增压流化床热态临界流化速度的实验研究

在内径80 mm的加压热态流化床实验台上,测量不同粒径的石英砂和陶粒砂两类实验物料在压力（0.1～0.6 MPa）和温度（20～800℃）范围内的最小流化速度umf。实验结果表明：在相同的温度下,最小流化速度随压力的增加而减小,而在相同的压力下,温度对最小流化速度的影响随床料种类的不同而有明显的差别。较全面地总结了文献中已有的umf经验关联式,发现umf计算值与本实验值偏差较大。基于厄贡方程和文献中已有的关于最小流化空隙率的实验结论,给出了确定增压流化床热态最小流化速度的合理计算步骤。该方法的预测值和实验值的相对误差在10%以内,为增压流化床反应器的设计和运行提供较可靠的参考依据。     

喷动流化床气固流动特性试验研究

在一喷动流化床冷态试验装置上,采用压力信号与快速摄像图像分析相结合的方法,研究喷动流化床气固流动特性;基于床内压力分布特征,提出将喷动流化床沿床高方向划分为3个流型区域:喷动段、鼓泡段和悬浮段,得出床内气固流动机理;研究并考察了喷动风、流化风速度对床层压降、空隙率、以及床内气、固内循环的影响,认为喷动风速度Us应低于最小喷动速度Ums,适当地增加流化风速度Uf,延长气体在床内的停留时间;增加流化风率有利于加强床内中心射流区和环形区气体的扩散和颗粒混合,提高气、固反应速率;喷动风速度对床内气、固内循环起着关键作用。     

热态临界流化速度研究

在内径80mm的鼓泡流化床实验台上,测量了3种粒径范围(0.18~0.315、0.25~0.35、0.28~0.45mm)的石英砂颗粒在室温及高温(250~850℃)下的临界流化速度umf。结果表明:umf在测试范围内基本不随温度变化,随床料粒径的增大而增大。较全面地总结了文献中已有的umf经验关联式,发现室温下umf计算值与试验值偏差不大,但高温下,2者相差较大。基于试验数据拟合得到新的计算umf的经验公式,公式预测的临界雷诺数Remf与试验测得的Remf的离散程度在10.06%之内,为流化床反应器的设计和运行提供了可靠的依据。     

利用压力波动测定流化床燃烧室内气泡直径分布的研究

本文提出了在自由鼓泡流化床中,以压力波动统计分析来确定气泡直径分布的一种测量方法。在一石灰石颗粒床的冷态流化及燃用高挥发分A型烟煤的流化床燃烧室中,在U_o/U_(mf)=1.1～5.0的范围内进行了气泡直径分布的测定,并得到了良好的结果。以压力波动来测定气泡直径分布的优点是探针简单牢靠,非常适合于在流化床燃烧室的恶劣环境下使用。     

增压富氧气氛下临界流化速度的计算研究

利用实际气体方程对3种气氛(空气,21O2/79CO2,30O2/70CO2)、两类颗粒(Geldart B和Gel-dart D),在温度范围20～1 000℃,压力范围0.1～4.0 MPa下,计算分析了气氛、粒径、压力和温度对临界流化速度Umf的影响。计算结果表明:随着压力的升高,Umf不断减小;随着温度的升高,Umf先增大后减小,且床层压力越大,达到峰值所需的温度越高。富氧气氛下Umf比空气下小,且粒径越大,Umf越小。模型计算与实验结果吻合较好,为增压富氧气氛下Umf的计算提供了参考。     

生物质流态化燃烧黏结失流特性分析

在750～950℃温度下,通过床层压差和床层温度的分析,分别对小麦秸秆压缩成型颗粒在鼓泡流化床和循环流化床实验装置上的黏结失流特性进行了分析。在鼓泡流化床燃烧中,黏结失流伴随着床层压差的突然下降和床层温度的迅速上升;不同床料,黏结失流现象类似,但床层压差下降速率和床层温度上升速率不同;在循环流态化燃烧中,当黏结失流现象发生时,密相区和稀相区压差同时突然降到零,同时炉膛温度迅速升高,炉膛出口和返料器温度急剧降低。鼓泡流态化和循环流态化下黏结失流的本质是床料颗粒之间的黏结导致流化失败,区别在于前者初始床料黏结失流发生在床内,后者初始床料黏结失流发生在分离器锥段和返料腿。实验表明:床层压差和温度变化能够作为判断生物质流态化燃烧黏结失流现象的依据。     

双循环流化床颗粒循环流率实验研究

为实现颗粒循环流率的合理控制,在自行搭建的双循环流化床系统上对鼓泡床流化风速、快速床总风速和配风比、鼓泡床静床层高度、颗粒平均粒径等控制参数对颗粒循环流率的影响进行了研究,基于附加动量算法、Levenberg-Maraquardt算法和遗传算法3种不同的权值优化算法,建立了BP神经网络优化模型,并比较了模型预测值与实际值间的误差。研究结果表明:颗粒循环流率受鼓泡床流化风速变化影响较小;颗粒循环流率随快速床一次风比、总风速和鼓泡床静床层高度的增加而增加,随颗粒平均粒径增大而减小;基于遗传算法优化的BP神经网络在对测试样本测试时平均误差为0.436 5%,标准方差为0.064 1,预测值与实验值比较吻合,为较优的BP神经网络模型。     

流化床横向波动特性实验研究

大型循环流化床锅炉在低负荷运行时存在床压横向波动的现象。为了分析气固流化床横向波动的产生机理及影响因素，搭建可加载横向扰动的冷态鼓泡流化床实验装置，通过调速电机和连杆机构带动流化床本体产生横向周期运动，使气固两相流系统在受迫状态下产生横向波动，探究在不同扰动频率和流化风速下床压波动特性。实验结果表明:流化风速为0.72 m/s，无横向扰动时，床层压力和风室压力存在频率相同且相位一致的压力波动；随着扰动频率的提高，床层压力波动幅度明显增加，但是当扰动频率超过1.13 Hz后，压力波动出现下降趋势，说明此时扰动频率在气固流态化系统波动的固有频率处，床压波动幅度达到最大值；实验结果与固有频率机理模型计算结果吻合较好；风速降低到最小流化风速以下，由于布风均匀性差，床层两侧压力波动特性出现明显差异。本文研究结果对循环流化床锅炉布风系统设计和一次风量控制具有一定的参考价值。     

循环流化床一体化污泥干化焚烧工艺的冷态实验研究

采用一种新型的循环流化床污泥干化焚烧一体化工艺,设计建造了冷态实验装置,进行实验研究。实验装置中,鼓泡流化床干化器与直径150 mm、高3 500 mm的循环流化床主床耦合,实验用气动控制阀为左右非对称结构。实验结果表明:系统中直接返回主床和通过干化器返回主床两个循环回路之间的压力耦合关系是系统稳定运行的关键;主床流化速度的变化对系统循环流率及气动控制阀两侧返料流率的影响趋势一致,但干化器侧与主床侧的循环流率的变化速率不同;气动控制阀两侧返料管所连压力平衡管对循环流化床一体化污泥焚烧系统稳定运行非常重要。     

旋流流化床密相区埋管传热的冷态试验研究

在自建的旋流流化床冷态实验台上，采用基于微型热流密度感应薄膜制成的传热探针，测量了旋流流化床中埋管与床料的传热系数，研究流化风速、颗粒粒径、探针位置和密相区二次风射流等因素对埋管传热系数的影响。结果表明：当流化风速超过最小流化风速，传热系数随流化风速的提高迅速增加，并且会达到最大值，然后会稍有下降；传热系数沿探针的周向是变化的，背风面的传热系数总体上比迎风面的大；垂直于旋流方向布置探针的纵向传热系数高于平行旋流方向布置的横向传热系数，合理的颗粒级配和二次风射流有利于旋流的形成和传热效果的增强。