立管內(nèi)的氣固流動狀態(tài)一般可分為流化流動和非流化流動兩種。對于立管-翼閥系統(tǒng), 不同的流動狀態(tài)在系統(tǒng)中流動的穩(wěn)定性不同。

非流化流動狀態(tài)應(yīng)力分析

負(fù)壓差條件下, 當(dāng)顆粒物料在圓柱形立管中呈逆壓差作移動床流動時( 非流化流動) , 假定: ( 1) 立管中流動徑向?qū)ΨQ; ( 2) 氣體與管壁的摩擦力及氣體的重力忽略不計。用軸向一維流動模型, 取立管任一高度的水平微元薄層, 受力分析如圖 1 所示, 圖中 h 向下為正。根據(jù)力平衡原理, 可得如下方程:

利用式( 4) 可以計算出移動床中不同物料在不同負(fù)壓差梯度時流動的應(yīng)力變化, 如圖 2、3 所示。

圖 1　非流化流動的受力分析圖

Fig. 1　Force balance

of non-fluidized flow

由式( 4) 可知, 若顆粒物料與管壁間的摩擦角增大, 即 B 增大, 立管截面上的正應(yīng)力隨著料柱高度的增加而增加。若料柱高度較高時, 截面上的正應(yīng)力 ∀ h趨于常數(shù), 隨著立管直徑 D 的增大, ∀ h 減小變緩( 圖 3) , 表明選用較大的立管直徑有利于流動穩(wěn)定。

流化流動狀態(tài)應(yīng)力分析

負(fù)壓差條件下立管內(nèi)物料呈流化流動時固體顆
粒同流體的規(guī)律一樣, 其壓力與料封高度成正比, 即
 ( 5)
對比式( 4) 和( 5) 可知, 流化流動與非流化流動在壓力的傳遞上有很大的區(qū)別。非流化流動時, 翼閥閥板處壓力的變化不僅與顆粒密度和負(fù)壓差梯度有關(guān), 而且還與料封高度、物料的性質(zhì)有關(guān)。隨著料封高度的增加, 翼閥閥板處的壓力初始呈增加趨勢, 并隨著高度進(jìn)一步增加而趨于一定值。料封高度的變化所引起壓力的變化不再引起閥板處壓力的變化, 說明閥板的開度將不能根據(jù)料封高度的變化而自行調(diào)節(jié),這就是非流化流動在立管-翼閥系統(tǒng)內(nèi)很難穩(wěn)定操作, 并易于堵塞的原因。而對于流化流動, 當(dāng)顆粒流率變化, 或其它原因引起了料封高度增加時, 立管中的壓力也隨之增高, 這種壓力的改變將傳遞到翼閥的閥板處, 閥板的受力平衡遭到破壞, 閥板內(nèi)側(cè)的推動力大于外側(cè)的壓力, 閥板開度增加, 于是顆粒流率增加, 使得料封高度降低。反之則相反, 周而復(fù)始, 所以立管中壓力的變化可以順利地傳遞到翼閥閥板處,使得翼閥具有自動平衡和維持料封的能力, 因此, 立管中的流化流動操作比較穩(wěn)定。