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.     

气固循环流化床负压差下料立管的压力脉动特性

通过对气固循环流化床负压差下料立管的压力测量，分析了立管下料过程的压脉动特性。负压差下立管内的颗粒由立管上部的低压端流向下部的高压端的过程中，对所夹带的气体产生压缩导致了立管内气固两相流动的不稳定性，表现为立管压力的脉动以及颗粒下行速度的波动和密度分布的不均匀。压力脉动的幅度随负压差的增加而增大。     

不同充气条件下密相输运床返料系统气固流动数值模拟

采用计算颗粒流体力学对密相输运床返料系统内的气固流动行为进行了数值模拟,分析了曳力模型和颗粒最大堆积浓度等参数对模拟结果的影响,确定了合适的模型参数。通过对比3组工况的模拟结果,获得了与实验结果基本一致的立管压力分布和固体循环流率随充气条件的变化规律,并分析了立管内压力梯度分布、气体流动方向、颗粒浓度分布等。结果表明立管充气口处压力梯度绝对值为局部最大值;当立管充气口气量为零时,会使充气口上方一段距离的压力梯度绝对值较小;充气量增大到一定值时会在充气口附近形成明显的气泡。当缺少立管高位充气时,会导致立管下部区域形成大的压力梯度,增加颗粒下落阻力。充气松动颗粒的作用仅对充气口附近区域有一定影响,更大的作用是在立管内形成均匀的压力梯度分布,使立管内气固流动状态保持上下一致。在制定充气方案时,应根据固体循环流率确定立管压降,补充合适气体量以维持气体下行速度均衡,使得各段的平均压力梯度相同。     

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.     

不同充气条件下密相输运床返料系统气固流动数值模拟

采用计算颗粒流体力学对密相输运床返料系统内的气固流动行为进行了数值模拟,分析了曳力模型和颗粒最大堆积浓度等参数对模拟结果的影响,确定了合适的模型参数。通过对比3组工况的模拟结果,获得了与实验结果基本一致的立管压力分布和固体循环流率随充气条件的变化规律,并分析了立管内压力梯度分布、气体流动方向、颗粒浓度分布等。结果表明立管充气口处压力梯度绝对值为局部最大值;当立管充气口气量为零时,会使充气口上方一段距离的压力梯度绝对值较小;充气量增大到一定值时会在充气口附近形成明显的气泡。当缺少立管高位充气时,会导致立管下部区域形成大的压力梯度,增加颗粒下落阻力。充气松动颗粒的作用仅对充气口附近区域有一定影响,更大的作用是在立管内形成均匀的压力梯度分布,使立管内气固流动状态保持上下一致。在制定充气方案时,应根据固体循环流率确定立管压降,补充合适气体量以维持气体下行速度均衡,使得各段的平均压力梯度相同。     

垂直立管中颗粒移动床蠕动流动特性的实验研究

在无负压差的环境下,采用PV6D型颗粒速度测量仪,考察了垂直立管中FCC催化剂颗粒移动床的蠕动流动特性. 结果表明,颗粒质量流率较小时立管中颗粒流动具有明显的蠕动流动特性,可划分为两种流态,拟气固雷诺数Re<500时为间歇式蠕动流动,5004000时颗粒的蠕动流动转变为密相流化流动. 立管中颗粒的蠕动流动主要是出口区颗粒成拱与崩塌交替进行产生的,其次为颗粒与器壁滑动摩擦力的不稳定性变化起作用. 微观上颗粒流动的蠕动行为是颗粒之间力链作用变化的结果.     

垂直立管中催化剂流动特性的实验研究

对垂直立管中催化剂的流动性能进行了实验研究,测定了各种操作条件下立管中的轴向压力分布、催化剂循环速率以及附加吹气的影响. 实验结果表明,立管中的气固流动存在分别处于负压差下移下流区的"脱气段"和处于正压差下移下流区的"持气段"两种流动状态;下料阀开度对固体循环流率有明显的约束作用,且使"持气段"总压降增加较"脱气段"更为明显;对立管引入附加吹气有明显的增压作用,并使立管的压力分布有较大的改变. 根据实验结果及分析,对垂直立管的管形设计和催化剂在垂直立管中的密相输送提出了分析与建议.     

SCX超细分级机进料管内气固两相流数值模拟

以两相流理论为基础,对SCX超细分级机进料管改进后内部的气固两相流动特性进行了数值模拟。分析了气相压力、速度、湍动能和固相颗粒浓度的分布情况,得到了进料管内气固两相的分布规律。结果表明,加入导流片之后,进料管内气相压力、速度、湍动能径向梯度减小,偏流现象减弱;导流片阻碍了固相颗粒的横向运动,改变了颗粒的运动轨迹,使得颗粒浓度分布更加均匀,为后续的分级提供了良好的基础。     

气固两相流动的LDV测试技术研究与实施

介绍了气固两相流动的ＬＤＶ测试方法和有关技术。并对方管内网栅后气固两相流动进行了测量，固相颗粒平均粒径Ｄｐ＝９００μｍ，颗粒质量分数α＝０．２０５％、０．３０％。试验给出了管内不同断面上气流及颗粒速度分布情况，通过与纯气流条件下的试验结果比较，分析了不同质量分数的颗粒对气流速度结构的影响，并对同样条件下的颗粒与气流速度分布进行了比较。     

负压差立管气固流动的不稳定性实验分析

负压差立管内气固两相流具有流动的不稳定性,比较典型的是颗粒流量的不稳定性. 实验表明这种不稳定性主要有两种形式,一种是流量偏移,流量从一个值逐渐或突然转变为另一个值,这种现象一般发生在立管的入口或出口,是颗粒失流化架桥产生的;另一种是流量振荡,流量在一定的范围内发生波动变化,即低频脉动流动,这是颗粒逆压力梯度流动压缩气体造成的. 负压差立管气固流动的不稳定性对工艺过程的运行具有潜在的危害性.     

Solid concentration and velocity distributions in an annulus turbulent fluidized bed

Solid concentration and particle velocity distributions in the transition section of a?200 mm turbulent fluidized bed (TFB) and a?200 mm annulus turbulent fluidized bed (A-TFB) with a?50 mm central standpipe were mea-sured using a PV6D optical probe. It is concluded that in turbulent regime, the axial distribution of solid concen-tration in A-TFB was similar to that in TFB, but the former had a shorter transition section. The axial solid concentration distribution, probability density, and power spectral distributions revealed that the standpipe hin-dered the turbulence of gas–solid two-phase flow at a low superficial gas velocity. Consequently, the bottom flow of A-TFB approached the bubbling fluidization pattern. By contrast, the standpipe facilitated the turbulence at a high superficial gas velocity, thus making the bottom flow of A-TFB approach the fast fluidization pattern. Both the particle velocity and solid concentration distribution presented a unimodal distribution in A-TFB and TFB. However, the standpipe at a high gas velocity and in the transition or dilute phase section significantly affected the radial distribution of flow parameters, presenting a bimodal distribution with particle concentration higher near the internal and external wal s and in downward flow. Conversely, particle concentration in the middle an-nulus area was lower, and particles flowed upward. This result indicated that the standpipe destroyed the core-annular structure of TFB in the transition and dilute phase sections at a high gas velocity and also improved the particle distribution of TFB. In conclusion, the standpipe improved the fluidization quality and flow homogeneity at high gas velocity and in the transition or dilute phase section, but caused opposite phenomena at low gas ve-locity and in the dense-phase section.     

ON THE USE OF CHOKING AS A BOUNDARY FOR FAST FLUIDIZATIONSIMULATION OF COUNTER-DIFFUSIONAL MASS TRANSFER

Fast fluidization is widely regarded as a flow regime between the dilute and dense-phase transport regimes in upward flow of gas-particle suspensions where choking does not occur and the system is insensitive to changes in superficial gas velocity and solids flux. Among the attempts in recent years to predict the boundaries of the fast fluidization regime, the use of the concept of choking appears to be most popular. This paper examines the validity of the use of choking as a boundary for fast fluidization. It is shown that this approach arises from the confusion in the definition of choking. Alternative methods are discussed which would enablebetter prediction of the boundaries of fast fluidization.     

On the use of choking as a boundary for fast fluidizationsimulation of counter-diffusional mass transfer

Fast fluidization is widely regarded as a flow regime between the dilute and dense-phase transport regimes in upward flow of gas-particle suspensions where choking does not occur and the system is insensitive to changes in superficial gas velocity and solids flux. Among the attempts in recent years to predict the boundaries of the fast fluidization regime, the use of the concept of choking appears to be most popular. This paper examines the validity of the use of choking as a boundary for fast fluidization. It is shown that this approach arises from the confusion in the definition of choking. Alternative methods are discussed which would enablebetter prediction of the boundaries of fast fluidization.     

CFB煤燃烧／热解双反应器立管内气固流动模型分析

在循环流化床（CFB）煤燃烧／热解双反应器冷态实验装置上,以硅胶和电厂锅炉灰为实验物料,考察了立管内的气固流动特性,其中立管的内径44mm、高3m。研究结果表明,立管内的气固流动形态为移动床流动,Leung的立管流动模型适合对该系统中立管内移动床流动的描述,经拟合分别得到了立管内气、同速率以及气同相对速率与固体速率之间的经验方程,对热态实验过程中判断立管内的气固流动型态以及料封的稳定性均具有一定的参考价值。     

循环射流流化床立管中气固流动实验研究

立管是气固循环系统的重要组成 ,其复杂性在于存在着各种流动体系。实验中循环射流流化床选用的循环立管结构是在其末端安置水平挡板作为限流构件 ,考察了水平挡板高度、加料量、射流气速等对立管料柱平衡高度的影响 ;采用气体示踪法测定了颗粒在立管中的流动速度和气体速度 ,并与立管中空隙率进行了关联 ,进而提出预测循环立管移动床流动状况的方法