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循环流化床是一种处理多相反应的高效反应器,广泛应用于能源、资源领域。返料系统是循环流化床的重要组成部件,是循环流化床实现连续运行的关键。返料系统一般由立管和返料阀组成,由于U阀具有可靠性高、输送压力低、易于实现负荷调节等优点,因而成为目前工业中应用最为广泛的一种返料装置。
影响U阀运行的因素众多,例如联通U阀供料室和排料室的孔口尺寸、物料颗粒的特征尺寸和密度、流化风、松动风和侧吹风等,然而现有研究只是针对单一影响因素进行分析,难以获得U阀运行规律的全貌,且实验研究不能从根本上理解U阀的运行规律。
本文通过搭建循环流化床实验平台,研究了瓶颈道口控制排料、流态化排料和供料室控制排料状态下U阀的排料特性。主要结论如下:
(1)瓶颈道口控制排料和流态化排料状态下,U阀排料量都出现先增大后恒定的趋势,前者达到最大排料量是因为瓶颈道口的限制,后者是因为供料室供料能力达到最大所致。
(2)供料室控制排料的状态下,伴随松动风的增大U阀排料量增大,但是当松动风增大到一定值时,立管内物料由移动床转变为流化床,立管料柱料封作用被打破,U阀转变为流通阀,失去对颗粒物料排料量的调节作用。
(3)通过比较瓶颈道门控制排料、流态化排料和供料室控制排料三种状态下的U阀排料可以看出,瓶颈道口控制排料时,U阀排料能力太小,而供料室控制排料时U阀排料调节范围小,且立管料柱料封作用容易被打破,因而流态化排料为U阀排料最佳状态。
本文针对U阀流态化排料状态建立了以力平衡为基础的数学模型,用来计算排料速率等运行参数,得到的主要结论如下:
(1)排料室压降随排料室表观气速增加而减小,而排料速率随排料室表观气速增力口而增加。
(2)排料室压降的计算值与实验数据相比,排料室压降平均计算误差为±2%。
(3)排料速率的计算值与实验数据相比,排料速率平均计算误差为±7%。
(4)计算结果与实验结果吻合较好,证明本数学模型可用于U阀流态化排料的设计与计算。