循环型高通量输送床的建立与控制

密相输送床气化和双流化床气化是基于循环型流化床反应器发展起来的两种新型煤和生物质气化技术,根据这两种技术对流动的要求,提出了在循环流化床的下行床底部耦合一段移动床,为输送床内的流动提供足够高的驱动压力而提高颗粒循环量的技术思想。在根据该思想而建立的直径90 mm的输送床实验装置上的实验研究表明,利用所提出的床型构造可在表观气速9.6 m•s^-1下实现400 kg•m^-2•s^-1的颗粒循环量。输送床的一次风速和移动床松动风速是影响颗粒循环量和输送床内颗粒浓度的主要因素,但循环量随输送床一次风速的增大而增加的走势弱于普通循环流化床。移动床松动风速在小于颗粒最小流化速度的范围内轻微变动即可显著改变颗粒循环量和输送床内颗粒浓度。在保持输送床总气速不变的前提下,通过二次风可在40%的比例范围内调节颗粒循环量,且调节作用随二次风位置的增高而减弱。     

循环流化床中颗粒旋转特性

利用由高速数字摄影设备及大功率激光构成的测试系统在一截面为200 mm×200 mm、高为4 m的冷态循环流化床实验台上进行了床内颗粒旋转特性的实验研究.对在距布风板3.54 m高度的稀相区的1/4截面内13个测试点拍摄获得的图像序列利用Matlab、PhotoShop和ACDSee软件进行分析处理,采用人工直接判别获得颗粒转速,用双帧频验证法进行颗粒转速校验.结果表明：循环流化床气固两相流中固相颗粒普遍存在旋转现象,截面边壁区内的颗粒平均转速高于中心区域;粒径小或径向速度大的颗粒,其平均转速较大,反之亦然;不规则颗粒的平均转速明显高于球[JP2]形颗粒;当空截面气体速度V_g=5 m•s^-1,固体质量循环流率G_s=1.5 kg•m^-2•s^-1,玻璃珠颗粒平均粒径d_p=0.5 mm时,颗粒转速最高可达2000 r•s^-1,平均转速300 r•s^-1.     

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.     

三相机械搅拌反应器气液传质

由空气-水、液体石蜡-细颗粒黄沙、石英砂、催化剂构成三相体系,常压下在表观气速0.10×10^-2～1.5×10^-2cm&#8226;s^-1 、固体浓度为0～0.34 g&#8226;ml^-1溶剂、搅拌转速450～1500 r&#8226;min^-1的实验条件下,采用溶氧仪研究了三相机械搅拌反应器的气液传质特性,考察了操作参数和液体性质、颗粒粒径及密度等物性因素对液相容积传质系数k_La的影响,用改进的高斯-牛顿法进行参数估值,得到k_La与上述因素的量纲1关联式,统计检验表明,所得量纲1关联式与实验值拟合情况良好,可为后续搅拌反应釜中三相淤浆床甲醇合成过程分析与模拟提供传质基础数据.     

纳米制冷剂管内流动沸腾换热特性

研究了CuO-R113纳米制冷剂在水平直光管内的流动沸腾换热特性。实验测试段长度1.5 m、外径9.52 mm。实验工况的质量流率为100～200 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1,热通量为3.08～6.16 kW&#8226;m^-2, 入口干度为0.2～0.7,纳米颗粒质量分数为0～0.5%。结果表明：CuO-R113纳米制冷剂的传热系数高于纯R113制冷剂的传热系数。纳米颗粒的加入,强化了制冷剂管内流动沸腾换热。质量流率为100、150、200 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1的情况下,传热系数分别最大提高了29.7%、22.7%、25.6%。     

流向变换催化燃烧反应器的热波特性

在小型中试装置上利用国产催化剂进行了含混合芳烃模拟工业废气的脱毒实验研究,在污染物浓度490～3920mg&#8226;m^-3、换向周期15～60min、空速（2.4～9.6）×10³h^-1和气体流速0.340～1.359m&#8226;s^-1的宽广范围内系统地考察了流向变换催化燃烧反应器的操作特性,特别是热波特性与操作参数如进料浓度、气速和换向周期之间的相互关系.结果表明,凡是影响一个周期内反应器热平衡的操作参数都有可能显著地影响反应段的温度水平.为这一类反应器的科学设计、优化操作和模型化研究奠定了中试基础.     

水平直圆管内油气两相流的压降

对水平放置的内径为40 mm的有机玻璃管内的油气两相流进行了详细的实验研究,实验工质为46^＃机械油和空气.油相和气相折算速度分别为0.051～0.612 m&#8226;s^-1和0.024～50.64 m&#8226;s^-1,实验在室温下进行.采用Lockhart-Martinelli关联方法对各典型流型下的实验数据进行了整理,结合流动的具体情况对其中的关联参数C进行了重新定义,提出了基于典型流型的压力梯度计算模型,并对水平管内油气两相流的压降变化规律进行了分析和讨论.理论计算值与实验测量值吻合良好.     

气固错流移动颗粒床过滤器除尘效率

研究了气固错流移动颗粒床过滤器除尘效率与表观过滤气速、颗粒层移动速度、过滤气体粉尘含量的关系,并进一步探讨了粉尘在颗粒层内的沉积对除尘效果的影响.结果表明,颗粒层内粉尘沉积量较低时,沉积的粉尘有效地促进了颗粒层除尘效率的提高,但随粉尘沉积量增大,沉积粉尘的二次飞扬变得严重,其促进效应逐渐减小.在考虑了沉积粉尘对除尘效率影响和颗粒层内粉尘沉积不均匀性的基础上,基于捕集单元的收缩管模型,建立了计算移动颗粒层除尘效率和床层内粉尘沉积分布的数学模型.模型计算结果和实验数据比较表明,在操作气速0.1～0.3m&#8226;s^-1范围内,计算值与实验结果吻合较好.据此对除尘效率和床层内粉尘沉积的变化趋势进行了模拟分析.     

圆管中中性悬浮液流动阻力和流变性的实验测定

对高浓度的液固悬浮液在圆管中的流变特性进行了实验研究,实验体系为聚苯乙烯颗粒在NaCl水溶液中的中性悬浮液。测定了在层流状态下,固体颗粒的体积分数变化（20%～50%）、悬浮液流速变化（0.031～0.22 m&#8226;s^-1）以及颗粒粒度变化对悬浮液压降的影响规律。实验结果表明,固体颗粒的浓度会影响悬浮液的流变性质,颗粒粒径对悬浮液流变性影响微弱。悬浮液的压降随颗粒体积分数和流速的增大而增大,悬浮液的流动特性在较高颗粒浓度范围内符合幂率流体模型。     

双组分大差异颗粒在气固流化床内混合/分离特性

实验考察了FCC催化剂(d_p=90 μm)和分子筛(d_p=1875 μm)构成的双组分大差异颗粒体系在流化床内的混合/分离特性。结果表明,在密相床层,随着大颗粒初始比例X₀逐渐增加,床层稀密相界面处的单位高度压降逐渐上升。双组分混合颗粒完全流化时密相床层内大颗粒质量分数在径向上总体分布均匀,但随着表观气速的增加大颗粒在径向上呈现出边壁高中心低的“U”形分布。全床混合均匀性在X₀<20.0%时较佳,且均匀性会随着表观气速u_g增加和X₀的增加而逐渐减小。在稀相空间,被夹带到稀相空间的大颗粒随着表观气速u_g增加逐渐增大,随着X₀的增大先增大后减小,当X₀=68.5%时夹带量最大。稀相空间内大颗粒质量分数在径向上呈“M”形分布,并且随着轴向高度的增加逐渐由“M”形分布转变为倒“U”形分布。基于实验结果,给出了计算完全混合高度和分级效率的经验关联式。     

快速流化床提升管中气固流动行为的非线性分析

对φ100mm×16m、FCC固体颗粒的快速流化床提升管内环-核流动区局部颗粒含量脉动行为进行了非线性分析,用Kolmogorov熵表征了其气固流动行为.结果表明,Kolmogorov熵沿提升管环-核流动区径向有3个显著变化区域,以此为依据将提升管环-核流动区的气固流动行为沿径向分成3个流域：单颗粒随机运动控制的核心流域;单颗粒混沌控制的过渡流域;边壁控制的环形流域.同时,从颗粒对垂直气固流动系统中气固湍动程度影响的角度,解释了Kolmogorov熵的径向分布特征及其与流动结构的关系.     

高密度下行床反应器的流体力学特性

在一套内径为80 mm,高5.6 m的新型下行循环流化床内,以硅胶、FCC催化剂以及玻璃珠等颗粒为实验物料,在颗粒循环流率最高达600 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1,床层颗粒平均浓度达14%的条件下,进行了低气速、高浓度下行床内气固流动特性的研究.实验结果表明：高浓度下颗粒浓度的波动特性与低密度的有所差异.在低浓度操作条件下,颗粒浓度的概率分布曲线为单峰,而在高浓度下,概率密度分布曲线近似为水平直线;床层颗粒浓度随固体颗粒循环流率的增加而提高,颗粒直径及密度小的物料容易达到高的床层浓度,密度大而流动性好的物料容易达到高的颗粒循环流率;在低密度操作条件下,下行床内气固沿轴向流动过程可分为两个区域：加速区以及恒速区;而在高浓度操作条件下,可分为3个区域：加速区、恒速区以及出口受限区.     

气固环流燃烧器内颗粒流动行为

针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性,提出了一种采用气固密相环流烧焦与快速床管式烧焦技术相组合的新型燃烧器结构。在不同操作条件(导流筒区表观气速0.772～1.674m.s-1,环隙区表观气速0.223～0.519m.s-1,装置系统的颗粒外循环强度40.8～229.4kg.m-2.s-1)及两类颗粒体系下,采用光纤测量仪对组合燃烧器环流段内颗粒流动特性进行了系统的实验研究。结果表明,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度在导流筒区、底部区和颗粒分流区床层内沿径向的分布规律为中心区小、边壁区大的环-核型分布,体现了气固流化床典型聚式流态化的非均一性特征;在环隙区,受环流段结构的影响,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度参数沿床层径向的分布相对较均匀;混合颗粒体系的固含率、颗粒轴向速度较单一石英砂颗粒体系的要小,细颗粒的加入在一定程度上能改善气固混合的均匀程度;两类颗粒体系在底部区和颗粒分流区的径向流动具有剪切破碎气泡的作用,有利于环流段内气固的充分混合接触。     

高密度下行床-提升管耦合反应器内的气固流动行为

在新提出并建立的“下行床-提升管”耦合循环流化床装置上进行了实验研究,研究结果表明,与提高一次风率相比,提高二次风率（二次风与一、二次风之和的比值）,有利于提高颗粒循环量.当颗粒循环量达到400 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1时,第一提升管出口处的固含超过了20％,此时下行床内充分发展段的固含超过了5.5％,即高浓度颗粒充满了整个循环流化床系统,并且第一提升管内的颗粒径向浓度分布趋于均匀.