多段分级转化流化床提升管速度场的研究

针对流化床煤气化过程中需要长气固接触时间和高固体浓度,开发了耦合灰熔聚流化床和提升管的多段分级转化流化床。为了研究多段分级转化流化床提升管中局部颗粒速度的径向、轴向分布,在不同的操作条件下,采用PV-6型颗粒速度测量仪在冷态实验装置中系统测定提升管内局部颗粒速度。实验结果表明:提升管中任何径向、轴向位置的颗粒速度随着操作气速的增大而增大,随循环量的增加而减小。操作条件对中心区颗粒速度变化的影响明显高于边壁区。颗粒的加速首先发生在提升管中心区域,然后向边壁区域扩展。颗粒速度径向分布的不均匀性沿轴向逐渐增大,并且受操作气速影响比较大。     

耦合流化床提升管流动结构及边壁层厚度的研究

在射流流化床与提升管耦合的多段分级转化流化床冷态实验装置上,采用压力传感器和PV-6型颗粒速度测量仪,对提升管流动结构和边壁层厚度进行了系统研究。结果表明,一定的操作气速下,固体循环量增加使提升管中气固流动状态从稀相气力输送过渡到快速流态化区域。当提升管处于快速流态化区域时,一定固体循环量下,表观气速增加使提升管轴向各个位置的边壁层厚度减小;一定气速下,固体循环量增加使提升管各个截面的边壁层厚度增加,且低气速时提升管各个截面的边壁层厚度随固体循环量增加的程度明显高于高气速时。拟合得到了边壁层厚度与截面平均固体浓度的关系式,较好地预测了快速流态化区域内边壁层厚度随截面平均固体浓度的变化关系,该表达式的计算值和实验值吻合较好。     

多段分级转化流化床提升管中颗粒聚团特性的研究

采用PC6D型颗粒浓度测量仪,在多段分级转化流化床冷态实验装置上,测量了提升管中局部固体浓度,对颗粒聚团特性进行了实验研究。结果表明:径向上絮状物的时间分率Fc和絮状物内的颗粒浓度εsc在床层中心区(r/R0.6)较低,而在边壁区(r/R0.8)相对较高。提升管所有截面上各径向位置的Fc和εsc均随表观气速urg的减小和/或固体循环量Gs的增加而增加,轴向上操作条件对底部加速段Fc、εsc的影响明显高于对上部充分发展段Fc、εsc的影响;径向上操作条件对中心区Fc、εsc的影响显著高于对边壁区Fc、εsc的影响。在絮状物颗粒浓度0到εsmf范围内,得出絮状物内的颗粒浓度εsc与该处相应的局部颗粒浓度εs的变化关系式为εsc=3.33εs0.8。     

60米高矩形截面循环流化床内物料分布冷态试验

为研究超高提升管内的气固流动特性,依托四川白马电厂600MW超临界循环流化床锅炉现有钢架,将原有60m高的提升管冷模试验台的上部20m改为矩形截面的循环流化床提升管试验台。本文重点研究了提升管流化风速对上部颗粒浓度的轴向/截面分布特性及其影响因素。试验结果表明：颗粒浓度和颗粒粒径的分布特性与流化风速和几何结构密切相关,在一定初始床料高度下,随着风速的增加,提升管上部的空隙率沿轴向先不变然后减少,并最终呈现倒C形分布;截面浓度从均匀分布逐渐变为近短边壁处的颗粒浓度要明显大于近长边壁处的不均匀分布;平均颗粒粒径则随风速的增加而增大,沿截面分布均匀,但是沿提升管高度方向平均颗粒粒径沿轴向会略微减小,且提升管上部近短边壁的颗粒粒径要稍小于近长边壁的。     

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.     

气固循环床提升管内的局部颗粒浓度及流动发展

采用反射式光纤浓度探头对f100mm×15.1m循环床提升管8个轴向截面上11个径向位置的局部颗粒浓度进行了测量, 分析研究了颗粒浓度径向分布的不均匀性及其沿轴向的发展变化。结果表明:提升管内气固两相流的发展并不同步,而是一个由核心区向边壁区逐渐扩展,并最终达到总体充分发展的过程,该过程主要受边壁区发展过程所控制;相对于核心区,边壁区的发展不仅显著缓慢,而且受操作条件的影响也较显著。实验还发现:在颗粒加速段,无因次颗粒浓度的径向分布不具有相似性,不仅与径向位置有关,而且还与床层截面高度有关。     

耦合流化床提升管内固含率径向分布及沿轴向的发展

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,结合提升管与流化床的特点,建立了一套提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用PV-4A型光纤密度仪测定了提升管内固含率沿径向的分布规律. 结果表明,固含率径向分布整体上呈现中心小、边壁大的环-核结构分布特征;沿轴向向上,各径向位置上的固含率在颗粒加速区逐渐降低,在充分发展区趋于稳定,在颗粒约束返混区又有所升高;各径向位置上的固含率随表观气速增大或颗粒循环强度减小而减小,且均匀性变好;提升管上部流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区内固含率径向分布有影响,而对颗粒加速区和充分发展区的固含率径向分布影响较小;当表观气速较低或颗粒循环强度较大时,颗粒约束返混区上部局部固含率最大值出现在无因次半径f=r/R=0.7附近,此时局部无因次固含率es*=es/ 沿轴向在H>5.33 m时不再具有相似性;通过比较径向不均匀指数,得到轴向各区固含率径向分布趋于均匀的程度依次为：充分发展区>颗粒约束返混区>颗粒加速区. 利用实验数据回归出了局部固含率径向分布关联式,其平均相对误差在6%以内.     

不同流型下组合约束型提升管出口段固含率分布

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,研究了气力输送和快速流态化两种流型下,出口段局部固含率分布规律及不同操作条件对固含率的影响。结果表明:局部固含率径向分布整体上呈中心小、边壁大的分布特征,并随分布器开孔率和表观气速的降低而增大,随上部流化床层压降和颗粒循环强度的降低而减小;在快速流态化操作下,局部固含率曲线分布形式与常规提升管类似,而在气力输送状态下,临近出口区域局部固含率最大值通常不出现在边壁处,其位置随表观气速和分布器开孔率增加以及颗粒循环强度和上部流化床层压降降低而远离边壁;两种流型下局部固含率径向分布的均匀性均随表观气速及分布器开孔率的增加而升高,随颗粒循环强度及流化床层压降的增加而降低。     

循环流化床提升管中颗粒速度的径向分布及其沿轴向的发展

采用5光纤速度探头对f100mm?5.1m循环床提升管8个高度截面上11个径向位置的局部颗粒速度进行了实验测试,并采用径向不均匀指数(RNI)对颗粒速度径向分布的不均匀性及其沿轴向的变化进行了定量描述。研究结果表明:在高气速、高颗粒循环量操作时,操作条件对颗粒上升速度和下降速度的径向分布的影响在加速段和充分发展段呈现出不同的规律;颗粒上升速度和下降速度沿轴向的变化在核心区和边壁区也表现出不同的趋势。当颗粒循环速率大于200 kgm-2s-1时,颗粒的加速段长度大大延长,以至于大于提升管的高度(15.1m)。颗粒速度径向分布的不均匀性沿轴向是逐渐增大的,并且与截面平均颗粒速度存在很强的相关性。     

流化床提升管中脱油油砂颗粒固含率的轴向分布

针对油砂直接流化焦化工艺,建立了一套大型冷模提升管循环流化床装置. 粒度测试结果表明,该脱油油砂颗粒属宽筛分混合颗粒,且细颗粒含量较多,粒度分布宽(1~>2000 mm). 在不同操作条件下,采用多点压力密度测量仪测定了提升管内压力梯度和截面平均固含率沿提升管轴向的分布. 实验结果表明,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率随表观气速增大而减小,随颗粒循环强度增大而增大;固含率沿提升管轴向的分布为C型,即上下两端较浓、中间较稀,且沿提升管自上而下分为3个区域：颗粒约束返混区(>12 m)、充分发展区(4~12 m)和颗粒加速区(<4 m);在相同操作条件下,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率高于FCC颗粒,加速段与约束返混段长度大于FCC颗粒;确定了脱油油砂颗粒在提升管内截面平均固含率的影响参数为ep', Fr及Hr/Dr;通过实验数据回归得到提升管内截面平均固含率轴向分布的经验模型,计算与实验值吻合较好.