带翼阀旋风分离器料腿内动态压力的分析研究

在大型流化床装置上,采用动态压力传感器测定了翼阀置于流化床的稀相空间和密相空间两种情况时料腿内的动态压力。通过对二级料腿稳定排料和周期性排料的数据分析得出,料腿内动态压力的变化与料腿内颗粒质量流率的大小密切相关,翼阀埋没在密相时料腿内的压力波动比较平缓,料腿的周期性排料时压力波动频率约0.01Hz,料腿内稀相段压力波幅比密相段略小,料腿内压力波动的原因是由于气固两相在快速下行过程中存在密度差和速度差。     

二元颗粒在气固流化床中的轴向分布特性

通过大型冷模实验测量了二元混合颗粒在流化床内沿轴向的压力分布，考察了混合颗粒截面平均浓度沿轴向的变化特点。通过分析床层压差分布的转折点，确定了密相区与稀相区的相交界面高度，根据实验结果给出了经验关联式。通过压力信号标准差分析了流化床内混合颗粒流化性能与表观气速和颗粒混合比例的关系。实验结果表明，平均颗粒浓度沿流化床轴向呈下降趋势，且在密相区中随表观气速增加而减小，在稀相区中随表观气速增大而增大。二元颗粒中大颗粒比例x_l为0.685时，密相区总平均颗粒浓度存在最大值。密相区与稀相区相交界面高度随表观气速增大而提高。当0.225≤x_l≤0.479和0.561≤u_g≤1.122 m/s时，流化床内二元颗粒的流化性能和混合程度达到最佳。     

带翼阀旋风分离器料腿内静压分布试验研究

在φ800mm×12000mm流化床试验装置上,用多点压力测量仪测量料腿内的静压分布。试验结果表明,二级料腿内气固两相流的流态一般由入口旋转段、稀相下落段和下部密相段3部分组成,料腿内的料封高度随料腿两端负压差的增大而升高,颗粒质量流率对轴向空隙率影响明显,翼阀浸没在密相床时颗粒流动稳定性和流动失流化的机会都增加。     

六回路环形炉膛循环流化床试验研究

针对大型循环流化床锅炉存在的二次风穿透不佳、受热面布置困难等问题,提出了适用于600 MW等级及以上超(超)临界循环流化床锅炉的炉型——六回路环形炉膛循环流化床,并进行冷态试验研究,考查环形炉膛内气固流动特性和六回路间循环流率分布特性。结果表明:颗粒浓度沿环形炉膛高度的分布与矩形单炉膛相似,呈下浓上稀的指数型分布;随着流化速度的增大,炉膛下部密相区颗粒浓度减小,炉膛中上部和出口区域的颗粒浓度增大,各回路的循环流率均明显增大;随着静止料层高度的增大,整个炉膛高度的颗粒浓度都增大且高度越高处增幅越小;流化速度较低时循环流率不因静止料层高度的增大而变化,流化速度较高时循环流率随静止料层高度增大而稍有增大;六回路间循环流率的分布较均匀,设计工况下循环流率的相对偏差为4.5%;环形炉膛内环长边壁面悬吊屏对循环流率的大小和分布影响较小。     

60米高循环流化床内物料浓度分布的冷态试验

利用电厂循环流化床锅炉现有的结构和设备, 搭建提升管高度60m、内径400mm的超高循环流化床冷态实验台, 重点研究了流化风速和颗粒密度对提升管内轴向和径向空隙率分布的影响。实验结果表明:空隙率分布形式与流化风速和物料密度密切相关, 对于一定的床料高度, 在底部密相区一直有床料堆积的情况下, 随着流化风速的增加, 提升管底部密相区空隙率增大, 上部稀相区的空隙率减小并且其在径向的分布变得更加不均匀;在一定的流化风速下, 密度较小的物料将更多的被带入上部稀相区, 上部稀相区的空隙率减小, 其在径向分布将变得更加不均匀。     

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.     

循环流化床气固流动行为的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,在Fluent数值模拟平台上对循环湍动流化床进行了研究。采用Gidaspow模型分段描述密相湍动和稀相循环输送区气固的相互作用,考察了反应器内压力、颗粒浓度等气固湍动特性参数的变化。计算流体力学(CFD)的模拟结果表明:反应器中压力分布较为均匀;固体颗粒相和气体相间隙成絮状分布,在轴向中心区域颗粒浓度分布较为均匀;边壁区域颗粒浓度变化较大,存在强烈的气固相互作用。     

CFB密相区内颗粒横向扩散对燃烧的影响

循环流化床(CFB)床内燃料颗粒的扩散、混和，特别是复杂的密相区内的混和特性在很大程度上影响了燃烧状况，密相区颗粒横向扩散的规律，对于循环流化床的设计具有重要意义，在循环流化床密相区颗粒横向扩散实验研究的基础上，总结了密相区内颗粒横向扩散系数的经验公式，以此为基础，研究了密相区内碳的分布规律，并建立了相应的燃烧模型，模型包括两个子模型，即密相区二维流动及燃烧子模型、稀相区一维流动及燃烧子模型。通过模型定性模拟了流化风速、给料点布置对床内燃烧的影响，有效地反映了实际情况，并确认了将密相区颗粒横向扩散规律引入现有循环流化床燃烧模型的重要意义。     

循环流化床气固流动行为的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,在Fluent数值模拟平台上对循环湍动流化床进行了研究。采用Gidaspow模型分段描述密相湍动和稀相循环输送区气固的相互作用,考察了反应器内压力、颗粒浓度等气固湍动特性参数的变化。CFD的模拟结果表明反应器中压力分布较为均匀;固体颗粒相和气体相间隙成絮状分布,在轴向中心区域颗粒浓度分布较为均匀;边壁区域颗粒浓度变化较大,存在强烈的气固相互作用。     

一种脱油油砂颗粒流态化特性的研究

在一套直径300mm、高7000mm有机玻璃冷模实验装置上对一种脱油油砂颗粒流态化特性进行了实验研究。粒度测试结果表明该脱油油砂颗粒的粒度分布宽,细颗粒含量较多。采用FXC-Ⅱ/32型压力迅检仪测量了不同表观气速下脱油油砂颗粒沿流化床轴向平均颗粒浓度分布,采用压力梯度法测量了脱油油砂颗粒的密相床膨胀,采用容积法测量了自由空域内脱油油砂颗粒的夹带量。实验结果表明,该脱油油砂颗粒的流化性能较好;轴向平均颗粒浓度分布整体表现为下浓上稀,其中,在密相区随表观气速增加而减小,在稀相区随表观气速增加而增大;基于床高比表示的密相床膨胀随表观气速增加先增大后减小,在表观气速为0.362m·s-1时密相床最大;自由空域内的夹带量随表观气速增加而增大;建立了密相轴向平均颗粒浓度的数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

流化床中旋风下料管的物理模型

In most industrial fluidization units, two- or three-stage cyclone systems are used to clean the product gases. To return the solids to the bed, these cyclones are fitted with diplegs. By pass of gas from the bed through the dipleg is partially overcome by the back pressure build-up in the dipleg and by adding a trickle valve at the bottom of the dipleg. Diplegs of primary cyclones, operating at a high solid loading behave differently from diplegs of secondary and tertiary cyclones which operate at low solid loading. Both types have been investigated by pressure drop measurements, visual observation and by measurements of the air flow rate flowing up the riser. The primary dipleg was also studied using electrical capacitance tomography. The results are reported hereafter and will give a first indication towards the right design of the dipleg and the selection of the trickle valve. The influence of gas flow in the dipleg on the conversion in a catalytic fluidized bed reactor is found to be negligible.     

细颗粒循环料腿的自力平衡原理及实验研究

本文介绍了一种固体细颗粒循环料腿的自力平衡结构模型（单气路式）及其工作原理，对该结构模型进行了流体力学分析，并分析了各种因素对自力平衡效果的影响趋势。在冷态模型装置上进行的实验测定验证了料腿的自平衡效果，并获得了与理论分析相一致的结论。由于该结构简单，无机械运动部件，并且易满足耐高温、耐高压及耐磨损等性能要求，特别是它能在较宽的工作范围内使料腿自力稳定，它的应用可望改善固体料循环控制的可操作性，从而对特定的工作系统有利。     

在具有锥形料腿的循环流化床中流化CaCO3超细颗粒

根据粘附性颗粒在流化过程中形成的聚团具有较宽粒径分布并因此导致大聚团在流化床中沉积和死床的问题,提出了循环流化床的锥形回料系统设计. 该回料系统包括两部分：锥形料腿和带辅助进气的V型阀. 实验证明,锥形料腿通过提供变化的表观流化气速,克服了流化聚团沉积死床等现象;而V型阀的辅助进气,对于保证V型阀顺利输送粘附性颗粒具有关键性作用. 借助这种回料系统,实现了高粘附性超细CaCO3颗粒在循环流化床的稳定快速流化. 从提升管内部拍摄的照片显示,尽管提升管采用较高的流化气体速度,但超细CaCO3颗粒仍然是以聚团的形式被流化. 对在提升管不同高度采集的聚团分析表明,处于快速流化状态的CaCO3聚团的直径远小于传统流化床中聚团的直径,并且在提升管高度方向聚团直径没有较大的变化. 同时实验还显示,提升管轴向空隙率呈S型分布,而径向则体现环-核结构,具有典型的快速床特征.     

A model for the pressure balance of a low density circulating fluidized bed

The pressure balance along the solid circulation loop of a circulating fluidized bed equipped with a solid flux regulating device has been modelled and the influence of the pressure balance on the riser behaviour has been predicted.The solid circulation loop has been divided into many sections, where the pressure drop was calculated independently: riser, cyclone, standpipe, control device and return duct. A new theoretical model, that is able to predict the pressure losses in the return path of the solid from the standpipe to the riser, has been built. A new correlation for cyclone pressure loss with very high solid loads has been found on the basis of experimental data.The pressure loss in the riser has been calculated by imposing the closure of the pressure balance, ΣΔP = 0. Once the riser pressure drop had been calculated, the holdup distribution along the riser was obtained by imposing a particular shape of the profile, according to the different fluid-dynamics regimes (fast fluidization or pneumatic transport). In the first case, an exponential decay was imposed and the bottom holdup was adjusted to fit the total pressure drop, in the second case, the height of the dense zone was instead varied.The experimental data was used to develop the sub-models for the various loop sections have been obtained in a 100 mm i.d. riser, 6 m high, CFB. The solid was made of Geldart B group alumina particles. The tests were carried out with a gas velocity that ranged between 2 and 4 m/s and a solid flux that ranged between 20 and 170 kg/m²s. A good agreement was found between the model and experimental data.     

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.     

Regime classification of macroscopic gas—solid flow in a circulating fluidized bed riser

A conceptual flow regime diagram for a circulating fluidized bed riser is proposed, combining existing investigations with experimental data obtained under idealized conditions in which a fully independent control of gas velocity and solid circulation rate was conducted by use of a screw feeder for solid feed into the riser. The diagram classifies the flow state into five regimes by qualitative transition lines which describe the relationship between gas velocity and solid circulation rate. These regimes are particulate fluidization, bubbling fluidization, turbulent fluidization, dense-phase transport and dilute-phase transport. The diagram suggests that S-shaped bed-density distribution or dense/dilute region interface appears only at limited conditions in the bubbling and turbulent fluidization regimes. These experimental findings were generalized by further experiments in a conventional circulation system with a ball valve between the riser and the downcomer which permits changes in the solid circulation rate and the bed height in the downcomer. The experimental results showed that the bed height in the downcomer has no particular effect on the bed density distribution or the height of the dense/dilute region interface, but an appreciable effect on the lowest gas velocity to maintain steady solid circulation at a given rate. These results are consistent with the above diagram.     

塔式化学链燃烧反应器系统的气固流动特性

目前,化学链燃烧技术主要局限于不充分的燃料转化和低效的碳捕集率。为了解决这一问题,本文提出了一种基于多腔室塔式鼓泡床的化学链燃烧反应器系统。该系统由塔式燃料反应器、空气反应器、旋风分离器、返料器、提升管和下降管组成循环回路。采用压力测量和气体检测的方法,基于冷态模型研究在不同风量下该系统内的压力分布、气固分布、固体循环量以及窜气规律等气固流动特性。结果表明：返料器可以弥补两个反应器间存在的压差,保持系统内的压力平衡;燃料反应器内流化数应控制在3.5~4.0之间,在保证反应器内气固均匀分布的同时,减弱隔板处的压力损失;固体循环量与提升管内压降成正比,最高可达0.013kg/s,主要影响因素为反应器内流化数;返料器至反应器的窜气率为4%~8%,而两个反应器间几乎没有气体窜混,这为热态反应器的设计与运行提供了良好的实验基础。