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user: 3. 结果与讨论 3.1. 稳压气量与底部流化气量之比对喷粉量和固气比的影响 流化罐罐内压力与送入罐内的气体量(稳压气体量和底部流化气体量)密切相关，在此实验过程中，二次补气量保持4 m 3 /h不变，稳压气量与流化气量之和保持不变，即在维持流化罐内压力稳定的情况下，改变二者比例。如图2和图3所示为稳压气量和流化气量之比与粉料喷吹量和固气比的关系。 从图2和图3可以看出，喷吹量和固气比随顶部稳压与底部流化之比的变化趋势是一样的，随着顶部稳压气量的减小、底部流化气量的增加，喷吹量和固气比先增大后减小，在顶部稳压:底部流化 = 2:8时达到最大，分别为2718 kg/h和110 kg/kg。在稳压气量较小流化气量较大时，一部分流化气量代替稳压气量用于补充料位下降造成的罐内压力下降，所以气体分布板上粉料的流化效果较差，单位体积气体的输送能力较小，喷吹量和固气比较低。在稳压气量增大过程中，一部分从粉料层穿透至提升管入口附近，经提升管进入输送管道，起到输送风的作用，气固两相流出口速度增加，粉料质量流量增大；此时流化气量不再代替稳压气量用于补充压力所以粉料的流化效果好转，单位体积气体的输送能力增大，固气比增大，并在稳压气量:流化气量为2:8时粉料喷吹量和固气比达到最大。继续增大稳压气量减小流化气量，粉料流化效果越来越差，粉料质量流量开始呈现逐渐减小的趋势，固气比也随之降低。 3.2. 流化罐罐压对喷粉量和固气比的影响 在实验过程中，气力输送管路上的二次补气量稳定为4 m 3 /h、流化罐顶部稳压气量和底部流化气量之比为2:8，通过改变上出料输送系统中充入流化罐内的顶部稳压和底部流化气体量之和调节流化罐内压力，收粉罐出口与大气相通。图4和图5为流化罐压力与粉料喷吹量和固气质量比的关系。粉料喷吹量(即质量流量)是单位时间内流化罐发送出来的粉料质量，是表征该气力输送系统输送能力的参数。固气比是输送管道内粉料质量流量与气体质量流量之比。 图2. 稳压与流化气量之比与粉料喷吹量关系 图3. 稳压与流化气量之比与固气比关系 图4. 流化罐罐压与粉料喷吹量关系 从图4和图5可以看出，流化罐罐内压力对喷吹量和固气比的影响是很大的。由图4、图5可以看出，随着流化罐罐压的增大，喷粉量持续增大，而固气比先急剧增加后增加不明显。这是因为，一方面流化罐罐压的增加直接提高了流化罐和收粉罐之间的输送压差，粉料受到的驱动力增加，促进了粉料的 图5. 流化罐罐压与固气比关系 流动，另一方面是由于流化罐的压力增加，气相密度提高，这样也增加了作用在粉料上的曳力，对流动也起到了促进作用。 3.3. 上出料和下出料发送料特性比较 3.3.1. 粉料移动和出料特性 图6是气力输送过程中流化罐内粉料料面下降的实拍照片。从图6可以看出，喷粉罐内粉料是典型的漏斗形下降，中心气流发达，随着料层降低，料面逐渐趋于平坦均匀。 图7是上下出料系统气固流动出料情况示意图，从流化气体与固体粉料的作用上来讲，在罐内压力的推动下，上出料方式可有效利用流化气体的向上动能和对粉料的曳力携带粉料进入上出料管(如图7中(a)，出料比较均匀，不易堵塞，在适当的二次补气作用下实现稳定输送；而下出料方式，一方面，出料漏斗对向上的流化气体有一定的阻扰，同时，粉料流需完成180˚的反向进入下出料口(如图7中(b))，由于流动方向的改变，气固的撞击作用需要消耗比上出料更高的气体动能；另一方面，进入下出料口的粉料，由于气体动能和压力能的推动加上粉体自由下沉的重力作用，粉料下降弯管处受到的挤压高于上出料弯管，容易造成壅堵，增加出料阻力，需及时补充二次补气保证正常出料和稳定输送。所以，如果实际需要采用下出料，一方面，可以提高输送动力(压差)来提供更大的驱动力；另一方面，建议在距下出料管出口0.5 m左右处增加二次补气，避免下料管集料堵塞。 3.3.2. 粉料发送特性 在上下出料方式比较实验过程中，应用了两种比较方式来进行，一是两种输送方式均保持相同的流化气量和稳压气量，如表2中的上出料和下出料Ⅰ所示；二是保持上下出料输送系统的流化罐罐内压力相同，如表2中的上出料和下出料Ⅱ所示。在保持流化气量和稳压气量相同，即上下出料方式实验过程中均保持顶部稳压流量:底部流化流量 = 2:8，顶部稳压流量 + 底部流化流量 = 12 m 3 /h，二次补气流量为4 m 3 /h的情况下，由于出料方式的改变、出料管局部阻力和输送管路系统的变化导致流化罐内的压力不同，上出料罐内压力为0.07 MPa，而下出料罐内压力增加为0.08 MPa；为保证流化罐罐内压力相同，需将下出料稳压气量和底部流化气量之和调整为了6 m 3 /h (比例保持2:8不变)，这样下出料罐内压力也稳定为0.07 MPa，二次补气量保持为4 m 3 /h不变，其喷粉量和固气比见表2。 在上述各操作参数条件下，流化罐发送料和管道输送均能稳定进行。从表2可见，在相同的流化罐罐内压力(0.07 MPa)下，上出料输送方式的喷粉量远高于下出料输送方式，而由于下出料方式的流化气体量降低，表现为下出料气力输送的固气比大于上出料。从表2还可以看出，在流化气体气量相同的情况 图6. 流化罐内料面下降实物照片 图7. 上下出料系统气固流动出料情况示意图。(a) 上出料，(b)下出料 Table 2 Conveying characteristics of different discharge type 出料方式 压力/MPa 加压流量/流化流量 喷粉量/kg∙h −1 固气比/kg∙kg −1 上出料 0.07 2:8 2790 86.15 下出料Ⅰ 0.08 2:8 2970 92.82 下出料Ⅱ 0.07 2:8 1980 92.43 表2. 不同出料方式发送粉料情况比较 下，下出料的罐内压力比上出料的罐内压力高，从0.07 MPa增加为0.08 MPa，下出料方式的喷粉量和固气比均高于上出料方式，这主要是因为下出料流化罐罐内压力的增加引起喷粉量增加，与前述2.2节的实验结果一致。 图8为上出料和下出料两种方式的流化罐重量随时间的变化情况。由图8可见，在相同的罐内压力(0.07 MPa)的条件下，下出料流化罐发送料从启动到稳定需要的时间明显比上出料需要的时间长，发送相 图8. 喷吹罐内粉料质量随时间的变化 同质量的粉料(60 kg)，下出料所用的时间比上出料多约三分之一。由图8还可见，当流化气量相同(上出料罐内压力为0.07 MPa，下出料罐内压力为0.08 MPa)时，下出料由于下降管中有积料，发料启动需要的时间比上出料的时间长，发送相同质量的粉料(60 kg)所用时间，下出料方式约长于上出料方式。 3.3.3. 出料管的局部阻力特性 此处出料管的局部阻力特性是指从流化罐内出料喉口至二次补气装置前的出料管段的局部阻力及局部阻力系数。流化气体携带粉料流过弯管的压损，可以表示为弯管中纯空气的压损与输送粉料的附加压损之和。纯空气流经弯管的压损，可以表示为 Δ P 1 = ξ ρ u 2 2 (1) 式(1)中， ρ 是标况下弯管中空气密度，u是标况下弯管中的流速。对于光滑弯管，空气压损系数ξ与雷诺准数Re、弯曲角和R 0 /D(弯曲半径与管道直径之比)有关。可用下式求得 [ 12 ] ： 当 R e ( D R 0 ) 2 < 364 时 ， ξ = 0.00515 b θ 0 R e − 0.2 ( R 0 D ) 0.9 (2) 当 R e ( D R 0 ) 2 > 364 时 ， ξ = 0.00431 b θ 0 R e − 0.17 ( R 0 D ) 0.84 (3) 其中：θ 0 是弯管的弯曲角(度)；b为系数，根据弯曲角确定。 本研究中，弯管 θ 0 = 90 ∘ ， R 0 D = 5.71 < 9.85 ，所以， b = 0.95 + 4.42 ( R 0 D ) − 1.96 = 1.1 。 对于流化罐罐压为0.07 MPa的上出料和下出料以及流化罐罐压为0.08 MPa的下出料，在标况下， R e ( D R 0 ) 2 = u D η ( D R 0 ) 2 = 5.15 × 0.035 15.06 × 10 − 6 ( 0.035 0.2 ) 2 = 366.54 > 364 ，可得空气流经出料管的局部阻力系数为： ξ = 0.00431 b θ 0 R e − 0.17 ( R 0 D ) 0.84 = 0.01 。 输送物料的附加压损为粉料颗粒进入弯管后受离心力的作用在外侧壁附近滑动，并与管壁反复冲击而损失动能，为此通过弯管后要求气流给予加速，该压损要比相应的直管大得多。假设冲击以后，颗粒在空气阻力、离心力、重力作用下，以定速沿外侧壁做圆周运动，引起的附加阻力可表示为 [ 12 ] ： Δ P 2 = λ π R 0 2 D G s ρ u 2 2 (4) 则总压损可写为： Δ P = ( ξ + λ π R 0 2 D G s ) ρ u 2 2 (5) 式(4)和(5)中，λ是输送物料时的附加阻力损失的表观阻力系数； G s 是固气比。 将实验过程中测得的流化罐罐内至二次补气前的压力差 Δ P 和计算得到的 ξ 、 G s 和 u 分别代入式(5)中，计算得到：上出料发送粉料时的附加压损的阻力系数 λ 1 = 0.8 ；下出料的附加压损的阻力系数 λ 2 = 1.19   ( 0.08   MPa ) 和 λ 3 = 3.26   ( 0.07   MPa ) 。由此可见，下出料出料管的局部压损和局部阻力系数均大于上出料。