复杂流道结构料仓的下料流率预测

在实验室搭建的有机玻璃料仓下料平台上,分别以自由流动粉体玻璃微珠和黏附性粉体煤粉和聚氯乙烯为实验介质,针对无改流体(No-In)、封闭改流体(Con-In)和开放改流体(Ucon-In)三种情况所形成的不同流道结构,开展了粉体料仓下料及其流率建模研究,定量分析了改流体对粉体下料流率的促进作用,对比给出了玻璃微珠、煤粉和聚氯乙烯在不同流道结构料仓内的下料特性。研究表明,改流体的引入有利于提高料仓下料流率,Con-In促进流动效果最明显,对于流动性弱的煤粉,下料流率提升幅度达到最大的58%。基于剪切摩擦区的概念,提出流率校正因子F对最小能量理论方程进行了修正,将理想的料仓下料模型拓展至实际下料过程。进一步,对于Con-In,根据流道结构特征结合对粉体的受力分析,修正了模型中的锥角项;对于Ucon-In,基于粉体下料流动竞争机制,提出分阶段下料模式并关联了内层和夹层的下料流率,最终建立了复杂流道结构料仓的下料流率预测模型。该模型综合考虑了粉体物性、下料流型和流道结构的影响,可有效预测自由流动粉体和黏附性粉体流经传统料仓(No-In)和改流体料仓(包括Con-In和Ucon-In)的粉体下料流率,且预测偏差<10%。

粉煤在流化料仓中的下料特性

在自行设计的有机玻璃流化料仓系统上对粉煤下料过程及其特性进行了实验研究。研究发现,在筒仓段与料斗段连接处上方存在一个临界面。在临界面以上的筒仓段,粉煤以柱塞流形式下料,在临界面以下,粉煤以不定向螺旋运动下料。研究结果表明,料斗下部的流化气对下料稳定性和下料流率有重要影响,存在最佳流化气位置区间和最佳流化气表观气速范围,当流化气补气位置太低,在补气位置附近易形成气压平衡拱。研究还表明,增加料仓压力能提高粉煤下料流率,改善下料稳定性,减弱流化气补气位置及气速对下料的影响,阻止气压平衡拱生成。

粒煤在补气料仓中的下料特性

在自行设计的有机玻璃料仓系统上对粒煤下料过程及其特性进行了实验研究。当料位在筒仓段时,粒煤以整体流形式稳定下料;当料位下降到斗仓段时,粒煤以中心流形式流动下料。研究结果表明,斗仓段的松动风对粒煤下料流率和下料稳定性有重要影响,当在斗仓段单层低位通入松动风且风量较大时,粒煤下料呈间歇式喷射流动,下料流率最大,但在补气位置附近容易形成气压平衡拱,影响粒煤下料稳定性。当松动风在斗仓段3处不同高度的位置同时补气时,下料稳定性最好,同时下料流率也很大。研究还表明,窄筛分粒煤的粒径越小,下料流率越大,0～2.50 mm宽筛分粒煤与0.35～0.60 mm窄筛分粒煤的下料流率基本相等。

补气料仓中宽筛分粒煤的下料特性

在自行设计的有机玻璃补气料仓系统上对宽筛分粒煤下料特性进行了实验研究。结果表明,料仓出口直径、粒煤粒径和外水分对宽筛分粒煤在补气料仓中的下料特性有显著影响。宽筛分粒煤的下料流率随料仓出口直径的增大而增加,但增加量随着补气量的增加而减小。增加宽筛分粒煤的平均粒径使料仓出口有效尺寸减小,导致物料下料流率减小。增加宽筛分粒煤的外水分,致使下料过程中细颗粒煤粉发生团聚,物料流动性变差,且极易结拱,下料流率降低。为保证宽筛分粒煤在补气料仓中稳定连续下料,其外水分存在一个极限值,此极限值与宽筛分粒煤的粒径、煤种及料仓结构有关,在补气料仓出口直径为35 mm的实验系统中,0~2.50 mm、0~3.86 mm及0~5.44 mm宽筛分粒煤的极限外水分分别为5.30%、7.50%、7.60%。

煤粉通气料仓的优化设计

料仓通气技术具有成本低、噪音小的优势,被广泛应用在黏附性粉体下料过程中。为确定黏附性煤粉下料过程的最优通气条件,在自行搭建的有机玻璃料仓上进行煤粉的通气下料实验。实验结果表明,通气可以显著促进煤粉下料,但通气高度和通气气速对下料过程的影响存在耦合作用。以气泡运动理论为基础,结合气泡与颗粒间的相对运动关系,建立了煤粉通气下料模型。基于实验数据关联气泡尺寸与通气高度及通气气速间的关系,通过模型分别计算了最优相对通气高度H/D=12.25和最优通气气速U_g=2.4U_(mf)。模型计算值与实验值的吻合效果良好,当5.56<H/D<18,U_g>U_(mf)时,下料流率的计算偏差小于±20%。