煤粉料仓下料过程机理与规律研究

高压煤粉料仓下料是气流床粉煤加压气化技术的重要单元操作过程。由于高压粉体料仓在通气助流作用下重力下料的工业应用不多，国内外关注很少，以至于面对工业装置上常出现的煤粉下料不畅或结拱等现象缺乏解决问题的科学手段和理论依据。本项目将具有重要工业应用背景的煤粉作为粉体介质，集中研究煤粉在高压通气料仓中的下料特征与规律：从粉体力学特性和流动性参数测试入手，认识与掌握粒度及其分布、湿含量和助熔剂添加量等煤粉性质变化对下料过程的影响；通过改变料仓压力、输送气体种类以及料仓结构尺寸，研究粉体性质以外的各种因素对料仓内气固两相流的作用机制，获得下料流率预测模型；针对工业中常出现的影响下料稳定性的结拱现象展开深入研究，揭示结拱机理，提出破拱对策。本研究工作既结合实际工业应用，国内外又鲜有研究报道，将有利于丰富粘附性非自由流动粉体的非流态化气固两相流基础理论，为工业煤粉通气料仓高压下料的设计和操作提供科学依据。

煤粉料仓高压下料是气流床粉煤加压气化技术的重要单元操作过程。面对工业装置上常出现的煤粉下料不畅或结拱等现象,目前仍缺乏解决问题的有效手段和理论依据。本项目以具有重要工业应用背景的煤粉作为粉体介质，研究了煤粉在通气料仓中的下料特征与规律。. 从粉体流动性参数入手，分别定量描述了粒度、助熔剂添加量和水分含量与煤粉流动性参数之间的关系。结果表明，随粒度增加，流动性明显增强；当平均粒径小于约75µm时，其流动性快速恶化。在此基础上，建立了HR指数与料斗下料流率关系式，为进一步认识流动性参数与下料流率的内在联系奠定了基础。另外，外水含量增加会导致煤粉流动性变差；但由于孔隙结构差异，水分含量对不同煤质的煤粉流动性影响程度也随之不同。通气料仓结构尺寸的优化研究表明，提高通气位置、增加通气面积可有效促进下料。出料口口径是影响下料流率的最敏感因素，而料仓锥角对通气料仓的下料流率影响不大。上述成果为料仓结构尺寸优化设计提供了重要依据。通气料仓下料的操作条件研究发现，存在最佳通气量使下料流率达到最大值，过大的通气量会降低下料流率甚至出现结拱架桥现象；在大量实验数据基础上，建立了偏差±20%以内的煤粉下料流率预测模型。提高料仓压力可在一定程度上改善煤粉流化状态，从而促进了煤粉下料；在此基础上，建立了可预测不同压力下的最佳通气量模型。综上，提出了通气料仓的流化充压方案，从而可减缓高压下料过程中结拱效应，对工业装置运行具有重要指导价值。分别以空气、氦气、氢气和二氧化碳为载气，通过流动状态可视化和压力信号分析，比较了不同载气对煤粉流化、下料的影响。结果表明，以氢气为载气进行流化时的床层压降最高，相应其下料流率最高，而二氧化碳的床层压降最低，下料流率也最低。. 本研究工作既结合实际工业应用，国内外又鲜有研究报道，不仅有利于丰富粘附性非自由流动粉体的非流态化气固两相流基础理论，还为工业规模的煤粉通气料仓高压下料设计和操作提供科学依据。