在大型循環(huán)流化床裝置上，通過改變負(fù)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(jī)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(dāng)插板閥的開度大于臨界開度時，處于非可控制區(qū)，不能進(jìn)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(dāng)插板閥的開度小于臨界開度時，處于可控制區(qū)，可以進(jìn)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(diǎn)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(dǎo)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(jī)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(jìn)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(fù)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(jī)制還缺乏相關(guān)的研究，尤其是閥門從調(diào)節(jié)開始達(dá)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(jìn)行實驗測量，分析閥門調(diào)節(jié)顆粒質(zhì)量流率的機(jī)制，以期能提高對閥門調(diào)控過程的認(rèn)識，為工業(yè)立管閥門的設(shè)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(fēng)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(jìn)入預(yù)提升器12，由提升風(fēng)進(jìn)入提升管10，在旋風(fēng)分離器6進(jìn)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(biāo)高為基準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)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(shè)為40s。測量點(diǎn)設(shè)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(fù)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(yīng)用于監(jiān)視插板閥的調(diào)控效果。