气固流化床内宽粒径分布颗粒的流动特性研究

发布时间：2020-09-02 09:17

　　 高炉炼铁流程长、投资大、能耗高,并且严重依赖焦炭。随着焦煤资源的日渐匮乏,钢铁工业的发展需求与焦炭供应的矛盾日益突出。这成为人们研究和发展非高炉炼铁的根本动力。以流态化还原为代表的非高炉炼铁工艺,因其不需要使用焦炭并可直接利用粉矿而备受关注。铁矿粉流态化还原是一种典型的气固两相相互作用的过程,充分了解流化床内气固两相的流动特性和规律,将可以为实际工业应用中工艺参数的优化提供理论指导,并可以为流化床反应器的设计乃至放大提供理论依据。实际工业生产过程中,流化床内的矿粉原料均是宽粒径分布的颗粒,因此开展宽粒径分布颗粒在流化床内的流动特性的研究,将对充分认识流化床内部复杂的流动规律提供帮助,从而更好地对实际生产过程进行指导。本文首先在二维床冷态实验装置上,对三种B、D两类混合的宽粒径分布的固体颗粒,包括二元混合颗粒、正态分布颗粒以及均匀分布颗粒进行实验研究。利用降速法测量床层压降与表观气速的变化关系,结合观察床层内出现鼓泡的时机,研究不同粒径分布颗粒的初始流化速度,并与前人提出的初始流化速度的关系式计算得到的结果进行对比,分析存在的差异以及影响因素,然后根据实验结果归纳出相应的初始流化速度的关系式。借助高速摄像仪对二维床内的流化情况进行拍照,利用数字图像分析技术对拍摄的二维床图像进行处理,从中获取我们所关注的二维床内气泡的信息,研究二维床内宽粒径分布颗粒的气泡性质,根据实验数据归纳出气泡平均直径和气泡上升速度的关系式。此外,通过拍照记录下床层高度的变化情况,研究宽粒径分布颗粒的床层膨胀比以及影响因素。通过实验研究发现,不同粒径分布的宽粒径分布颗粒,在流化过程中可能会出现偏析,相比于正态分布的颗粒,二元混合颗粒和均匀分布颗粒在流化时更易出现偏析。在三维流化床实验装置上,研究发现,二维床归纳出的初始流化速度关系式的计算结果对于三维床的实验结果要偏大,这是因为二维床内存在边壁效应,因此固体颗粒流化所需要克服的阻力增大。对正态分布颗粒与均匀分布颗粒进行流化实验。沿床轴向方向上测量床内压力的瞬时值,实验研究结果表明,三维床内同一高度截面处与基准面之间的压差随着表观气速的增加而增大。而在相同表观气速的条件下,宽粒径分布颗粒的轴向压差与静床高呈正比关系,其中正态分布颗粒的轴向压差上升速率比较保持一致,而均匀分布颗粒由于在流化过程中出现偏析,床层下部聚集着大颗粒,小颗粒浮在床层上部,所以轴向压差下部的上升速率要大于上部。对实验得到的压力瞬时值求均方差,发现正态分布和均匀分布的轴向压力波动方差的变化规律存在不同。正态分布颗粒沿轴向高度的压力波动先减小后增大,而均匀分布颗粒则一直增大。此外,通过对比二维床和三维床轴向压力情况,证明了三维床的边壁效应要弱于二维床。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF552
【部分图文】：

图 1.1 Geldart 颗粒分类法Figure 1.1 Particle classification of Geldart粒径较小，通常而言其粒度在 30~100 μm 之间，可以发现，A 类颗粒的初始流化速度 umf要明显先流化时并不会出现气泡，并且床层固体颗粒在形成鼓泡床之后，密相中床层孔隙率要明显大于且密相中很容易出现气固返混，气泡相和密相之颗粒粒度分布变宽或平均粒径减小，气泡尺寸会talyst）是很典型的 A 类颗粒。粒径一般在 100~600 μm，表观密度在 1400~400泡速度 umb与初始流化速度 umf几乎是相同的，即度时，流化床内就会出现气泡相和密相。此外，较低，并且气泡大小几乎与固体颗粒粒度分布或典型的 B 类颗粒。

存于筛孔尺寸 di+1 的相邻筛网间的颗粒的平均粒径，通常值。常用的有几何平均和算数平均：i i i1D d d 和 1= / 2i i iD d d 2，3，…，n。当颗粒群中颗粒的粒径很小时，例如小于 50μm，不能利用度分布，因为此时的测量精度不能够得到保证。此时，应，常用的仪器分析有电导法、重力沉降法、离心沉降法、法等。言，描述颗粒群的粒度分布应当有一个标准，比如质量标标准等。质量标准指的是颗粒群中各个粒度范围的颗粒质的份额（质量百分数）。同理，体积标准和颗粒数标准也是量的份额，以此来描述不同标准的粒度分布。对于已知粒通常可以用表格形式和图示形式来表示其粒度分布，表格式比较直观。如下图所示为图形直接显示颗粒群的粒度分

重庆大学硕士学位论文在研究单一组分的物料的最小流化度时，采用表观化速度。 Gelperin 等[40]描述了多组分气固流态化定逐步增大表观气速的压差曲线和表观气速增大表观气速得到的压差曲线来判断最小流化速度和示。ABCDEF 曲线是在不断增加表观气速的条件是，再逐步降低气速，其流速与压降的关系不再。GD 的延长线与 FE 的延长线交与 m 点，与 m小流化速度，这就是所谓的“降速法”

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本文编号：2810413