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.     

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。     

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。     

加压喷动流化床流动和扩散规律冷态实验研究

在一个加压喷动流化床装置上进行了冷态实验,研究加压条件下床中的气固流动状态和气体在各部分的扩散特性。结果表明：加压喷动流化床与常压喷动流化床中气固流动状态差异较大,其喷动流化速度与Ｐ＾－０．５成正比。实验还发现,气体由中心喷动区向周边环形区扩散速度与Ｐ＾－０．５３９成正比。在试验的基础上提出了适合常压和加压喷动流化床最小喷动流化速度的实验关联式、气体扩散速度关联式和喷动区发展段直径的实验关联式。     

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.     

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.     

高温流化床的流化特性及结焦非流化行为

在 8 0 mm× 30 mm和 80 mm× 10 mm石英流化床中 ,以低温粘结的高密度聚乙烯和聚丙烯 ,高温粘结的玻璃珠为实验物料 ,研究了高温流化床的流化特性及高温下物料结焦产生的非流化行为。结果表明 ,在本文实验条件下 ,Geldart A、B类高温表面粘结物料 ,床层温度小于其最小粘结温度时 ,床层温度增大 ,颗粒的最小流化速度减小 ;Geldart D类高温表面粘结物料的最小流化速度随温度增加而增大。得出了不同温度下颗粒最小流化速度预测式。床层温度大于最小粘结温度时 ,流化床需在较高的表观气速下才能保持流化 ,床层温度愈高床层流化所需的表观气速越大。研究同时发现 ,颗粒物料的粒径减小 ,流化颗粒的最小粘结温度减小。     

三维旋流喷动流化床气固两相流动特性模拟

为了从理论基础上研究带风帽的旋流喷动流化床干燥器内气固两相流流动特性,采用欧拉多相流模型对一台旋流喷动流化床试验台进行三维数值模拟,分析了各种不同底部进风速度V底与切向进风速度V切比例对旋流喷动流化床干燥器内的气体速度分布和颗粒速度分布特性的影响,以及当V底/V切为30 m·s-1/30 m·s-1时,探讨了气固流动状态随时间的变化规律。研究结果表明:增大V切,有利于增加近壁面区域的气体流动速度和促进气固相的充分混合,增加气体和颗粒相的接触面积,有利于减少气相流动死区,降低黏性物料对筒体壁面的粘附程度。但由于切向风的卷吸作用所形成的负压会导致轴向气流减弱,不利于筒体中心区域气流的轴向发展,降低了轴向风对颗粒层的穿透效果。     

增压导向式喷动流化床流动特性的试验研究

在内径２００ｍｍ，高３．５ｍ，６０°“Ｖ”形布风板的钢制试验装置上，采用密度为２４５０ｋｇ／ｍ３，粒径分别为（１．５～２．５）ｍｍ和（０．１～１．０）ｍｍ窄筛分玻璃珠，以及密度为２２００ｋｇ／ｍ３，粒径为（０．４５～６．０）ｍｍ的宽筛分溢流渣为物料，对各种压力下的导向式喷动流化床最小喷动流化速度、导向与环形区压降、中心喷泉高度以及颗粒循环量和气体旁路特性进行了试验研究。试验结果表明：最小喷动流化速度、导向与环形区压降以及中心喷泉高度与系统几何参数和操作参数密切相关，卷吸段气体射流的性质直接决定了颗粒循环量及其趋势，气体旁路的程度取决于卷吸段两股气流的相互作用。文章中用修正的弗劳德数归纳了中心喷泉高度试验关联式。     

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     

A study on heat transfer in a conical fluidized-bed reactor with an immersed cylindrical heater

In this paper, numerical and experimental analyses of the heat transfer between an immersed heater and a cone bed of sand particles were carried out. A three-dimensional (3D) model using the Eulerian–Eulerian model coupled with the kinetic theory for granular flow was used to simulate heat transfer and the related bed flow characteristics. The effects of different inlet gas velocities, represented by the fluidizing number (the ratio between inlet gas velocity to minimum fluidizing velocity), and different particle-wall boundary conditions on heat transfer and hydrodynamics were investigated. Both the experiments and numerical simulation results showed that the heat transfer coefficient and the bed expansion ratio increased with increasing the inlet gas velocity. For the particle-wall boundary condition, applying the no-slip condition showed the best agreement in the heat transfer coefficient and the bed expansion ratio to the experimental results.     

旋转播料对环形喷动床颗粒混合性能的影响

针对环形喷动床采用旋转锥播料器对环形空间给料的方法,研究喷动风速和床上物料量对颗粒混合规律的影响.结果表明:对于环形喷动床,其轴向混合速度明显高于圆周方向混合速度.旋转锥播料器有效地改善了环形喷动床的混合性能,特别是在圆周方向上,混合速度提高了10倍;喷动风速的提高有助于提高混合速度,这种效果在轴向更加显著;此外,增加床上物料量有助于提高终态混合物的均匀性.     

增压导向式喷动流化床流动特性的数值模拟

采用双流体模型对增压导向式喷动流化床内喷动区和环形区气固运动速度和空隙率进行数值模拟。计算结果表明,喷动区颗粒速率在初始阶段急剧上升而气体速度则急剧下降,进入导向管后趋于平缓,而且颗粒加速程度不写系统压力有关,还形区气体速度在卷吸段增大,进入隔离流区后保持不变,而颗粒下降速度一直保持不变,喷动区的空隙率在卷吸段下降,进入导向管后又开始上升。     

贴体坐标系下喷动床内气固两相流体动力特性的数值模拟

采用稠密固相动力-摩擦应力模型,建立喷动床内气固两相双流体模型．应用贴体坐标系使得计算网格与喷动床的倒锥体边界相一致．通过数值模拟获得喷动床内喷射区、环隙区和喷泉区内颗粒速度及浓度分布．计算结果表明,喷泉区具有强烈的气固两相质量和动量交换．当倒锥体倾斜角度达到60°,在射流入口处形成一瓶颈．研究表明颗粒间滑动-滚动摩擦应力对环隙区颗粒流动具有明显的影响．     

2MW加压喷动流化床煤部分气化特性的研究

在热输入2MW的中试规模加压喷动流化床部分气化试验装置上，采用徐州煤烟进行了连续12h的加压部分气化试验研究，研究了在深床条件下煤部分气化特性，以及汽煤比的变化对部分气化的影响。研究结果表明：在合适的喷动风和流化风配比下，可实现深床气化，使气化反应基本达到化学平衡；在其它条件不变的前提下，汽煤比增加，气化炉温度下降，煤气中H2含量有较大幅度的提高，煤气热值也有所增加。文章的最后将试验的主要指标与国内外类似规模装置上获得的数据进行了比较。图6表5参10     

底饲进料循环喷动床进料与回料混合特性及影响因素

分别以石英砂和消石灰模拟进料和回料,对一台0.6m×15m底饲进料循环喷动床脱硫塔内颗粒混合特性进行了研究。利用石英砂和消石灰在水中溶解度的差异计算得到底饲进料与回料在不同位置的混合熵和不同高度上的混合指数,并分析不同操作参数对塔内颗粒混合行为的影响。研究结果表明:混合指数能够很好地反映塔内进料与回料颗粒的混合质量;随着流化速度的提高,塔内不同高度上的混合指数呈上升趋势;喷射速度和循环倍率对塔内尤其是反应塔底部的颗粒分布特性有明显影响,采用较高的喷射速度和循环倍率,混合指数随之上升,说明塔内颗粒的混合质量得到改善。