在大型循環流化床裝置上，通過改變負壓差立管上的插板閥的開度，測定不同顆粒質量流率條件下插板閥上下的流態和脈動壓力，以此分析插板閥對下料過程顆粒質量流率的調控機制。實驗結果表明，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和可控制區。當插板閥的開度大于臨界開度時，處于非可控制區，不能進行顆粒質量流率的調節，此時插板閥上下的流態一致，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，可以進行顆粒質量流率的調節，此時插板閥上的流態是移動床，閥下的流態是雨狀下落流，上下的脈動壓力曲線不同。

　　立管是循環流化床顆粒循環回路的下行部分。立管內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的多樣性和流動過程的波動性。立管作為循環流化床顆粒循環系統的一部分，通常安裝有閥門用于調節和控制循環流化床的顆粒質量流率，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閥前和閥后的氣固兩相流的流態，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系，進而影響到閥門的調控效果。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，而且與負壓差的大小有關。羅保林等考察了下料閥開度變化對循環流化床顆粒質量流率的調節作用和對立管軸向壓力的影響。然而有關閥門對顆粒質量流率的調控機制還缺乏相關的研究，尤其是閥門從調節開始達到穩態操作階段的動態過程特性分析。

　　為此，本文在大型循環流化床的立管上通過閥門開度的變化，對閥門前后的流態變化和脈動壓力變化進行實驗測量，分析閥門調節顆粒質量流率的機制，以期能提高對閥門調控過程的認識，為工業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，出口為直口結構插入流化床的密相床層內。顆粒從流化床經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的動態壓力測量儀測量。動態壓力傳感器由英國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換為1～5V的標準電壓信號，用多功能數據采集板采樣，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。

　　顆粒質量流率通過堆積法測量，即在穩定操作條件下關閉插板閥，測量在一定時間內顆粒堆積的高度，計算顆粒質量流率。

結論

　　負壓差立管上插板閥對下料過程的顆粒質量流率的調節實驗表明，插板閥的開度與顆粒循環流率的變化不是線性關系。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，內部是顆粒輸送流態，插板閥處于非可控制區內，沒有調節顆粒質量流率的功能;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，具有調節顆粒質量流率的功能。這種流態和脈動壓力的變化可以應用于監視插板閥的調控效果。