加压导向管喷动流化床气化炉气体扩散规律研究

采用CO2作为示踪气体在内径200mm，高5m的全尺寸加压导向管喷动流化床中对床内气体扩散特性进行了研究，主要考察了操作参数（喷动气流率，流化气流率，操作压力，颗粒粒径和物性参数）对床内气体扩散的影响，归纳了喷动气旁路份额和流化气旁路份额随操作参数影响的试验关联式，可作为工程设计计算和实际操作的参考。     

增压导向式喷动流化床流动特性的试验研究

在内径２００ｍｍ，高３．５ｍ，６０°“Ｖ”形布风板的钢制试验装置上，采用密度为２４５０ｋｇ／ｍ３，粒径分别为（１．５～２．５）ｍｍ和（０．１～１．０）ｍｍ窄筛分玻璃珠，以及密度为２２００ｋｇ／ｍ３，粒径为（０．４５～６．０）ｍｍ的宽筛分溢流渣为物料，对各种压力下的导向式喷动流化床最小喷动流化速度、导向与环形区压降、中心喷泉高度以及颗粒循环量和气体旁路特性进行了试验研究。试验结果表明：最小喷动流化速度、导向与环形区压降以及中心喷泉高度与系统几何参数和操作参数密切相关，卷吸段气体射流的性质直接决定了颗粒循环量及其趋势，气体旁路的程度取决于卷吸段两股气流的相互作用。文章中用修正的弗劳德数归纳了中心喷泉高度试验关联式。     

二维喷动流化床内气体混合的实验研究

在300 mm×30 mm×2 000 mm的喷动流化床冷态试验台上,在喷动区和环形区分别采用CO和SO2作为示踪气体的方法,获得了不同喷动气流速和流化气流率这两个重要的操作参数下,不同床层高度上示踪气体的径向分布,考察了床内喷动区与环形区之间气体的混合特性。结果表明,示踪气体在不同床层高度的径向分布呈现较大的差异,并沿床层高度依次降低。在稳定的流动状态下,喷动气速度的增大,使喷动气向环形区的传质加强,也促进了流化气在环形区的混合;流化气流率的增大,气体由环形区向喷动区的传质大于由喷动区向环形区的传质,且流化气在环形区混合加强。在不稳定的流动状态下,气体的径向浓度分布曲线两边出现不对称。     

喷动流化床气体混合特性实验研究

在300 mm×30 mm×2 000 mm的喷动流化床煤部分气化炉冷态试验装置上,在喷动区和环形区同时采用了不同示踪气体的方法,获得了在不同喷动气流速和流化气流率这2个重要的操作参数下,不同床层高度上示踪气体的径向分布,考察了喷动区与环形区之间的气体交换特性和环形区的气体混合特性.结果表明,喷动气速度的增大,使喷动气向环形区的传质加强,也促进了流化气在环形区的混合;流化气流率的增大,气体由环形区向喷动区的传质大于由喷动区向环形区的传质,且流化气在环形区的混合加强.喷动气和流化气的浓度沿床层高度依次降低.此外,结合CCD拍摄的流动结构图像,从气相质量交换的角度对床内的气固流动特性进行了讨论.     

加压喷动流化床最小喷动速度的试验研究

在内径100 mm的有机玻璃冷模装置上进行了加压喷动流化床试验.床料直径为1.6 mm、2.3 mm的小米.研究了压力、静止床高及流化风对最小喷动速度的影响.试验结果表明:喷动流化床的最小喷动速度随压力的增大而减小,但减小幅度逐渐变小;静止床高增大,最小喷动速度增大,但床高的增加对最小喷动速度的影响随着压力的增大而减弱.流化风风量增加导致最小喷动速度降低.根据试验数据进行了线性回归,分别得出了uf=0和uf＞0(uf为流化风床内表观气速)时最小喷动速度的关联式,相关系数分别为0.964和0.920,关联式和试验值吻合较好.     

内旋流流化床换热埋管的传热特性

实验研究了内旋流流化床内水平埋管的对流换热系数，其特性与通常的流化床换热有很大差别。由于流动区较高速度的气流对于换热区的影响，在低于最佳流化速度的区间内，换热系数随流动区流化速度的上升而增加，曲线斜率下降，可以通过控制换热区的流化倍率来控制换热，对于维持适当的床温非常有利。在试验基础上，得出了内旋流化床埋管的换热系数关联式。     

加压导向管喷动流化床部分气化炉颗粒循环倍率的研究

以宽筛分的灰渣和2种不同粒径的窄筛分玻璃珠为实验原料，对加压导向管喷动流化床部分气化炉内颗粒循环倍率进行了试验研究。提出了导向管喷动流化床颗粒循环倍率和床内压降理论关系，分析了环形区的充气量在不同系统压力、导向管位置和喷动管直径对颗粒循环倍率增加因子的影响，在此基础上提出了预测颗粒循环倍率增加因子的试验关联式。结果表明：环形区充气后不仅改善了环形区的气固接触，而且显著增加了环形区和喷动区的颗粒交换，有利于床内气固非均相反应的进行。图10表1参10     

三维喷动流化床流动特性数值模拟

为了研究喷动流化床煤部分气化炉的气-固流动特性,采用三维欧拉多相流模型和颗粒动能理论相结合的数学模型,对一台直径100 mm的喷动流化床试验台进行了数值模拟研究.研究内容包括喷动流化床不同工况下内部射流的发展、气-固流动特性、典型工况下气体速度分布、颗粒速度分布以及由于颗粒碰撞引起的颗粒相压力分布.模拟结果表明:典型工况下,当喷动风与总风的比例为50%时,流场有利于煤气化;气体曳力和颗粒碰撞对环形区颗粒特别是靠墙区颗粒的运动影响很大.为了验证模型的合理性,采用文献中的试验工况进行计算,计算结果和文献中的测量值吻合较好.     

增压导向式喷动流化床流动特性的数值模拟

采用双流体模型对增压导向式喷动流化床内喷动区和环形区气固运动速度和空隙率进行数值模拟。计算结果表明,喷动区颗粒速率在初始阶段急剧上升而气体速度则急剧下降,进入导向管后趋于平缓,而且颗粒加速程度不写系统压力有关,还形区气体速度在卷吸段增大,进入隔离流区后保持不变,而颗粒下降速度一直保持不变,喷动区的空隙率在卷吸段下降,进入导向管后又开始上升。     

不同进气方式的流化床内颗粒混合特性的数值模拟

为了从微观角度分析不同进气方式的流化床内颗粒的运动机制,利用计算流体力学与离散单元法相结合的方法,采用Gidaspow曳力模型实现气固两相间的耦合,对不同进气方式的流化床进行数值模拟,采用Lacey混合指数等对颗粒的混合状态进行定性和定量分析,并探讨了气体速度参量对混合特性的影响。结果表明:喷动流化床内颗粒混合特性受喷口气速和流化气速的综合作用;存在喷动气的工况,其最终混合状态比均匀进气的工况好;在存在喷动气的前提下,引入流化气会导致床体的死区变小,且流化气速越高,死区越小;在特定的模拟工况下,存在一个最佳流化气速,使得颗粒混合质量最好。