加压喷动流化床最小喷动速度的试验研究

在内径100 mm的有机玻璃冷模装置上进行了加压喷动流化床试验.床料直径为1.6 mm、2.3 mm的小米.研究了压力、静止床高及流化风对最小喷动速度的影响.试验结果表明:喷动流化床的最小喷动速度随压力的增大而减小,但减小幅度逐渐变小;静止床高增大,最小喷动速度增大,但床高的增加对最小喷动速度的影响随着压力的增大而减弱.流化风风量增加导致最小喷动速度降低.根据试验数据进行了线性回归,分别得出了uf=0和uf＞0(uf为流化风床内表观气速)时最小喷动速度的关联式,相关系数分别为0.964和0.920,关联式和试验值吻合较好.     

新型环形喷动床的喷动机制与喷动特性

在传统喷动床的基础上,设计出一种多喷口环形喷动形式的新型喷动床.实验研究了喷口型式、喷口速度、颗粒类型对这种喷动床床内密相喷动流化区高度、可喷动静止床层高度及床层压降等参数的影响情况.结果表明:颗粒在床内的喷动形式沿床高方向呈现独特分区现象;随着喷口速度的增加,密相喷动高度和可喷动静止床层高度也相应增加;在同样的静止床层高度的情况下,直向型式的喷口更易形成喷动,床层的最小喷动速度几乎与静止床层高度呈线性关系;当床内形成较稳定的喷动后,床层压降随喷口速度的变化不明显,可视为常数.     

压力对喷动流化床流动特性影响的数值模拟

建立了1台热输入0.1 MW的加压喷动流化床煤部分气化炉和相同尺寸的冷态模型试验装置,通过试验和数值模拟方法分析了压力对喷动流化床流动特性的影响.数值模拟采用了非稳态欧拉多相流模型,研究结果表明:随着工作压力增大,床内的中心喷动区和环形区的空隙率均相应减小;颗粒在较高工作压力下的轴向速度大于较低压力工况下的速度值;在压力为0.1～0.3 MPa时,模拟工况的流动状态与试验结果相符.     

加压导向管喷动流化床气化炉气体扩散规律研究

采用CO2作为示踪气体在内径200mm，高5m的全尺寸加压导向管喷动流化床中对床内气体扩散特性进行了研究，主要考察了操作参数（喷动气流率，流化气流率，操作压力，颗粒粒径和物性参数）对床内气体扩散的影响，归纳了喷动气旁路份额和流化气旁路份额随操作参数影响的试验关联式，可作为工程设计计算和实际操作的参考。     

喷动流化床传热特性的CFD-DEM模拟

基于颗粒-颗粒、颗粒-流体间的传热机制建立了颗粒尺度下的传热模型,并将其与计算流体力学-离散颗粒模型(CFD-DEM)耦合,建立了CFD-DEM传热模型,在传热计算中采用真实的颗粒接触刚度修正了颗粒-颗粒间的传热。采用典型喷动流化床内的颗粒传热实验数据验证了CFDDEM传热模型的准确性,并利用该模型分析了喷动流化床内的传热特性。结果表明:喷动流化床内颗粒的传热系数受其运动状态的影响,颗粒在环隙区域外循环的传热系数比内循环传热系数大;喷动流化床内平均传热系数呈对称分布,流化区域内的平均传热系数大于非流化区域,床体底部两侧及气体入口处的平均传热系数最大,床层中央区域的平均传热系数较小.     

三维喷动流化床流动特性数值模拟

为了研究喷动流化床煤部分气化炉的气-固流动特性,采用三维欧拉多相流模型和颗粒动能理论相结合的数学模型,对一台直径100 mm的喷动流化床试验台进行了数值模拟研究.研究内容包括喷动流化床不同工况下内部射流的发展、气-固流动特性、典型工况下气体速度分布、颗粒速度分布以及由于颗粒碰撞引起的颗粒相压力分布.模拟结果表明:典型工况下,当喷动风与总风的比例为50%时,流场有利于煤气化;气体曳力和颗粒碰撞对环形区颗粒特别是靠墙区颗粒的运动影响很大.为了验证模型的合理性,采用文献中的试验工况进行计算,计算结果和文献中的测量值吻合较好.     

加压导向管喷动流化床部分气化炉颗粒循环倍率的研究

以宽筛分的灰渣和2种不同粒径的窄筛分玻璃珠为实验原料，对加压导向管喷动流化床部分气化炉内颗粒循环倍率进行了试验研究。提出了导向管喷动流化床颗粒循环倍率和床内压降理论关系，分析了环形区的充气量在不同系统压力、导向管位置和喷动管直径对颗粒循环倍率增加因子的影响，在此基础上提出了预测颗粒循环倍率增加因子的试验关联式。结果表明：环形区充气后不仅改善了环形区的气固接触，而且显著增加了环形区和喷动区的颗粒交换，有利于床内气固非均相反应的进行。图10表1参10     

有/无多孔介质的矩形T型管道内蒸汽 直接接触凝结流型的实验研究

采用高速摄影仪,对填充和未填充球形多孔介质的矩形T型管道内蒸汽直接接触凝结流型进行了可视化实验研究。研究发现未填充多孔介质条件下存在五种典型凝结流型:间歇凝结、振荡射流、稳态射流、尾部振荡射流和发散射流;填充多孔介质条件下则存在三种典型凝结流型:振荡射流、弹状稳定射流和雾状稳定射流。研究表明:多孔介质对凝结流型及汽羽形状有显著影响;由于多孔介质内部的黏滞阻力和惯性阻力,填充多孔介质的凝结流型类型减少;随着蒸汽流量的增加,凝结流型较快的进入到稳定状态,削弱了蒸汽直接接触凝结汽羽的振荡。     

导流管喷动床流体动力特性的实验研究

对以小米为物料的常规喷动床及导流管喷动床全床压降随表观气速变化规律进行了实验研究．结果表明，与常规喷动床相比，导流管喷动床不仅最小喷动速度、操作压降和最大压降均大幅减小，而且夹带高度较小时会在达到稳定喷动之前发生有利于操作的不稳定喷动现象．此外，导流管喷动床的流体动力特性受料床高度影响不大，但受导流管内径和夹带高度的影响显著．最后，依据实验结果提出了导流管喷动床最小喷动速度的关联式．     

流型对循环流化床径向气体混合影响的试验研究

在提升段净高为4.0 m、内径0.19 m的循环流化床冷态试验台上进行了快速床和气力输送两种流型中径向气体混合的试验研究,试验用物料为河沙,d_p=120 μm,真实密度ρ_s=2 400 kg/m~3.试验台颗粒循环流率(G_s)和流化风速(U_g)可独立控制,根据床层上、下部压力梯度随流化风速的变化关系判断快速流态化的存在区域.采用柱塞流模型,用CO_2作为示踪气体进行3种风速下的径向气体混合试验,得出了快速床和气力输送两种流型中气体径向扩散系数Dr随颗粒浓度变化的趋势.研究发现,在气力输送流型中Dr随颗粒浓度增加而减小,在快速床流型中Dr随颗粒浓度增加而增大.结合固体颗粒在不同流型中的存在状态解释了流型对Dr的不同影响作用.     

底饲进料循环喷动床内压力脉动信号的SHANNON信息熵分析

为了研究底饲进料循环喷动床内气固两相流的流动特性,通过冷态实验测量反应塔内轴向不同高度上的压力脉动信号.应用SHANNON信息熵分析压力信号,并比较不同操作条件对塔内气固流动的影响.结果表明:压力脉动及其功率谱在不同床层高度上表现出不同的特性;SHANNON信息熵能够很好地反映特征信号的复杂程度和稳定程度;提高流化速度和循环倍率能够导致塔内轴向上的颗粒浓度上升,从而使压力脉动的幅度增加;提高喷射速度和喷嘴位置,能使反应塔底部气固湍动更加强烈,SHANNON信息熵随之上升.     

鼓泡流化床风帽压力信号的小波多分辨率分析

提出通过采集流化床风帽压力信号的方法,实现对流化床内气固两相流动的状态监测.利用冷态鼓泡流化床试验台,在不同表观气速、静床高以及加料放料扰动的工况下,采集风帽压力信号并对其进行小波多分辨率分析.结果表明：低频信号pa3的变化能够很好地反映流化床内不同运行工况时的气固流动状态的变化;采用合适的方法对风帽压力信号进行分析处理,可以找到反映流化床内气固流动状态的本质特征参数;基于风帽压力信号的流化床状态监测,可很好地避免压力测点损坏的影响.     

发展超临界循环流化床的讨论

综述了设计超临界循环流化床时工质侧若干需要注意的问题。介绍了超临界压力下的汽水循性、超临界流化床的特点、工质在水冷壁内的流动特性和水冷壁的选型。     

内循环流化床颗粒流动特性的直接数值模拟

内循环流化床是一种新型式的流化床，采用多风室非均匀布风实现床料颗粒的大尺度循环流动，从而增强了颗粒的横向混合。内循环流化床已应用于城市生活垃圾的焚烧制能，其燃烧速度、燃尽率及污染物排放优于传统的链条炉或鼓泡床。但是，目前设计的内循环流化床普遍较小，还不能满足城市垃圾的处理要求．根本原因在于对床内的气-固流动特性，特别是颗粒的运动规律没有深入的认识。内循环流化床内的气一固流动属于稠密的两相流，通过试验手段，如PIV、PDA也很难获得床内单个颗粒的运动特征。因此，采用前言的DEM(Discrete Element Method)模型对二维内循环流化床内的颗粒流动进行直接数值模拟．模拟结果表明非均匀布风内循环流化床内确实存在颗粒的大尺度循环流动。图4表1参5     

Flow boiling heat transfer in circulating fluidized bed

In order to enhance heat transfer and mitigate contamination in the boiling processes, a new type of vapor-liquid-solid (3-phase) circulating fluidized bed boiling system has been designed, combining a circulating fluidized bed with boiling heat transfer. Experimental results show an enhancement of the boiling curve. Flow visualization studies concerning flow hydrodynamics within the riser column are also conducted whose results are presented and discussed.     

Flow boiling heat transfer in circulating fluidized bed

In order to enhance heat transfer and mitigate contamination in the boiling processes, a new type of vapor-liquid-solid (3-phase) circulating fluidized bed boiling system has been designed, combining a circulating fluidized bed with boiling heat transfer. Experimental results show an enhancement of the boiling curve. Flow visualization studies concerning flow hydrodynamics within the riser column are also conducted whose results are presented and discussed.     

倾斜布风板对流化床内颗粒流化特性影响的研究

应用FLUENT商业软件,采用Euler双流体模型对二维非稳态倾斜布风板流化床内颗粒流动进行模拟计算,得到不同时刻流化床内流化特性。对不同倾斜度的布风板床内气泡及颗粒的运动特性研究结果表明倾斜布风板可有效加强颗粒横向混合。倾斜角的大小对混合的强烈程度有影响。     

Numerical Investigation on the Two Phase Flow Behaviors in Supercritical Water Fluidized Bed with Swirling Flow Distributor

ABSTRACT

Supercritical water fluidized bed reactor is a promising in the clean and efficient conversion of coal, and the distributor is one of the key component for the heat and mass transfer enhancement. However, the optimization study for the distributor in supercritical water fluidized bed reactor has been seldom conducted due to the special thermal properties of supercritical water. In this work, the swirling flow distributor was designed for its optimization for heat and mass transfer inside a supercritical water fluidized bed reactor. The swirling flow can be generated by the concentric circle or triangle type hole distribution in distributor with 0 or 45° intersection angle between the fluid inlet velocity direction and the distributor plane. The computational particle fluid dynamics (SCWFB) method, which has quick calculating speed and high accuracy, was used in this work to study the particle-fluid two-phase flow behaviors inside SCWFB with swirling flow distributors. Investigations were made to reveal the influence of the hole distribution type and intersection angle on the bed pressure drop and particle volume fraction characteristics. The results showed that the triangle type distributor with 45° intersection angle has the best fluidization performance. The conclusions drawn may has potential application for continuous and stable operation of supercritical water fluidized bed reactor for coal gasification.     

压力分布对选择性流化床冷渣器物料流动及物料量的影响

以410 t/hCFB锅炉为研究对象,在分析"选择性流化床冷渣器-炉膛"系统压力分布特性的基础上,研究了压力分布特性对该种冷渣器物料流动及物料量的影响规律.结果发现:"冷渣器-炉膛"系统的压力分布特性对冷渣器物料平衡有重要影响.在稳定运行时,选择室的床层压降都小于另外3室,即选择室的床料量(或炉渣量)会小于其它3室;由于排渣的作用,冷渣器排渣室的床料量略少于中间2个冷却室;随着炉膛或冷渣器流化风速的增大,冷渣器内的床料量都将降低;炉膛和选择性流化床冷渣器之间是一种复杂的串并联关系,这使炉膛与冷渣器各室之间的气固流动参数相互制约,底渣流动的可控性较差.