论文部分内容阅读
循环流化床煤拔头热解燃烧/气化技术通过解耦热解与燃烧及气化反应，在生产热/电(燃烧)或合成气/燃气(气化)的同时，提取煤中富含芳香烃的化学品、液体燃料及高品质燃气，实现煤炭的高价值综合利用。在该技术工艺中分别与提升管燃烧/气化器和热解器连接的两个颗粒循环回路间存在压差，影响循环颗粒在两回路间的分配。同时，连接热解器与提升管燃烧/气化器的返料阀可能因为高温物料的聚集和二次燃烧而结焦堵塞。因此，研究和开发具有压力补偿功能的颗粒分配装置和适用于高温、黏结燃料返料的返料阀成为煤拔头热解燃烧/气化技术成功实施的关键。
本论文围绕着循环流化床煤拔头热解燃烧/气化工艺中的颗粒分配和返料问题，利用直径0.09 m、高12 m的冷态循环流化床装置研究了联合U阀和L阀的压力补偿型颗粒流分配阀及其实现颗粒分配的特性和结构参数影响，考察了作为返料阀的J阀对返料的调节功能和颗粒经过阀的流动特性，在此基础上提出了一种能够有效返料、抑制阀中颗粒滞留死区的气动返料阀-N阀，通过研究结构参数对返料特性和颗粒流动特性的影响，提出了N阀的基本设计准则。
对颗粒流分配阀的研究结果表明，颗粒分配特性与分配阀两侧出口流路间的压差密切相关。增加分配阀一侧的流动阻力可阻碍向该侧的颗粒流分配率，具体可通过改变在低压出口侧流路设置的水平段中的气固流化状态及该流段的长度来调节分配阀阻力，补偿两个颗粒循环回路间的压差，调控颗粒流的分配。对低压出口侧流路内气固流化状态的调节要满足立管料封的要求，按流化风流化数表示的本研究实验变化范围是0-0.82。水平流段的最小长度由等同颗粒流分配阀的高压与低压两侧出口流路的压力梯度而确定；在总颗粒循环量126.9 kg/(m2·s)的条件下对分配阀低压侧的颗粒分配比例达到了0-52.4％。
作为常压返料阀的一种，对J阀的返料特性和颗粒流动特性的研究表明：相同松动风量时，J阀返料量与松动风的位置有关，当从与J阀出口位置相同高度的立管位置送入松动风时，J阀返料量与松动风量呈现良好的线性关系，系统颗粒循环量的可调范围较宽，而且J阀整体压降较低。随着松动风量的增加，J阀立管内压力梯度增加，松动风位置以上所需的最小料封高度增加。J阀弯曲段下部存在一颗粒滞留死区，通过采用在弯曲段、立管段联合松动方法可以有效减少颗粒滞留死区，但难以完全消除，致使J阀在高温反应系统中的应用具有一定的局限性。
针对N阀返料特性的研究结果表明：当仅从流化床阀体下部送入流化风时，N阀进料管中心线与流化床阀体中心线之间的夹角小于物料休止角的余角的N阀能够实现返料功能，但物料循环量较小，且对流化风量的变化不敏感，并在倾斜进料管下部存在明显的颗粒滞留死区。在N阀的倾斜进料管送入辅助风(松动风)可明显加快N阀的返料，有效消除N阀进料管内的颗粒滞留死区，利用本研究的实验装置的循环量随流化风的增加能在44-272 kg/(m2·s)内可调。有效的辅助风位置应避免送入的辅助风直接冲入流化床阀体内，从高于流化床阀体溢流口对应高度的倾斜进料管位置送入的辅助风能有效改善N阀的返料特性，但随辅助风位置高度的增加，立管料封的压力梯度增大，辅助风位置以上所需要的立管料封高度增高。N阀流化床阀体的进出口高度差较低或较高都会影响N阀的返料特性，导致循环量下降或阀体阻力增大。根据实验结果总结了具有良好返料调节特性的N阀主要结构参数的选择和设计准则，即采用流化风和辅助风相结合的N阀松动风设置方式，倾斜进料管中心线与流化床阀体中心线之间夹角小于物料休止角的余角，辅助风送风位置应与N阀溢流口在同一水平高度、且在倾斜进料管与垂直立管相连的弯头处，流化床阀体的进出口高度差约为100 mm。