負壓差立管插板閥調(diào)節(jié)顆粒質(zhì)量流率的實驗分析
在大型循環(huán)流化床裝置上，通過改變負壓差立管上的插板閥的開度，測定不同顆粒質(zhì)量流率條件下插板閥上下的流態(tài)和脈動壓力，以此分析插板閥對下料過程顆粒質(zhì)量流率的調(diào)控機制。實驗結(jié)果表明，對于立管的下料過程插板閥的開度存在一個臨界開度，將插板閥的開度范圍劃分為非可控制區(qū)和可控制區(qū)。當插板閥的開度大于臨界開度時，處于非可控制區(qū)，不能進行顆粒質(zhì)量流率的調(diào)節(jié)，此時插板閥上下的流態(tài)一致，脈動壓力曲線相似;當插板閥的開度小于臨界開度時，處于可控制區(qū)，可以進行顆粒質(zhì)量流率的調(diào)節(jié)，此時插板閥上的流態(tài)是移動床，閥下的流態(tài)是雨狀下落流，上下的脈動壓力曲線不同。
立管是循環(huán)流化床顆粒循環(huán)回路的下行部分。立管內(nèi)氣固兩相流的流動特點是顆粒順重力從高處的低壓端向低處的高壓端流動，這種流動方式導致了流態(tài)的多樣性和流動過程的波動性。立管作為循環(huán)流化床顆粒循環(huán)系統(tǒng)的一部分，通常安裝有閥門用于調(diào)節(jié)和控制循環(huán)流化床的顆粒質(zhì)量流率，如流化床催化裂化裝置(FCC)的再生斜管滑閥和待生斜管滑閥。但氣固兩相流閥門的調(diào)控機制不同于一般流體的閥門，閥門的開度變化會影響到立管內(nèi)閥前和閥后的氣固兩相流的流態(tài)，造成閥門的開度變化與顆粒流率的變化是一種非線性的關(guān)系，進而影響到閥門的調(diào)控效果。立管上顆粒通過閥門的流動類似于孔口排料。Hiroshi等、Jing等的研究表明移動床孔口排料不僅與孔口面積有關(guān)，而且與負壓差的大小有關(guān)。羅保林等考察了下料閥開度變化對循環(huán)流化床顆粒質(zhì)量流率的調(diào)節(jié)作用和對立管軸向壓力的影響。然而有關(guān)閥門對顆粒質(zhì)量流率的調(diào)控機制還缺乏相關(guān)的研究，尤其是閥門從調(diào)節(jié)開始達到穩(wěn)態(tài)操作階段的動態(tài)過程特性分析。
為此，本文在大型循環(huán)流化床的立管上通過閥門開度的變化，對閥門前后的流態(tài)變化和脈動壓力變化進行實驗測量，分析閥門調(diào)節(jié)顆粒質(zhì)量流率的機制，以期能提高對閥門調(diào)控過程的認識，為工業(yè)立管閥門的設計和使用提供參考。
1、實驗裝置及測量方法
1.1、實驗裝置
實驗裝置如圖1所示。選擇一級旋風分離器料腿2作為實驗立管，其尺寸150mm×9000mm，出口為直口結(jié)構(gòu)插入流化床的密相床層內(nèi)。顆粒從流化床經(jīng)顆粒輸送斜管進入預提升器12，由提升風進入提升管10，在旋風分離器6進行氣固分離后，被分離顆粒通過料腿2下行返回流化床3。閥門是插板閥，以圖1中的零標高為基準，安裝在立管軸向5.57m處。
實驗物料是FCC平衡催化劑。平均粒徑約為67μm，堆積密度為940kg·m-3，顆粒密度約為1520kg·m-3。
圖1 實驗裝置
1.2、測量方法
脈動壓力采用自行開發(fā)的動態(tài)壓力測量儀測量。動態(tài)壓力傳感器由英國Gems Sensors Ltd制造，壓力量程0～0.08 MPa，靈敏度20Pa·mV-1。測得的壓力由壓力變送器轉(zhuǎn)換為1～5V的標準電壓信號，用多功能數(shù)據(jù)采集板采樣，頻率1000Hz。采樣時間設為40s。測量點設在立管的軸向安裝位置是3.77、4.70、6.70、7.89m，位于插板閥的上下。
顆粒質(zhì)量流率通過堆積法測量，即在穩(wěn)定操作條件下關(guān)閉插板閥，測量在一定時間內(nèi)顆粒堆積的高度，計算顆粒質(zhì)量流率。
結(jié)論
負壓差立管上插板閥對下料過程的顆粒質(zhì)量流率的調(diào)節(jié)實驗表明，插板閥的開度與顆粒循環(huán)流率的變化不是線性關(guān)系。插板閥的開度存在一個臨界開度，開度大于臨界開度時，閥板上下脈動壓力相似，內(nèi)部是顆粒輸送流態(tài)，插板閥處于非可控制區(qū)內(nèi)，沒有調(diào)節(jié)顆粒質(zhì)量流率的功能;開度小于臨界開度時，閥板上下脈動壓力不相似，上部是移動床流動，下部是顆粒下落流，插板閥處于可控制區(qū)，具有調(diào)節(jié)顆粒質(zhì)量流率的功能。這種流態(tài)和脈動壓力的變化可以應用于監(jiān)視插板閥的調(diào)控效果。
