第７卷第４期 环境污染治理技术与设备 ２ ０ ０ ６年４月Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａ—ｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏ—ｎｍｅｎｔａｌ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｏ１．７，Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２ ０ ０ ６ 密相流态化气力输送技术的工业试验研究 苟剑锋 曾正中 张明泉 李 刚。 （１．兰州大学资源环境学院环境科学与工程系，兰州７３００００；２．兰州交通大学机电工程学院，兰州７３００７０） 摘 要对燃煤电厂密相流态化气力输送系统的不同工况进行１：１工业试验研究。在不影响粉煤灰正常输送的前提 下，采集系统核心部件仓泵的压力曲线及数据，对其进行分析。研究认为，仓泵的设计压力至少可以降低为０・８ ＭＰａ，并对 管路系统提出改进方案，为密相流态化气力输送的设计和运行提供参考依据。 关键词气力输送密相流态化仓泵试验 中圈分类号Ｘ７０５ 文献标识码Ａ 文章编号 １００８－９２４１（２００６）０４－０１４１－０４ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｅｎｓｅ－ｐｈａｓｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｇｏｕ Ｊｉａｎｆｅｎｇ Ｚｅｎｇ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｍｉｎｇｑｕａｎ Ｌｉ Ｇａｎｇ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｎｓｅ－ｐｈａｓｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｌａｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｉｅｒｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｗｉｔｈｏｕｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ａｓｈ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ａｎｄ ｍａｄｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ０．８ ＭＰａ ａｔ ｌｅａｓｔ， ａｎｄ ａｎ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｌａｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｎｓｅ—ｐｈａｓｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ；ｄｅｎｓｅ－ｐｈａｓｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 气力输送是一项利用气体能量输送散状固体颗 粒物的有效技术，广泛应用于水泥、冶金、化工、电力 等行业。燃煤电厂于２０世纪４０年代开始利用气力 输送技术对粉煤灰进行输送。由于此项技术有利于 粉煤灰的综合利用，并且能够节约场地、减少环境污 染以及节约水资源等诸多优势，受到世界各国燃煤 电厂的广泛重视。到目前为止，绝大多数新建、扩建 和改建燃煤电厂都采用气力输送技术。 密相气力输送技术，由于其能耗低、灰气比高和 流速低等特点，作为一种更优越的气力输送技术，正 在被越来越多的燃煤电厂采用¨ Ｊ。密相流态化气 力输送系统，是利用流态化技术使散状物料呈流态 化状态的正压气力输送系统，这种技术更加注重实 用性和能耗指标的先进性，系统的输送距离超过 １０００ ｍ，灰气比可大于３０—５０ ｋｓ／ｋｇ，在１１００ ｍ当 量长度上仓泵的电耗量低至０．００１８５ ｋｗｈ／ｔ・ｍ ， 整个系统能够长期稳定运行。 气力输送试验研究大多是建立在试验台基础之 上的研究Ｈ ，而本文作者是针对密相流态化气力 输送系统在燃煤电厂实际运行时进行的１：１工业试 验研究。利用设在总控制室的控制系统，在不影响 粉煤灰正常输送的前提下，根据不同工况采集系统 核心部件仓泵的压力曲线及数据，对其进行分析研 究，确定影响气力输送的因素，使其更具有参考价值 和实际意义，为密相流态化气力输送的设计和运行 提供参考依据。 １ 系统概况 某燃煤电厂气力输送系统，所用静电除尘器为 双室三电场，在每一电场２个灰斗中间布置一台 ２．５ ｍ 密相流态化仓泵。每个电场灰斗内飞灰通 过插板阀、电动锁气器送入仓泵，由仓泵将飞灰送入 灰库。系统输送能力１２ ｔ／ｈ，输送当量长度１８００ ｍ， 收稿目期：２００４—０９－３０；修订目期：２００５一ｏ３一ｏ２ 作者筒介：苟剑锋（１９７２一），硕士，工程师．主要从事污染治理与生 态恢复方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｏｕｊｆ＠ｈｕ．ｅｄｕ．ｅｎ
气力输送整理
依据颗粒在输送管道中的密集度，气力输送工程师理解认为气力输送可以分为分为：
①稀相输送：固体比率低于1-10kg/m3，动力气体速度较高（约18～30m／s），输送距离基
本上可以达到300m左右。对于现在成熟设备的动力泵来说，输送行为容易操作且没有机械
传动组件，没有什么输送压力，免维修和维护！
②密相输送：固体比率10-30kg/m3或固气比大于25时。操作气体速度较低，将比较高的气
压压送来气力传输。现在成熟设备的仓泵，输送的距离可以达到500m以上，适合较远距
离的输送。由于此设备的阀门较多，电气动设备多。输送压力强度高，用来传输的管道需要
使用耐磨材料，以及采用间歇充气罐式密相输送。是将输送的悬浮物分批装入压力罐，再通气将其吹松，等到罐内达到一定压力的时候，开启放料阀，将悬浮物料吹入输送管中进行输
送。脉冲式气力输送是把一股压缩气体通入压缩罐，将悬浮物料吹松；另一股频率为20～
40min-1脉冲压缩气体流吹输料管进口，在管道内出现交替排列的分段料柱和分段气柱，借
助气体压力推动前进。
③负压输送：气力输送管道内压强比大气压小，采用自己吸进物料的方式，但是必须在负压
下面卸载输送的物料，输送距离不长；优点：设备投资、负荷较小。缺点：运行速度高，管
道受损严重，造成无法察觉漏洞的现象！在水平管道中稀相输送时，流速应该比较高，使分
散颗粒悬浮在气流中。流速减小到一个一定的临界值时，颗粒会在管壁下部开始沉积。这个
临界气体流速被称为沉积速度。这是稀相水平输送时气速的下限速度。操作气体流速低于此值时，管内大量沉积物料颗粒，流道的横截面积减少，在沉积层上方气流只会按照沉积速度
流行。在垂直管道中做向上的气力输送，气流速度比较高的时候，物料分散悬浮在气流中。
在物料颗粒输送量恒定时,减小气体流速,管道中固体含量会随之发生正变的改变。当气速降
低到某一临界值时，气流就不能使密集的颗粒均匀地分散,颗粒聚集成柱状,产生腾涌现象(见
气力输送系统流动特性CFD模拟分析
摘 要
管道气力输送是方兴未艾的新学科和边缘学科,它是利用有压气体作为载体在密闭的管道中达到运送散料或成型物品。粉体的气力输送是利用气体为载体,
在管道或容器中输送粉体物料的一种方法, 在气力输送中, 混合介质是气体和粉粒体, 一般使用的气体是空气, 当要求输送的物料不能被氧化时, 使用氮气或惰性气体, 因而属于气固两相流。
本课题采用以实验为主，以理论分析和数值模拟为辅的方法，系统研究T型分支管道气固两相流输送系统中，整体升扬管道高度对管道内流体变化的流动特性的影响。后来为了模型更接近实际，本文绘制的T管道模型接近实验管道，主要是模拟分支管道内部流体情况，模拟输送过程中的一种情况并与实验结果对比。本文主要对气固两相流管网输送的产生历史、国内外发展状况、基本原理和应用等内容进行了较详细的介绍，同时对本课题的研究意义及前景进行详细论述。在水平T型分支管道中，用压缩空气作为输送介质，在保持气体流量分别为60 m3/h和0.22 Mpa，分别改变发送压力和流量，对流体流动特性的变化情况进行分析和研究。
关键词：气固两相流；管网分流；压降；流体流动特性 Abstract
Pneumatic conveying pipe is a new discipline's burgeoning and the edge
discipline, it is used as a carrier gas pressure in the closed pipeline to transport bulk or
molding items. Powder pneumatic conveying is the use of gas as the carrier, in a pipe
or container conveying of powder material is a kind of method, in the pneumatic
流态化现象概述
流态化(fluidization)现象是指固体颗粒在流体（气体或液体）的作用下悬浮在流体中跳动或随流体流动的现象。在自然界中，如河流的泥沙夹带、沙丘的自然迁移等，从广义来说都是一种自然界的流态化现象。农业中对谷物进行的风选和矿业采金进行的浮选都是一种人工的流态化现象。除此之外，流态化技术在工业中的应用就更加广泛。能够实现流态化过程的设备称为流化床或沸腾床，例如流化床锅炉，能使颗粒煤在空气中悬浮燃烧用以产生蒸汽；流化床苯酐反应器，利用铁钼催化剂在流化介质中悬浮，使萘与氧反应产生邻苯二甲酸酐；流化床干燥设备，采用流化态方法干燥颗粒物料；流化床气化设备，采用流态化方法使煤粒颗粒在缺氧下燃烧产生煤气等。上述的一些工业设备由于要达到不同的目的或生产不同的产品，虽然同属于流化床设备，但其结构各有不同。
流态化现象可以由气体和固体颗粒、液体和固体颗粒以及气体与液体和固体颗粒组成，即所谓的气—固流态化、液—固流态化和气—液—固流态化。其中以气—固流态化在工业中应用最多。
在垂直容器中装入固体颗粒，并由容器的底部经过分布板（带有多孔的板）通入气体（见图1）。起初固体颗粒静止不动，此时为固定床状态。如图1（a）所示。随着气体量的不断增加，当气体流速达到某一数值时，颗粒开始松动，此时气体的表观流速（空塔速度）即为起始流化速度（临界流化速度，critical fluidized
velocity），通常以umf表示，床层表现为临界流化态，见图1(b)；继而，随气速的增加，床层开始膨胀并有气泡形成，此时为流化床状态，气泡内可能包含有少量的固体颗粒成为气泡相(babble phase)，气泡以外的区域成为乳相(emulsion
phase)，这种流化状态称为聚式流态化(aggregative fluidization) ，由于床层内有气泡产生形成所以也称为鼓泡床(bubbling fluidization bed)，见图1(d)，由于床层内没有气泡形成则称为散式流态化(dispersed fluidization)，或称为平稳床(smoothly fluidization bed)，见图1(c)；随着气体速度的再增加，当达到终端速度(terminal velocity)ut时，颗粒就会被气流带出容器，这种现象称为扬折(elutriation)，或气力输送(pneumatic transport of solids)，如图1(g)所示，最终颗粒会被气体全部带出容器。 由聚式流态化形成的鼓泡床由于气泡的产生，致使气—固表面接触恶化，不利于固体颗粒表面的反应，使得反应器的效率降低。要改善这种状态必须在反应内设置构件，用以破坏气泡。
