粉煤灰干式充填氣力輸送探究范文

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《煤礦開采雜志》2014年第三期

1實驗描述

通過對系統在不同輸送狀態下的相關參數的觀測及對相關數據的分析和處理，發現這些參數中的普遍規律，確定輸送過程中的最優參數及最佳系統配置。實驗主要參數為輸送距離、進氣量和輸送壓力。實驗選擇的參量分別對應200m，400m，600m的輸送距離，進氣孔為恒定的45mm，壓力為100kPa，120kPa，140kPa，160kPa，180kPa，200kPa的條件下分別進行，并記錄數據。另外，實驗使用ECT系統對實驗過程進行實時監測，以驗證實驗結果。

2實驗數據分析

2.1開泵壓力對系統出力的影響實驗中系統出力是指在一定的輸送距離下，氣力輸送系統能夠輸送多少粉煤灰，用m表示，單位為t/h。將每組實驗中3次實驗的出庫灰量的平均值作為每次運行工況的固體質量，根據每次實驗運行的時間，計算出每小時運行次數，其與累計流量的乘積即為本工況下的系統出力。圖2所示為進氣量為45mm孔即系統位于高速區時，在不同輸送距離情況下，開泵壓力與系統出力的變化曲線。由圖2可知，輸送長度為200m時，出力最大，最大可達到14.66t/h;隨著開泵壓力的增大，系統出力在一定范圍內波動，但基本保持不變。輸送長度為400m時，出力處于中間水平，波動較小，輸送穩定。輸送長度為600m時，出力最小，隨著開泵壓力的增大，系統出力呈逐漸減小的趨勢。

2.2開泵壓力對料氣比的影響實驗中系統的料氣比是指在一定的輸送距離下，系統輸送的固體的質量流量與消耗的氣體的質量流量之比，用μ表示，單位為kg/kg。料氣比反映了系統輸送的能力和效率。圖3所示為進氣量為45mm孔即系統位于高速區時，在不同輸送距離情況下，開泵壓力與料氣比的變化曲線。由圖3可知，輸送長度為200m時，料氣比最大，最大值可達21.42kg/kg，隨著開泵壓力的增大，系統料氣比呈波浪式增加的趨勢。輸送長度為400m時，隨著開泵壓力的增大，料氣比有增大的現象并在出現了峰值后減小，與系統出力圖變化趨勢相似，仍是輸出穩定，其料氣比大于輸送長度為600m時的料氣比。輸送長度為600m時，料氣比最小，隨著開泵壓力的增大，料氣比有增大的趨勢并出現了峰值后減小的趨勢。這是由于在400m時，在各種耦合條件下，稀相達到了穩定。也可推斷出在200m時為不穩定的稀相，600m為向濃相的過度階段，數據有跳躍現象。綜合圖2，圖3可知，開泵壓力對出力、料氣比的影響不大。

2.3壓降的變化規律圖4為通過調節進氣管道的長度(分為3種情況)，在不同的開泵壓力下管道壓降的變化曲線。由圖4可知，在相同的輸送長度下，系統壓降值隨著開泵壓力值的增大而增大(個別情況下會出現誤差)且在140kPa的開泵壓力下壓降值最小;而在相同的開泵壓力值下，減小輸送長度使得管道壓降降低，增大輸送長度使得系統壓降增高。這與理論系統的管道壓降是一致的。因此，通過減少輸送距離可以減小輸送過程中的系統壓降，提高工作效率。

2.4氣體表觀速度對單位壓降的影響圖5為輸送距離200m時，不同的開泵壓力Pr下單位壓降與氣體表觀速度的關系。由圖5可以分析出氣力輸送中相態，即可確定經濟流速線。圖5中只有在開泵壓力為120kPa時出現了拐點，即經濟速度點;在其他的開泵壓力下都是上升的平滑曲線，都處于稀相，沒有經濟速度點。對于不同距離下的氣力輸送系統，氣固兩相流的流動差異變化較大，各自的流動規律均不能在所有的情況下通用，需要獨立分析和研究。因此可以確認:在輸送距離為200m的情況下，系統的料氣比、出力較大，并且系統的壓力損失較小，是理想的輸送長度。

2.5電容層析成像系統(ECT)監測分析

2.5.1電容層析成像系統采用電容層析成像系統在氣力輸送系統內部流態復雜多變，常規的測量方法只能對流速、密度和壓力進行測量。利用電容層析成像技術對實驗全程進行實時監測，可更多地了解氣固兩相流中各相布的具體情況，特別是管道內部流態的實時變化及測量［5］。實驗共布置ECT系統2套，分別位于距離發送器約150m處的DN100管道上部和約350m處的DN125管道上部。該系統一方面可以實時觀察和監控DN100和DN125管道內的氣固兩相流流動狀態，并通過圖像分析系統的運行分析相關特征和規律;另一方面可對管道內的固相含率β(固相含率，是指在管道截面內固相所占的比率，是衡量輸送效率的一個重要指標)進行測量，并分析相關運行規律。圖6為ECT系統的基本結構，主要包括電容陣列傳感器、數據采集系統和圖像重建系統3個部分［6］。固相含率測量原理為像素值在像素中對應為等效介電常數，因此，固相含率可由簡單的平均重建圖像像素值獲得。

2.5.2ECT系統監測結果分析

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

2.5.2.2實時圖像分析圖8為縱截面上氣固兩相流隨時間變化的規律。圖9為橫截面上氣固兩相流的實時濃度分布圖像。圖9中有每隔25ms截取的一個橫截面圖像，總時間跨度達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(又稱線條流)，是屬于稀相運輸，這與實驗得出的結論相同。

3結論

(1)氣力輸送的輸送效率與輸送距離、進氣量、輸送壓力有關。(2)輸送距離影響料氣比、系統出力、壓力損失。通過改變參量，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ECT系統對實驗過程的實測監測，可測得固相含率為0.05～0.15，最大值接近0.3，波流狀的振幅不大，說明輸送過程穩定，并為稀相運輸，與實驗得出的結論相同。

作者：李曉鵬張東峰單位：太原理工大學礦業工程學院