粉煤灰干式充填氣力輸送探究范文

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《煤礦開(kāi)采雜志》2014年第三期

1實(shí)驗(yàn)描述

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)在不同輸送狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)的觀測(cè)及對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析和處理，發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)中的普遍規(guī)律，確定輸送過(guò)程中的最優(yōu)參數(shù)及最佳系統(tǒng)配置。實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)為輸送距離、進(jìn)氣量和輸送壓力。實(shí)驗(yàn)選擇的參量分別對(duì)應(yīng)200m，400m，600m的輸送距離，進(jìn)氣孔為恒定的45mm，壓力為100kPa，120kPa，140kPa，160kPa，180kPa，200kPa的條件下分別進(jìn)行，并記錄數(shù)據(jù)。另外，實(shí)驗(yàn)使用ECT系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1開(kāi)泵壓力對(duì)系統(tǒng)出力的影響實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)出力是指在一定的輸送距離下，氣力輸送系統(tǒng)能夠輸送多少粉煤灰，用m表示，單位為t/h。將每組實(shí)驗(yàn)中3次實(shí)驗(yàn)的出庫(kù)灰量的平均值作為每次運(yùn)行工況的固體質(zhì)量，根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的時(shí)間，計(jì)算出每小時(shí)運(yùn)行次數(shù)，其與累計(jì)流量的乘積即為本工況下的系統(tǒng)出力。圖2所示為進(jìn)氣量為45mm孔即系統(tǒng)位于高速區(qū)時(shí)，在不同輸送距離情況下，開(kāi)泵壓力與系統(tǒng)出力的變化曲線。由圖2可知，輸送長(zhǎng)度為200m時(shí)，出力最大，最大可達(dá)到14.66t/h;隨著開(kāi)泵壓力的增大，系統(tǒng)出力在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，但基本保持不變。輸送長(zhǎng)度為400m時(shí)，出力處于中間水平，波動(dòng)較小，輸送穩(wěn)定。輸送長(zhǎng)度為600m時(shí)，出力最小，隨著開(kāi)泵壓力的增大，系統(tǒng)出力呈逐漸減小的趨勢(shì)。

2.2開(kāi)泵壓力對(duì)料氣比的影響實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)的料氣比是指在一定的輸送距離下，系統(tǒng)輸送的固體的質(zhì)量流量與消耗的氣體的質(zhì)量流量之比，用μ表示，單位為kg/kg。料氣比反映了系統(tǒng)輸送的能力和效率。圖3所示為進(jìn)氣量為45mm孔即系統(tǒng)位于高速區(qū)時(shí)，在不同輸送距離情況下，開(kāi)泵壓力與料氣比的變化曲線。由圖3可知，輸送長(zhǎng)度為200m時(shí)，料氣比最大，最大值可達(dá)21.42kg/kg，隨著開(kāi)泵壓力的增大，系統(tǒng)料氣比呈波浪式增加的趨勢(shì)。輸送長(zhǎng)度為400m時(shí)，隨著開(kāi)泵壓力的增大，料氣比有增大的現(xiàn)象并在出現(xiàn)了峰值后減小，與系統(tǒng)出力圖變化趨勢(shì)相似，仍是輸出穩(wěn)定，其料氣比大于輸送長(zhǎng)度為600m時(shí)的料氣比。輸送長(zhǎng)度為600m時(shí)，料氣比最小，隨著開(kāi)泵壓力的增大，料氣比有增大的趨勢(shì)并出現(xiàn)了峰值后減小的趨勢(shì)。這是由于在400m時(shí)，在各種耦合條件下，稀相達(dá)到了穩(wěn)定。也可推斷出在200m時(shí)為不穩(wěn)定的稀相，600m為向濃相的過(guò)度階段，數(shù)據(jù)有跳躍現(xiàn)象。綜合圖2，圖3可知，開(kāi)泵壓力對(duì)出力、料氣比的影響不大。

2.3壓降的變化規(guī)律圖4為通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣管道的長(zhǎng)度(分為3種情況)，在不同的開(kāi)泵壓力下管道壓降的變化曲線。由圖4可知，在相同的輸送長(zhǎng)度下，系統(tǒng)壓降值隨著開(kāi)泵壓力值的增大而增大(個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)誤差)且在140kPa的開(kāi)泵壓力下壓降值最小;而在相同的開(kāi)泵壓力值下，減小輸送長(zhǎng)度使得管道壓降降低，增大輸送長(zhǎng)度使得系統(tǒng)壓降增高。這與理論系統(tǒng)的管道壓降是一致的。因此，通過(guò)減少輸送距離可以減小輸送過(guò)程中的系統(tǒng)壓降，提高工作效率。

2.4氣體表觀速度對(duì)單位壓降的影響圖5為輸送距離200m時(shí)，不同的開(kāi)泵壓力Pr下單位壓降與氣體表觀速度的關(guān)系。由圖5可以分析出氣力輸送中相態(tài)，即可確定經(jīng)濟(jì)流速線。圖5中只有在開(kāi)泵壓力為120kPa時(shí)出現(xiàn)了拐點(diǎn)，即經(jīng)濟(jì)速度點(diǎn);在其他的開(kāi)泵壓力下都是上升的平滑曲線，都處于稀相，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)速度點(diǎn)。對(duì)于不同距離下的氣力輸送系統(tǒng)，氣固兩相流的流動(dòng)差異變化較大，各自的流動(dòng)規(guī)律均不能在所有的情況下通用，需要獨(dú)立分析和研究。因此可以確認(rèn):在輸送距離為200m的情況下，系統(tǒng)的料氣比、出力較大，并且系統(tǒng)的壓力損失較小，是理想的輸送長(zhǎng)度。

2.5電容層析成像系統(tǒng)(ECT)監(jiān)測(cè)分析

2.5.1電容層析成像系統(tǒng)采用電容層析成像系統(tǒng)在氣力輸送系統(tǒng)內(nèi)部流態(tài)復(fù)雜多變，常規(guī)的測(cè)量方法只能對(duì)流速、密度和壓力進(jìn)行測(cè)量。利用電容層析成像技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)全程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可更多地了解氣固兩相流中各相布的具體情況，特別是管道內(nèi)部流態(tài)的實(shí)時(shí)變化及測(cè)量［5］。實(shí)驗(yàn)共布置ECT系統(tǒng)2套，分別位于距離發(fā)送器約150m處的DN100管道上部和約350m處的DN125管道上部。該系統(tǒng)一方面可以實(shí)時(shí)觀察和監(jiān)控DN100和DN125管道內(nèi)的氣固兩相流流動(dòng)狀態(tài)，并通過(guò)圖像分析系統(tǒng)的運(yùn)行分析相關(guān)特征和規(guī)律;另一方面可對(duì)管道內(nèi)的固相含率β(固相含率，是指在管道截面內(nèi)固相所占的比率，是衡量輸送效率的一個(gè)重要指標(biāo))進(jìn)行測(cè)量，并分析相關(guān)運(yùn)行規(guī)律。圖6為ECT系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，主要包括電容陣列傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和圖像重建系統(tǒng)3個(gè)部分［6］。固相含率測(cè)量原理為像素值在像素中對(duì)應(yīng)為等效介電常數(shù)，因此，固相含率可由簡(jiǎn)單的平均重建圖像像素值獲得。

2.5.2ECT系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.5.2.1固相含率分析根據(jù)固相含率的定義可知:空隙率=1－固相含率，即空隙率的變化規(guī)律與固相含率的變化規(guī)律恰恰相反。圖7為DN100ECT傳感器截面1和截面2的固相含率隨時(shí)間的變化曲線。由圖7可知，2個(gè)截面的固相含率變化趨勢(shì)基本相同，僅在局部數(shù)值上有一定差異。這是由于兩截面相距僅160mm的緣故。曲線整體變化較為平穩(wěn)，趨勢(shì)為由0到最大值，然后保持相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明此時(shí)物料正由管道的始端向末端輸送。輸送開(kāi)始后，氣固兩相流由發(fā)送器到達(dá)傳感器截面1需要約11s。此時(shí)，含率值快速增大并逐漸上升。在輸送過(guò)程中曲線以波狀變化為主，呈脈動(dòng)狀。在輸送過(guò)程中固相含率值多在0.05～0.15范圍內(nèi)波動(dòng)，偶爾出現(xiàn)峰值，其最大值接近0.3，波狀流的振幅不大;同時(shí)可以看到，固相含率的峰值較為一致，而且上下相差不大，這說(shuō)明輸送過(guò)程穩(wěn)定。

2.5.2.2實(shí)時(shí)圖像分析圖8為縱截面上氣固兩相流隨時(shí)間變化的規(guī)律。圖9為橫截面上氣固兩相流的實(shí)時(shí)濃度分布圖像。圖9中有每隔25ms截取的一個(gè)橫截面圖像，總時(shí)間跨度達(dá)350ms。兩圖分別從橫、縱截面角度形象地展示了氣固兩相流以波狀流運(yùn)行狀況。從圖上可看出:固相處于管底，為氣力輸送中的管底流(又稱(chēng)線條流)，是屬于稀相運(yùn)輸，這與實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論相同。

3結(jié)論

(1)氣力輸送的輸送效率與輸送距離、進(jìn)氣量、輸送壓力有關(guān)。(2)輸送距離影響料氣比、系統(tǒng)出力、壓力損失。通過(guò)改變參量，可得知:200m是最佳的輸送距離，屬于稀相輸送，但效率并非最高。(3)通過(guò)ECT系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)，可測(cè)得固相含率為0.05～0.15，最大值接近0.3，波流狀的振幅不大，說(shuō)明輸送過(guò)程穩(wěn)定，并為稀相運(yùn)輸，與實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論相同。

作者：李曉鵬張東峰單位：太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院