[doc] 石灰石粉密相气流输送中试研究

[doc] 石灰石粉密相气流输送中试研究 石灰石粉密相气流输送中试研究 2003年第22卷第11期 化工进展 CHEMI(‘ALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS?l2l3? 石灰石粉密相气流输送中试研究 杨腾 (中国石化股份有限公司金陵分公司研究院,南京210046) 摘要用石灰石粉进行长度分别为62ITI和167m两种不同输送距离,管径为80mm的中试研究,通过获得的 有关水平管,垂直管,弯管的压降数据及不同输送距离条件下的固气比数据,提出了密相技术输送这种粉料的 压降的关联式和固气比关联式,再通过计算程序,可以较好地模拟实验过程,说明所获得的计算关联式可以用 于石粉输送的工艺设计,为石粉的输送工程设计奠定了基础. 关键词石灰石粉,气流输送,研究 中图分类号TQ022.3文献标识码A文章编号1000—6613(2003)11—1213—04 随着国民经济的发展和国家对环境保护力度的 加大,将会有越来越多的火力电厂需要对燃烧尾气 进行脱硫处理.通常脱硫技术分干法脱硫和湿法脱 硫两种,其中干式脱硫主要是采用气流输送技术运 送石粉,并均匀加入炉膛,使煤燃烧生成的硫氧化 物与石粉的分解产物形成硫酸钙固体,留在煤渣之 中,从而大大减少SO>的排放. 由于气力输送属于多相流范畴,对于不同的物 料,不同的输送量及不同的输送距离,目前还没有 成熟,通用的设计准则.虽然一些研究人员在逐步 开展气流输送的计算机数值模拟方面的工作_1j, 国内设计单位也在寻求气流输送的科学的设计方 法j,但从实际工程设计过程来看,在很大程度 上还依赖于实验. 气流输送是指在管道中借助空气的能量(动压 或静压能)使物料按指定的路线进行输送的方式. 近数十年来,气力输送技术发展迅速,其特点之一 是新的低速,高浓度输送装置(例如栓流气力输送 装置)形式不断出现,如1969年英国Warren— Spring实验室建立了第一条脉冲气刀式气力输送装 置_2J.目前,许多发达国家已有专门成批制造气 力输送装置的工厂. 密相气力输送较低压稀相气力输送的优点是: 固气比高,耗气量小,后处理除尘设备简单;流速 低,物料不易磨损,输送管道的磨损小.由于密相 气力输送有其明显的优越性,目前正日益得到广泛 的应用. 本文作者及合作者通过对石灰石粉的输送实验 研究,获得该物料的固气比,压力降的计算关联 式,为工程设计奠定了必要的基础. 1实验装置简介 中国石化股份有限公司金陵分公司研究院粉体 工程室拥有接近工业规模的大型密相气流输送试验 装置,是专门从事气流输送的研究部门,并配备先 进的测试和自动控制系统,具备进行大型气流输送 试验的条件. 其特点是:?输送实验线属工业规模,拥有输 送最大距离1701TI,输送管径达80mm,输送高度 为141TI的实验线;?可以测试水平,垂直,水平 弯头,垂直弯头等输送压力降,可以测量输送量, 耗气量;?实验装置可进行60rrl和1701TI两种不 同输送距离的输送实验;?测试采用计算机采集数 据和PLC自动控制;?拥有物性测试仪器可以测 量内摩擦系数,壁摩擦系数,容重,粒径,堆积角 等特性. 1.1脉冲气力输送的基本原理 实验装置采用脉冲栓流技术,如图1所示,当 发送罐 \ 图1脉冲气力输送装置流程示意图 收稿日期2003—08—26;修改稿日期2003—09—27. 作者简介杨腾(1965一),男,总工程师,高级工程师,主要从事 气流输送,化学工程与设备的技术开发及应用.电话025— 5562921;E—mailyangteng@mail.jlpec.com. 化工进展2003年第22卷 粉粒料由压缩空气从发送罐底部压人管路之后,紧 接着管路人口附近加入一股脉冲式的气流,将流动 着的料层切割成由料栓和气栓相间的流动系统. 通常的稀相气力输送,主要是利用气流将粉粒 料悬浮起来,然后将它带走.其过程是以较均匀的 两相流形态进行的,耗气量大.在脉冲气力输送的 整个过程中,物料在管内以栓流状流动,每个料栓 前后的压力差推动料栓前进,所需空气量较小,但 空气压头较高.实验数据表明:料栓的空隙率e通 常比堆积空隙率e要大,料栓充气程度越高,料 栓的空隙率e越大,单位长度的料栓压降减小.因 此,随着料栓长度的增长,物料压得实,空隙率下 降,压力降明显增加[引.脉冲气力输送是以气体 把料栓割短,同时对料栓充气,使得全程压力降不 至于太高. 1.2实验装置组成 (1)气源部分螺杆压缩机,缓冲排油罐,气 液分离器,干燥器,空气缓冲罐,拉乌尔喷嘴(流 量稳定系统). (2)发送,输送部分发送罐,气刀,管道, 吹扫管线,其中输送距离为60m和167m,输送 高度为15m,管径DN80mm. (3)集料,尾气回收系统集料仓,袋式除 尘器. (4)测量部分测水平压降,垂直压降,水平 弯压降,水平转垂直弯头压降,发送压力,气刀压 力,总气量,气刀气量;固体物料输送压降是通过 布置的压力传感器测得,固体输送量则是通过料仓 称重传感器测得. 2实验结果和讨论 2.1物料的基本物性 由表1可见,这种物料内摩擦角大于壁摩擦 角,满足气力输送的前提条件. 表1石灰石粉基本物性 内摩擦角a 壁摩擦角口 真实密度/kg?m 堆积密度/kg?m. 平均粒径/tma 52. 47. 2663 1284 503.6 2.2实验结果 实践证明,只要工艺参数选择得当,输送方式 安排合适,这种物料在总长60m和167m,管径 为80mm的管线上都可以采用密相气流输送平稳 高效地进行输送,固气比>15,是典型的密相输 送.作者及合作者进行了多次重复性实验,重复性 比较好. 2.3堵料原因及处理方法 在实验过程中,发现如果操作参数选取不当, 工艺选择不当或有些设备故障都会引起堵管,比如 发送压力过低,气刀打不开,料时气时比过大等, 会引起堵管.但只要工艺选择得当,通常情况下是 不会发生堵管的. 3压力测量和过程模拟 3.1压力测量与计算式 由于实验装置的管线上布置了水平段,垂直 段,水平弯头,水平转垂直弯头,倾斜管段的压损 测量,结合有关压损模型,得出以下相应的压损计 算式. 两相流动压力波动较大,以压力时间平均值作 为计量值. 气固两相流压力降模型通常分为两类:附加压 力降模型和栓作用力平衡模型.作者及合作者此次 运送物料属于动压密相气力输送,经过检验用附加 压力降模型比较合适. (1)水平直管的压力降?P可用式(1)计算: 1『2 AP1AP+AP(+”认.)万LVaPg(1) 式中D——输送管内径,m; L——输送管长度,m; /7’/——固气比(固体物料与输送气体质量 比).kg/kg; AP——纯空气压力降,N/m; AP——因存在固体而引起的附加压力降, N/m: —— 空气的实际流动速度,m/s; —— 纯空气的摩擦系数; —— 附加摩擦系数; P——空气密度,/m.. 其中,是气体佛鲁德数F厂的函数,=&Fr, 即 Fr=V/ 经过数据回归,得到石灰石水平压降系数为 &=0.6128,b=一1.44. 由图2可以看出,水平压降计算式计算结果与 第11期杨腾:石灰石粉密相气流输送中试研究?1215? 30 25 20 辇15 嚣10 5 图2水平压降对照图 测量值吻合. (2)垂直管的压力降?P,可用式(2)计算: r,,2 AP2=Ap+Apm+?PH=(+.)’芳×产pg+kpbgH (2) 式中g——重力加速度,m/s; H——提升高度,m; 是——垂直压降系数; ApH——因水平标高变化而引起的附加压力 降,; 10d——气固两相拟均相密度,kg/m. 通过数据回归,石粉垂直管的压降系数k 为1.75. (3)弯管的压力降?P可写为 r,,2 &P3(+m2)l0gK(3) 式中D——管径,m; K——弯管系数; L——弯管长度,m. 本实验装置的弯管半径与管径的比值为10, 弯管系数K回归值为3.3. 作者及合作者通过实验数据结合上述压力计算 模型,可以得到相应的系数.再对全系统进行压力 校核,图3是输送距离为62m,管径为80rain, 石灰石输送量为27.9t/h的沿程压降的测量值和模 拟计算值对照图(其中实验的固气比为32,7,模拟计 算的固气比为34.8).从结果来看,令人满意. 输送距离/n1 图3沿程压降图 3.2固气比关联式 陈维杠等[]通过收集18种物料的单条输送线 的数据,得出的粉料的固气比经验关联式为 ?=227(/G)../L.(4) 式中G——输送起始段气体质量流速, kg/(s?m2); L——输送距离,m; 10b——固体物料堆积密度,/m3. 作者及合作者所进行的中试两条实验线的数据 经检验满足这一关系式. 3.3设计计算框图 有了压降的计算关系式和固气比的关联式,利 用作者的设计计算框图(见图4)l,就可以编制气 流输送的工艺设计的计算机程序. 图4设计计算框图 是 打印 有了压降和固气比关联式及合适的料栓起始速 度,按照上述设计计算框图,就可以利用模拟系统 进行密相气力输送工艺设计计算.表2是模拟计算 与实验的一组结果对照. 表2模拟计算结果与实验结果对照表 项目输送距离为60m输送距离为167m 实验值计算值实验值计算值 输送量/t?hI1 发送压力Pa 耗气量/m 固气~L/kg?kg 27.9 0.342 659.7 32.7 27.9 0.342 620.0 34.8 14.1 0.381 631.8 17.3 14.1 0.396 624.1 17.5 由表2可见,用实验得出的石灰石粉的压降关 联式和作者的设计计算方法能够较好地描述实际输 ? 1216-化工进展2003年第22卷 送的情况,为这种物料的工程设计奠定了基础. 4结论 用密相输送的方法可以平稳地运送石灰石粉 料,通过在直径80mm,长度分别为62m和167 m,垂直输送高度15m的管线进行气流输送实验, 数据处理后获得了该物料的压力降计算式,同时也 验证了现有的料气比经验关联式.通过系统核算, 表明所获得的关联式能够较好地描述石灰石粉输送 的实际情况,为该物料的工程设计奠定了基础. 参考文献 1TsujiY,TanakaT,IshidaTlJjPozzerTechnology,1992 7l:239,250 2周国琪.[J]化学工程,1995,(1):67 3黄标.气力输送[M].上海:上海科学技术出版社,1984 4陈维相,曾耀先.[J]化学工程,1980,(3):45 5杨腾.[J].硫磷设计与粉体工程,2001,(1):49 PneumaticConveyingResearchofLimestone——powderinDensePhase YangTeng (JinlingCompanyResearchInstitute,SINOPEC,Nanjing210046) AbstractThroughtheresearchofpilotplanofconveyingwithlimestone—po wderintwodifferentpipelength, ThediameteroftheconveyingpipeiS80InlT1.Thedistancesofthetestare62mand167m.Thedatesof pressureandofweightratioofsolidtogascanbeobtained.Themeasurementsofpressureinvolveinlevelpipe, verticalpipeandbowpipe.Thecalculationformulasforthemainparametersofthiskindofmaterialhavebeen submitted,bywhichtheconveyingprocesscanbesimulatedpreferably.Thisworkestablishsthebaseof designingofpneumaticconveyingonthelimestone—powder. Keywordslimestone—powder,pneumatic—conveying,research (编辑奚志刚) PIIlI’I……’h’?.iiiil-ii…’I?”Ii-…I……h.-”.h.1l1.Ir?’?h”nlh.”I.ll?..…Il-Ih?”II…’ll?’.’l?IhIIn?.”IhIIIIhIIIInlPiIIIIn ? 求购信息? 联系单位:石家庄工大化工设备有限公司联系人:董伟志联系电话:0311—6213184 传真:0311—6042273通讯地址:(0500儿)河北省石家庄市范西路46号E—mail:gdgz@heiKo.net