负压差立管下料过程压力脉动的传递性实验与分析

在高13m大型循环流化床装置上,对φ150 mm×900 mm负压差立管内气固两相流的动态压力进行了轴向多点测量,并用标准偏差进行了分析,主要研究立管下料过程的动态传递特性.实验表明负压差立管内存在明显的压力脉动现象,这种压力脉动具有一定的传递性.颗粒质量流率比较小时是稀密两相共存流态,稀相区的压力脉动主要受进料流量振荡的影响,向下传递;密相区的压力脉动主要受立管的波动性排料影响,向上传递;随着颗粒质量流率的增加达到浓相输送流态时,上部是连续式浓相输送流态,下部是密相波浪式输送流态,立管的压力脉动主要受进口流量振荡和排料过程压缩气体作用,向下传递.对立管的压力脉动进行标准偏差分析表明脉动压力传递沿颗粒的流动方向上具有幅值增大特性.在立管内流态从稀密两相共存流态转变为浓相输送流态时,由于颗粒压缩气体分量最大,压力脉动幅值最大,减小或增加颗粒质量流率,压力脉动幅度均降低.     

负压差立管内气固两相流的流态特性及分析

对于出口插入密相床的立管，管内气固两相的流动特点是下行的颗粒速度大于气体速度和颗粒的逆压差流动，颗粒下行是一个减速运动过程. 管内的气固两相流的流态有两种形式，当GsGsc时，流态是浓相输送流态，气流下行. 两种流态可以互相转变，主要取决于颗粒质量流率的大小. 负压差立管的流态变化与气固两相之间滑落速度和轴向压力的变化密切相关，滑落速度随颗粒质量流率的增加逐渐减小，而轴向压力则逐渐增大以平衡立管的负压差.     

负压差立管内的气固两相流

在φ800 mm×12000 mm流化床实验装置上对150 mm×11500 mm负压差立管内气固两相流的轴向压力、空隙率和气体流动特性进行了测量和分析.立管出口无约束淹没在密相流化床内,颗粒质量流率范围G_s<1200 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1.立管内气固两相流态有两种存在形式,当颗粒质量流率G_s<200～250 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1时,流态是稀密两相共存形式;当G_s>200～250 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1时,流态是浓相输送流态.两种流态之间可以相互转换,主要取决于颗粒质量流率的变化.影响立管内气固两相流的轴向压力、空隙率分布、气相的流动特性和气固流态存在形式的主要参数是颗粒质量流率G_s、旋风分离器入口速度V_i、下端流化床流化速度u_f,质量流率G_s是主要的影响因素.     

负压差移动床立管料斗中散作颗粒流动特征──Ⅳ立管中科面高度对流落特征的影响

通过负压差移动床立管中料面高度对散体颗粒通过其下方连接的锥形料斗流落特征影响的研究，结果表明：当锥形料斗的半锥角不大于10．2°及料面高度大于0．30m时，立管中料面高度对散体颗粒流落时的流区特征、压力波动特征和散体颗粒平均质量流率等影响甚微；而当料面高度不大于0．30m时．料斗中压力波动强度减小。当锥形料斗的半锥角大于10．2°，无论立管中料面高度为0．55m还是0．30m，散体颗粒流落特征满足压力控制区，而立管中料面高度为1．65m时，散体颗粒流落时出现气泡控制区特征。     

负压差移动床立管料斗中散体颗粒流动特征：Ⅰ流区研究

通过对负压差移动床立管料斗中的散体颗粒流动状态的观察，结合散体颗粒通过料斗的平均质量流率和压力波动信号分析，将散体颗粒流动分成压力控制区，气泡控制区，气栓控制区以及悬料区，并分析了孔口直径，料斗的半锥角和物料特性对流区的影响，给出流区划分界限。     

带有环流预汽提的旋流快分系统动态压力的小波分析

测量了环流预汽提与带隔流筒的旋流快分系统(SVQS)相耦合的大型冷模实验装置的动态压力特性.结果表明,旋流快分系统轴向压力脉动曲线具有很强的相似性,脉动强度随旋流头喷出口气速、颗粒质量流率增大而增大,压力脉动标准偏差与喷出气速、颗粒质量流率存在对应关系.由实验结果关联获得的脉动标准偏差与喷出气速、颗粒质量流率经验公式,可用于预测特定工况下工业装置的颗粒质量流率.通过小波分析,装置主频范围为1.5~12.5 Hz,周期约为7~10 s,旋流快分头上部空间的压力脉动较大,存在不稳定的漩涡区,发现周向脉动基本一致,径向在r/R=0.4~0.7时漩涡区的压力脉动强度较低.为了使装置能稳定运行,建议快分头的喷出气速为18~24 m/s,颗粒质量流率在超过90 kg/(m2?s)范围内.     

负压差移动床立管料斗中散体粒流动特征

本文给出利用料斗中体均压力梯度与立管压力梯度的关系判别压力控制区，气泡控制区、气栓控制区和悬料区的方法，在气栓控制区，料斗中体均压力梯度有如下关系「（－ｄｐ／ｄｚ）ｖ」ｈｐｌｕｇ＝０．２４１ρｂｍｆｇ而且，菜体颗粒平均质量流率可以用Ｂｅｖｅｒｌｏｏ方程来预测，在此基础上，讨论上料斗中体均压力梯度对散体颗粒通过孔口平均质量流率的影响，并给出预测平均质量流率的关联式，给出一种新的立管约束条件，即料斗阀     

负压差移动床立管料斗中散体颗粒流动特征Ⅰ流区研究

通过对负压差移动床立管料斗中的散体颗粒流动状态的观察，结合散体颗粒通过料斗的平均质量流率和压力波动信号分析，将散体颗粒流动分成压力控制区、气泡控制区、气栓控制区以及悬料区，并分析了孔口直径、料斗的半锥角和物料特性对流区的影响，给出流区划分界限。     

负压差移动床上管料斗中散体颗粒流动特征──Ⅱ散体颗粒平均质量流率研究

本文给出利用料斗中体均压力梯度与立管压力梯度的关系判别压力控制区、气泡控制区、气栓控制区和悬料区的方法。在气栓控制区，料斗中体均压力梯度有如下关系[（一dP／dz）]hplug=0．241pbmfg而且，散体颗粒平均质量流率可以用Beverloo方程来预测。在此基础上，讨论了料斗中体均压力梯度对散体颗粒通过孔口平均质量流率的影响，并给出预测平均质量流率的关联式。给出一种新的立管约束条件，即料斗阀的设计方法和操作范围。     

循环流化床两级返料器冷态试验研究

在高度为3 m、直径为0.1 m的循环流化床冷态试验台上,通过测量不同工况下的系统压力及物料循环流率,研究了采用两级返料器时,不同压力平衡口位置对系统运行特性的影响,并对比研究了采用单级返料器和两级返料器结构形式循环流化床系统的运行特性。试验结果表明:当采用两级返料器时,在合理的压力平衡口位置范围内,相同工况下不同压力平衡口位置对系统运行特性影响不大;在相同的操作条件下,采用不同结构形式的返料器,系统物料循环流率的变化趋势基本一致,采用两级返料器结构形式时各级立管压降之和与采用单级返料器立管压降基本相同;利用压力的标准方差来表示压力脉动的大小,结果显示:采用单级返料器时,在提升管不同高度处和立管底部压力脉动均比较大,而采用两级返料器结构形式运行更加稳定。     

循环流化床中颗粒振荡循环现象的实验研究

颗粒的循环特性是循环流化床研究的重点及热点之一,在建立颗粒循环时,颗粒循环由非稳态向稳态过渡。本文在循环流化床实验装置中,采用摄像法和压力检测法研究了不稳定颗粒循环条件下颗粒流动结构和各段压降的变化情况。首次发现了不稳定颗粒循环状态下的颗粒振荡循环现象及其具有的两个特征:下降段、提升段气固流动结构呈周期性变化;下降段压降p_d和提升段压降p_r周期性波动且p_d>p_r和p_dr交替出现。进一步对颗粒振荡循环过程进行受力分析,建立了颗粒振荡周期的计算公式。研究还发现在颗粒藏量一定的条件下,循环气流量或颗粒循环段阀门开度大于某一临界值时才能诱发颗粒振荡循环;颗粒振荡循环周期随着循环气流量的增大而增大,与阀门开度无关。研究结果为动态颗粒循环建立过程的研究奠定了基础,有助于快速地建立颗粒的稳定循环。     

循环流化床U型回料阀的特性

实验对循环流化床物料回送系统的关键部件——U型回料阀的工作特性进行了研究，具体研究了系统中循环流率与主床流化风速和松动风量的关系，以及通过改变U型阀横段开口尺寸，研究横段结构特征对U型阀返料特性的影响。当主床流化风速不变时，随着松动风量的增加，循环流率先线性增大，然后基本保持恒定；当松动风量一定时，系统的最大循环流率与主床流化风速基本为线性关系；实验中得出最佳孔口面积约为料腿截面面积的25%。     

Full‐Loop Simulation of Gas‐Solids Flow in a Pilot‐Scale Circulating Fluidized Bed

In order to study the system hydrodynamics in a circulating fluidized bed (CFB), a 3D full‐loop simulation was conducted for a pilot‐scale CFB. The Eulerian‐Eulerian two‐fluid model with the kinetic theory of granular theory helped to simulate the gas‐solids flow in the CFB. The system hydrodynamics including pressure balance, vectors of gas and solids, distribution of solids holdup, and instantaneous circulating rates were obtained to get a comprehensive understanding of the system. It was predicted that the main driving force was the pressure drop of the storage tank. The storage height and valve opening were critical operating factors to control the riser operation. The effects of operating conditions including solids circulating rates and superficial gas velocity on the hydrodynamics were investigated to provide guidance for the stable operation of the CFB system.     

垂直筛板流化床中FCC催化剂的流化性能

以FCC催化剂颗粒研究垂直筛板流化床内构件对气固两相流化性能的影响,考察了板孔气速、颗粒循环量和帽罩开孔比等筛板结构对流化床压降和提升量强度的影响. 结果表明,气固两相总体逆流流动条件下,帽罩内气速达4 m/s,气固高速并流喷射无气泡,两相接触好、返混小,属快速流态化. 由于没有气泡,床层压力波动小,在塔板上颗粒返混小. 垂直筛板压降随板孔气速、帽罩底隙高度增大而增大,随帽罩开孔比、板孔径增大而减小,颗粒提升量大,床层压降大. 提升量强度随板孔气速、帽罩底隙高度、颗粒循环量增加而增大,随帽罩高度与塔节高度比增大而减少,随帽罩筛孔孔径变化存在最大值. 当帽罩开孔比为1.2~2.5、板孔面积与帽罩截面积比为0.42、帽罩底隙高与板孔孔径比为0.36~0.64时帽罩流化性能较好.     

循环流化床内颗粒的加速作用及气固两相间的动量交换

根据对气固两相流动特性的分析,表明在循环流化床提升管内,颗粒的加速运动及气固两相间的动量交换对床层各项参数具有明显的影响。由于颗粒聚集,减小了气固两相间的相互作用,使曳力系数小于单颗粒标准曳力系数(C_D/C_(DS)<1.0)。从而使颗粒具有较长的加速段,其加速压降在总压降中所占的分率不可忽略。考虑颗粒加速作用及由于颗粒聚集使气固两相相互作用力减小的事实后,用一维轴向稳态流动的模型可以获得截面平均空隙率、平均颗粒速度以及曳力系数等参数及其轴向分布规律,并与实验直接测定结果吻合很好。通过对大量数据的分析,表明C_D/C_(DS)可用下述经验关联式表示:C_D/C_(DS)=1.68(ε)~(0.253)(Re_(?)/Re_t)~(-1.213)(d_P/D)~(0.105)     

流化床冷模布风板数值模拟研究

利用计算流体动力学(CFD)软件包fluent,研究流化床反应器中的气流通过冷模布风板时压降过大的问题。采用正交数值模拟仿真实验对不同的开孔形式和不同的开孔直径进行研究,分析了流化床内的速度场、压力场,确定出:(1)布风板开孔直径越小,压降越大,但流化床内的速度场越容易达到稳定;(2)布风板中心处尽量不要开孔;(3)布风板开孔直径相同时,排列方式为等边三角形比正方形时压降更小。     

Experimental Investigation into the Hydrodynamics of Flow of Solids through a Loop Seal Recycle Chamber

The working of loop seal is one of the least understood aspects of a circulating fluidized bed boiler although this component is critical to the operation of such boilers. The present work is an experimental study of the flow of solids; through the recycle chamber of a loop seal in a circulating fluidized bed (CFB). The effect of different parameters on the velocity of solid overflow through the recycle chamber is investigated. The sharp‐crested weir theory of free surface water flow was used to analyze the solid flow through the loop seal. The analysis gives a good indication of the validity of the above theory for solids overflow over a weir. The results show that the solid flow rate increases with increase in bed height above the weir and the particle size had no effect on the value of the weir coefficient.     

循环流化床下料立管内气固两相流动状态与压力脉动的关系

在15 m高的大型气固循环流化床上对内径90和42 mm的下料立管内气固两相流的动态压力进行了测量. 实验结果表明,负压差下料立管内的气固两相流动存在着低频压力脉动,压力脉动的强度可以用动态压力的标准方差(Standard deviation, Sd)来表征,且与立管下料的流动状态密切相关. 立管下料的流动状态依据颗粒质量流量通量的大小有浓相输送状态和稀密两相共存两种状态. 浓相输送状态的压力脉动强度较大,是下行颗粒压缩其夹带气体引起气固两相强烈相互作用导致的;稀密两相共存状态的压力脉动强度较小,是密相段排料的不稳定性和稀相段较弱的气固相互作用共同引起的. 立管下料的压力脉动强度随颗粒质量流量通量的增加而增大,对于浓相输送状态,在实验操作范围内[Gs'=550~850 kg/(m2×s)],压力脉动的强度与立管下料质量流量通量近似成Sd=0.00875Gs'-4.77的线性关系.     

Critical Bed Height for Solid Circulation in a Compartmented Gas‐Fluidized Bed

The influence of design and operating parameters on minimum upstream bed height required for steady solid circulation across a compartmented gas‐fluidized bed has been studied. The partition plate in the compartmented bed is fitted with two pairs of V‐valve and riser with orifices in them. Silica sand of three different sizes, viz., 490 μm, 325 μm and 250 μm, has been used and the range of the aeration rate tested covers 1–3U_mf through the bed, 5–60U_mf through the V‐valve and 0–60U_mf through the riser. A model incorporating pressure balance across the circulation loop has been developed to analyze the experimental findings. Studies show the existence of a unique critical bed height for a given set of fluidization velocities through the bed, V‐valve, riser and the size of the solids.     

旋流筛板式气固挡板流化床内压力脉动特性

在表观气速Ug=0.04~1.14 m/s时,采用旋流筛板构型的挡板式内构件,通过对比分析旋流筛板式气固挡板流化床与自由床内流动现象、压差脉动标准偏差和压力脉动标准偏差等参数,确定了旋流筛板式气固挡板流化床能有效破碎气泡的流动与操作条件。结果表明,构件下方区域颗粒随表观气速增加而不断转移至构件上方床层,造成构件下方区域密相床层高度持续降低,该区域出现3种流动状态并直接决定构件是否能破碎气泡。当Ug<0.44 m/s时,构件下方区域密相床层料位较高,形成下部为密相床层、上部为密相与大气泡交替通过构件的鼓泡床,此时构件具有抑制气泡生长并破碎气泡的作用,全床压差脉动及压力脉动标准偏差低于相同条件下的自由床;当0.44≤Ug<0.66 m/s时,密相床层料位较低,形成下部为密相床层、上部为单一稀相的湍动床,此时构件不再直接抑制气泡生长或破碎气泡,但构件下方密相床层的存在能降低构件下方及构件上方一定高度内床层的压力脉动强度;当Ug≥0.66 m/s后,密相床层完全消失,形成气体为连续相的稀相流化状态,构件不能破碎气泡、降低床层压力和压差脉动强度。