循环流化床内颗粒混合特性的数值模拟

为了更好地研究循环流化床内颗粒的混合行为和揭示颗粒的混合机理,将离散单元法和计算流体力学相结合,对床内颗粒的轴向混合与径向混合过程进行了数值模拟.从气体和颗粒运动速度的角度将轴向混合与径向混合结合起来,对床内颗粒的整体混合过程进行了分析,并采用颗粒特征浓度标准差对颗粒的混合程度进行了定量评价,通过数值模拟得到了床内气体的速度场、颗粒的速度场和体积分数分布.结果表明:颗粒与气体的速度分布趋势基本一致,床内呈现上部稀相下部密相;颗粒的轴向混合效果优于径向混合效果,增大流化风速有助于加速颗粒的混合,且颗粒轴向混合对流化风速的敏感性低于径向混合.     

半干法脱硫反应器内固体颗粒浓度分布的试验研究

在三维循环流化床脱硫反应器冷态模型上,研究了文丘里布风装置的循环流化床脱硫塔内气固两相流动中固体颗粒浓度的分布规律,以及不同操作参数:表观气速和颗粒循环流率对颗粒浓度在径向以及轴向分布的影响。试验中利用PV6D型光纤探针测量颗粒浓度,压力传感器测量反应器壁面压力。试验结果表明,在半干法循环流化床脱硫塔反应器中固体颗粒浓度的分布呈中间稀,边壁浓的趋势。截面平均颗粒浓度大体呈上稀下浓的分布。随表观气速的减小和颗粒循环速率的增大,颗粒浓度的径向分布不均性增大,截面平均颗粒浓度的轴向不均匀性增大。     

不同进气方式的流化床内颗粒混合特性的数值模拟

为了从微观角度分析不同进气方式的流化床内颗粒的运动机制,利用计算流体力学与离散单元法相结合的方法,采用Gidaspow曳力模型实现气固两相间的耦合,对不同进气方式的流化床进行数值模拟,采用Lacey混合指数等对颗粒的混合状态进行定性和定量分析,并探讨了气体速度参量对混合特性的影响。结果表明:喷动流化床内颗粒混合特性受喷口气速和流化气速的综合作用;存在喷动气的工况,其最终混合状态比均匀进气的工况好;在存在喷动气的前提下,引入流化气会导致床体的死区变小,且流化气速越高,死区越小;在特定的模拟工况下,存在一个最佳流化气速,使得颗粒混合质量最好。     

流化床内不同密度颗粒流动特性的数值模拟

将计算流体力学和离散单元法相结合,在自行开发程序上对流化床内随机生成的密度服从正态分布的颗粒的流动特性进行数值模拟,得到了不同床层表观气速下床内颗粒的流化过程图、气相速度场以及不同密度颗粒的速度场、体积分数沿床高的分布和分离率.结果表明:在较小床层表观气速下,床内不同密度的颗粒会出现分离现象,并且颗粒的密度差越大,颗粒分离越明显,当增大床层表观气速后,颗粒间的分离程度减弱;小密度颗粒的速度大于大密度颗粒,颗粒间的密度差越大,颗粒间的速度差也越大.     

气固流化床内颗粒的内循环特性的研究

分析了气固流化床内颗粒内循环产生的原因,进而,分析了流化床气体速度,静态床层高度,颗粒粒径以及压力对颗凿内循环的影响。当流化床循环增强;而压力增大将使颗粒的内循环减弱。当颗粒的内循环增强时,流化床的脉冲信号（温度,浓度和灰度等）响应曲线的振荡加剧,流化床内颗粒的横向混合将得到改善。     

卧式循环流化床锅炉压降和颗粒体积分数分布

为了研究卧式循环流化床(Horizontal Circulating Fluidized Bed,HCFB)内的气固流动特性,在带漩涡分离器的HCFB冷态试验台上,以颗粒粒径为87μm、170μm和211μm的玻璃珠为试验物料,采用压差传感器和光纤测量仪研究了颗粒粒径和表观气速对床内压降和颗粒体积分数分布的影响.结果表明:炉膛压降主要发生在主燃室,占总压降的90%左右,副燃室和燃尽室的压降很小;主燃室沿程压降和轴向颗粒体积分数均呈指数分布,横向颗粒体积分数呈"环-核"分布;副燃室的颗粒体积分数呈严重偏向的左稀右浓分布,而燃尽室的颗粒体积分数始终很低;随着颗粒粒径的增大,表观气速需分别至少达到1.25m/s、1.50m/s和2.00m/s时才能获得循环流态化状态.     

循环流化床锅炉炉膛内气固两相流的数值模拟

利用CFD软件Fluent,基于颗粒动力学理论的双流体模型对循环流化床锅炉(CFBB)炉膛内气固两相流的宏观流动特性进行了数值模拟。将炉膛压降沿轴向的分布规律与理论值对比,验证了本次数值模拟计算的准确性。通过定性与定量分析,得到炉膛内颗粒固含率呈中心高,边壁低的"环-核"流动结构及颗粒轴向速度中心处向上,边壁处向下的内循环流动形式。另外,改变操作气速与质量循环流率,沿轴向炉膛中下部区域及沿径向边壁区颗粒固含率分布的影响比较显著。同时,操作条件对颗粒轴向速度的影响都表现为中心区域颗粒向上速度变化的效果要显著于边壁处向下运动速度的变化。边壁处的气固两相流动规律还有待于进一步研究。     

喷动流化床气体混合特性实验研究

在300 mm×30 mm×2 000 mm的喷动流化床煤部分气化炉冷态试验装置上,在喷动区和环形区同时采用了不同示踪气体的方法,获得了在不同喷动气流速和流化气流率这2个重要的操作参数下,不同床层高度上示踪气体的径向分布,考察了喷动区与环形区之间的气体交换特性和环形区的气体混合特性.结果表明,喷动气速度的增大,使喷动气向环形区的传质加强,也促进了流化气在环形区的混合;流化气流率的增大,气体由环形区向喷动区的传质大于由喷动区向环形区的传质,且流化气在环形区的混合加强.喷动气和流化气的浓度沿床层高度依次降低.此外,结合CCD拍摄的流动结构图像,从气相质量交换的角度对床内的气固流动特性进行了讨论.     

油页岩热解飞灰颗粒流化夹带特性

在一套准φ80mm×4090mm有机玻璃冷模试验装置中,以油页岩热解飞灰为试验物料,使用在线压力采集系统,测定了流化床轴向平均颗粒密度分布,根据稀相空间平均颗粒密度获得了输送分离高度(TDH)和气体饱和夹带量(εp∞),并与FCC催化剂颗粒的流化夹带特性进行了对比。试验结果表明,对于密度相近的两种物料,尽管油页岩热解飞灰的平均粒径小于FCC催化剂,但同一表观气速下流化床内各截面平均颗粒密度均低于FCC催化剂。表观气速较低时(u=0.22m/s),两种物料的TDH和气体饱和夹带量基本相等;随着气速的提高,FCC催化剂的TDH和气体饱和夹带量逐渐高于油页岩热解飞灰;当表观气速大于0.88m/s时,油页岩热解飞灰的TDH逐渐接近于FCC催化剂。对试验结果进行关联分析后,建立了油页岩热解飞灰TDH和气体饱和夹带量的经验模型,计算值与试验值吻合较好。     

循环流化床稀相区气体径向混合扩散规律的试验研究

在截面尺寸为500 mm×250 mm、H=3000 mm的循环流化床实验台上,以平均粒径100 μm的石英砂作为循环物料,连续注入CO2作为示踪气体,在塞状流模型的假设下,对气固两相流稀相区中气体的混合规律进行了冷态试验研究.研究表明:颗粒的存在对气体径向混合具有促进和抑制的双向影响;循环流化床中径向混合系数很小;流化风速对混合系数的影响规律不明显,颗粒浓度对混合系数的影响较大.