稀相输送床中气固两相运动及换热特征

本文针对输送床颗粒加速段气固两相对流换热系数和温度二者均连续变化的实际,建立了Biot小于0.1时的群颗粒非稳态对流换热数学模型,可求解气固有效换热时间,结合颗粒运动方程,能确定出有效换热管的高度。 数学模型的理论计算、热模试验及现场实测均表明,水泥生料粉和高温气流的换热主要发生在加速段的起始区,其距离不超过20cm,时间不大于0.03s。因而指出降低各级预热器输送管的长度、增加预热器的级数是提高热效率的重要途径。     

气流干燥器分段设计的通用模型及计算方法

气流干燥器在工农业生产中有广泛的应用。目前,有关气流干燥器设计的方法有多种。本文在夏诚意法的基础上,利用气-固两相流动及传热的理论,建立了直管型气流干燥管设计的通用数学模型。模型针对干燥过程中物料恒速干燥与气力输送过程中颗粒加速运动之间的不同关系,将气流干燥过程分为四段:颗粒第一加速段(预热段)、颗粒第二加速段、颗粒第三运动段(分两种情况讨论)以及颗粒匀速段。模型综合考虑气固相对雷诺数Rer在过渡区、湍流区的情况,对一般气流干燥过程具有一定的普适性。利用本文数学模型编程设计,计算结果与实际吻合较好。     

“五级+”串并联耦合重构换热技术开发

以水泥生产陶氏3C碳中和理论作为指导，研发预热器高效换热过程减碳技术。在常规预热器优化换热技改的基础上，结合局部高固气比原理，开展预热器基础换热研究开发。研发“五级+”串并联耦合重构换热技术，提高固气比及增加换热次数，用相对低的系统改造成本，提高预热器系统换热效率，C1预热器出口温度较技改前降低约40℃，能进一步促进烧成系统节能降碳。     

分散装置对输送床换热管冷态模型内物料浓度分布影响的试验研究

根据气固两相流在预热器输送床换热管冷态模型内的运动规律,设计开发了三种不同结构参数的分散装置.采用光纤浓度探头针PV-4和高速摄影仪,对装有三种散料装置的输送床换热管冷态模型内的物料运动加速段轴向方向的4个截面,进行了物料运动状态和径向浓度分布规律的试验研究,研究发现:在加速段区域,物料同气流间存在较大的相对运动速度,且湍流强度大,空间浓度变化最明显.当物料运动到加速区域上部,浓度分布呈现出径向中心区域低而边壁高的不均匀分布规律,换热管中心区的颗粒浓度分布曲线较平坦,由中心向边壁靠近,物料浓度单调递增,且近壁处分布曲线变陡.三种散料装置均改善了物料在换热管内部的冲料现象,物料空间浓度分布更加均匀,通过综合对比,发现2#散料装置的分散效果最为理想.     

预热器换热管内粉体物料轴向浓度分布的试验研究

采用光纤探头针对7个不同高度的预热器换热管截面做粉料轴向相对浓度分布测试.研究发现,沿换热管下料点断面向上,同一径向位置的颗粒浓度总是不断减小.换热管边壁区颗粒浓度沿轴向位置升高而减小远比中心区域迅速,当表观气速较小或物料负荷率较高时此现象尤为明显.随换热管截面高度的增高,气固两相流场发展逐步充分而趋于稳定,两者的相对运动速度逐渐变小.气流沿轴向的湍动逐步减弱,中心区和边壁区的颗粒浓度的差异逐渐缓和.改变操作条件对同一轴向断面边壁区颗粒浓度的影响较大,对中心区颗粒浓度的影响较小.增大系统的固气比,轴向不均匀性增大,物料下冲高度增大.     

水泥熟料换热模型的研究

针对高温水泥熟料具有堆积颗粒多孔质特性,将多孔介质渗流换热理论引入到熟料换热研究中,并考虑到热弥散效应对多孔介质强化换热的影响,建立了适用于高温水泥熟料冷却过程的气-固换热三维物理数学模型,在满足工程精度要求前提下,简化为更易求解和适于工业应用的一维非稳态换热模型.同时对其解法进行了相关研究,并通过模拟仿真验证了所建物理数学模型的正确性.     

非均质移动颗粒床的渗流换热模型与数值模拟

针对非均质移动颗粒床的换热过程,建立了其渗流换热的数学模型,提出了COADI-GS算法,采用此算法对移动颗粒床的气固换热过程进行流热耦合数值模拟。通过对均质与非均质这两种不同移动颗粒床换热模型的仿真结果进行比较,发现两者的床内温度分布有较大差异,非均质移动颗粒床模型能更为准确地描述床层内的渗流换热过程。计算结果表明,供风压力的增加虽有利于熟料颗粒的冷却,但会降低回收风的温度;颗粒温度随床层移动速度的增加而升高,近似为线性关系。     

快速流化床内颗粒加速运动段长度

本文根据对快速流化床内气固两相流动的分析,确定压力沿床高分布的非线性变化区域为颗粒的加速运动段。通过对大量实验数据的分析,得到了颗粒加速段长度及其随操作条件,气固物性以及床层直径等因素的变化规律。结果充分表明,在快速流态化区域内,颗粒的加速作用是非常明显的。     

立筒预热器工作原理的研究

本文对Krupp型正锥缩口的水泥生料预热器的工作原理,包括喷射气体的流型、物料在立筒内运动过程、落料的分散、气固两相在立筒内的传热方式与速率、气固分离以及物料在立筒内停留时间的概率分布等实质性问题,在理论分析和模型试验的基础上进行了比较深入的探讨,修正了过去将立筒预热器归入逆流换热类型的传统看法。明确指出立筒是以同流为主的多级换热设备。并归纳出若干基本认识和概念。基于这些新概念,作者对于立筒预热器的操作和结构改进提出了一些看法。     

立筒预热器工作原理的研究

本文对Krupp型正银缩口的水泥生料预热器的工作原理,包括喷射气体的流型、物料在立筒内运动过程、落料的分散、气固两相在立筒内的传热方式与速率、气固分离以及物料在立筒内停留时间的概率分布等实质性问题,在理论分析和模型试验的基础上进行了比较深入的探讨,修正了过去将立筒预热器归入逆流换热类型的传统看法。明确指出立筒是以同流为主的多级换热设备,并归纳出若干基本认识和概念。基于这些新概念,作者还对立筒预热器的操作和结构改进提出了一些看法。     

给水预热器及膜式水冷壁对注汽锅炉热效率的影响

提出多种注汽锅炉改进方案,包括去除给水预热器、辐射段采用膜式水冷壁和在只具有烟气转向作用的过渡段增设膜式水冷壁。通过热力计算综合对比不同改进方案对注汽锅炉热效率、排烟温度、换热温压及燃料消耗量等重要参数的影响,并确定最佳改进方案。结果表明:去除给水预热器可以大幅提高油田注汽锅炉热效率。辐射段与过渡段采用膜式水冷壁对排烟温度影响较小,但可以有效降低对流段入口烟温,降低对流段管子超温烧毁的几率。     

粉体悬浮预热器热效率的理论

由充分分散的水泥生料粉颗粒与高温气流在悬浮预热器中的热交换是瞬间完成的基本事实出发，本文从理论上推出了单级、二级和多级粉体预热器热效率春它们最大值的解析式。指出粉体预热器的热效率与气固两相起始温度、固气比、各级预热单元的分离效率、气固两相的性参数及预热器的级数等有关。应用上述解析式可得最佳设计和最优操作参数。     

天然气预热器管穿孔的原因和处理

1979年,我厂老系统合成氨装置一段转化炉对流段内的天然气预热器发生穿孔事故,穿孔位置在换热管光管部分正下方。天然气预热器有三组管束,垂直排列在对流段里,穿孔的管孔是三组中最下方的管子。换热管是带翅片的管子,材质为ASTMA106GRADEA,管内压力为19.61×10~5Pa,管子试验压力为41.58×10~5Pa。     

节能型立式热虹吸再沸器的模拟

为了提高再沸器的用能效率，特将固体颗粒引入立式热虹吸再沸器的管程形成气－液－固多相流系统，以强化传热，并提出了该节能型立式热虹吸再沸器的数学模型。模拟计算表明，流态化技术的引入能够强化再沸器的传热，减小换热面积或系统的有效能损失。颗粒的密度对传热的影响较大，其增加可使管内传热系数增大；随着固含率的增加，管内传热系数增大；随着粒径的增加，管内传热 数先增加后减小，有一极大值，颗粒密度的增加可使该极值增大并出现得更早。     

喉管式等离子体裂解煤反应器的气固流动与混合行为模拟

等离子体裂解煤的反应器结构影响气固混合效果。运用计算流体力学(CFD)的FLUENT软件对喉管式反应器内等离子体射流和煤粉的气固流动和混合行为进行了初步的数值模拟,对颗粒在反应器内的加速历程进行了描述,并与传统的直管式反应器进行了比较。结果发现喉管式反应器可以分为混合段和反应段两部分,它特殊的结构设计能够增加煤粉颗粒的入射深度,延长颗粒与气流的作用时间,增大气固两相的接触面积。结合小试结果证明了模拟结果的可靠性。最后讨论了反应段尺寸对流场的影响,表明较小的渐扩比可以减小回流区的范围,选择合适的管径与管长可以获得煤粉与射流的最佳接触时间。     

中国水泥工业烧成系统技术升级路线图之预热器现状与创新性改造

预热器出口温度偏高的现象比较常见。下料管的布置决定着物料的分散程度,物料分散度差,预热器换热不佳,是造成预热器出口温度高的主要原因。预热器出口温度与下料管温度相差大,"热风"与"冷料"换热不充分,亦是预热器换热不佳的体现。物料分散不佳,造成预热器压力损失增大。因此,当上下两级预热器压差大时,其温差小,换热不佳;反之亦然。应改造下料管的结构形状以及下料管和翻板阀的位置。解决预热器出口温度偏高的现象,还可采用创新性地减少一级预热器的两级高固气比预热器系统。     

气固流化床外取热器内流动和换热特性分析

外取热器是维持催化裂化反应-再生系统热平衡和保持装置平稳运行的关键设备之一。外取热器的优化设计和合理调控，要求深入理解外取热器内的流动特性、换热特性及两者之间关系。在一套大型冷模热态实验装置上，分别考察了表观气速、颗粒质量流率对换热管附近的局部固含率和气泡频率、床层与换热管间传热系数的影响。结果表明：增加表观气速可以降低局部固含率、增加局部气泡频率、强化床层与换热管间换热；随着颗粒质量流率增加，局部固含率和局部气泡频率均增加；在较低表观气速下，增加颗粒质量流率不利于换热，而在较高表观气速下，传热系数随颗粒质量流率逐渐增加。不同流型下，气固流动特性对换热特性的影响不同。在鼓泡床流型下，过高的局部固含率不利于颗粒在换热表面的更新，增加换热管附近的局部气泡频率可以明显强化换热；而在湍流床流型下，换热管附近的局部固含率和气泡频率的增加，均使传热系数逐渐增大。建立了针对不同流型的换热经验关联式，预测值与实验值的平均相对偏差分别为6.9%和1.3%。     

高温熔融高炉渣颗粒相变冷却特性分析

采用温度法模型对高温熔融高炉渣颗粒的相变冷却特性进行了分析,考虑颗粒固液相热导率随温度的变化及颗粒与环境的辐射换热,获得了高温熔渣颗粒内的温度分布以及相界面位置随时间的推移过程。讨论了变热导率、换热条件、颗粒尺寸,冷却流体速度和温度对相变冷却过程的影响,结果表明：热导率的变化使得颗粒冷却凝固时间延长,高温辐射换热极大加快了冷却速率;颗粒直径增加,相界面移动速度降低,凝固时间增加;冷却流体速度增加,温度降低,相界面移动速度增加,凝固时间缩短。     

高温熔融高炉渣颗粒相变冷却特性分析

采用温度法模型对高温熔融高炉渣颗粒的相变冷却特性进行了分析,考虑颗粒固液相热导率随温度的变化及颗粒与环境的辐射换热,获得了高温熔渣颗粒内的温度分布以及相界面位置随时间的推移过程。讨论了变热导率、换热条件、颗粒尺寸,冷却流体速度和温度对相变冷却过程的影响,结果表明:热导率的变化使得颗粒冷却凝固时间延长,高温辐射换热极大加快了冷却速率;颗粒直径增加,相界面移动速度降低,凝固时间增加;冷却流体速度增加,温度降低,相界面移动速度增加,凝固时间缩短。     

气固下行流化床反应器Ⅱ气固两相的流动规律

气固下行流化床反应器气固两相流动过程是比较复杂的，沿轴向气固两相运动可分为第一加速、第二加速和恒速３个运动段，沿径向局部气体速度、颗粒速度和颗粒浓度都具有不同程度的不均匀性。而这种不均匀性是由气固两相顺重力场湍动运动所决定的。和循环床提升管相比，下行管反应器气固两相沿径向分布的不均匀性得到有效地改善，气固可以实现超短接触操作，因而是一种新型高效气固超短接触反应器