology, 208.187();130-137.6參考文獻[17] 謝曉旭,沈湘林.湯雪美,等.煤粉流動(dòng)特性若干影響因素的研[1] Dixon G, Simms C. Private Communication, ICI Plastie Division[M].兗[].煤炎學(xué)報20.3():85-88.8Herts, u. k, 1978.18] 槊財趙長(cháng)遂,陳曉平,等.高壓濃相變水分堞粉輸送特性及香2] Geldart D, L.ing s J. Dense Phase conveying of fine coal at high total農信怠嫡分析[J].中國電機工程學(xué)報,2007 ,27(26);40 -45.pressure[J]. Powder Technology, 1990, 62(3):243. -252.19] Konrad K. Dease-phase pneumatic conveying; A reriew[] Pow-3] Pan R. Material properies and flow modes in pneumatic conveyingder' Tchnology.1986.491);1-35.[D]. 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Theresearch results in high -pressure pneumatic conveying by Southeast University, flow characteristics of denee -phase pneumatic conveying areinvetigated. Finally, future research contents of dense -phase pneumatic conveying are suggested.[Keywords] pneumatic conveying; dense -phase; powder property; resistance; phase diagram; stability(責任編輯:何鵬)中國工程院對我國可再生能源發(fā)展方向提建議[本刊訊]近日,中國工程院發(fā)布《中國可再生能源發(fā)展戰略研究》叢書(shū),對2050年前我國可再生能源發(fā)展方向提出建議?！爸袊稍偕茉窗l(fā)展戰略研究”重大咨詢(xún)項目組長(cháng)、中國工程院副院長(cháng)杜祥琬院士在叢書(shū)發(fā)布會(huì )上表示,我國可再生能源開(kāi)發(fā)利用必須遵循以下原則:符合我國能源發(fā)展的戰略需求,大規模地替代化石能源、減少碳排放、降低能源對外依存度;資源相對豐富,有可靠的資源保障能力,可以大規模開(kāi)發(fā)利用;技術(shù)成熟或有成熟發(fā)展的趨勢，可以實(shí)現商業(yè)化或具有商業(yè)化發(fā)展前景;經(jīng)濟合理和環(huán)境友好，符合可持續發(fā)展的總體要求。杜祥琬指出,未來(lái)我國可再生能源的發(fā)展方向可以概括為:(1)重點(diǎn)發(fā)展發(fā)電技術(shù)。近、中期主要大規模發(fā)展水電、風(fēng)力發(fā)電,適度發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電,中、遠期積極發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電、因地制宜地發(fā)展太陽(yáng)能熱發(fā)電、深層地熱發(fā)電和海洋能發(fā)電,達到大規模替代煤炭等化石能源,為改善能源結構和減排溫室氣體做出重要貢獻。(2)積極穩妥地發(fā)展生物質(zhì)液體燃料和生物基工業(yè)制品替代石油。近期發(fā)展技術(shù)較成熟的以木薯、甜高.粱等為原料的燃料乙醇,中、遠期利用農林廢棄物等纖雛素類(lèi)生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇等第二代生物燃料,以及生物塑料和化工產(chǎn)品,大規模替代石油制品,為減少石油對外依存度做出一定的貢獻。(3)因地制宜地發(fā)展可再生能源熱利用和燃氣技術(shù)。近其中國煤化工、地源熱泵、地熱采暖和制冷技術(shù),中遠期積極研究和發(fā)展太陽(yáng)能采暖、制冷等:YHCN MH G電熱利用技術(shù)等,為改善城鄉人民生活,特別是農村居民生活用能條件做出較大貢獻。