循环流化床内煤粉颗粒团燃烧行为理论分析

循环流化床内的流动属于复杂不均匀的稠密两相流，大部分颗粒在流场内聚集成团，作为一个整体流体团在两相流场中运动与反应。气固之间的反应主要表现为颗粒团与气体之间的反应，因而循环流化床内煤粉的燃烧行为与其他煤粉燃烧形式有很大的区别。该文对不同情况下煤粉的燃烧行为进行了分类，建立了煤粉-物料颗粒团与氧气的异相反应模型，采用上述模型对循环流化床内的煤粉颗粒团的两相流动、反应过程进行详细的分析计算，分析了床内各部分成团效应对煤粉燃烧速率的影响，揭示了煤粉颗粒在床内的燃烧特性，对循环流化床锅炉的优化设计与运行具有重要意义。     

矩形截面流化床内颗粒运动可视化试验研究

将高速摄影和颗粒图像测速(PIV)技术结合，以空气作为流化介质，0.1~0.65mm透明玻璃珠为床料，对不同截面风速下矩形截面流化床内过渡区和稀相区的颗粒速度分布进行了分析。试验表明：过渡区截面突变造成颗粒的运动流场发生偏转，颗粒横向运动明显增强；稀相区的出口效应和矩形截面的角落效应对截面上的颗粒速度分布有重要影响。越靠近出口颗粒的横向运动越剧烈。出口效应对颗粒横向速度分量的影响要大于对轴向速度分量的影响，横向速度分量是影响稀相区颗粒宏观运动规律的主要因素。截面风速增大，使得测试区域的颗粒速度分布的不均匀性加剧。为减小锅炉磨损，对截面突变区域要使用圆滑过渡，减少不规则区域的存在；选择合理的出口结构和截面风速，同时要考虑角落防磨。     

循环流化床炉内气固两相流流体特性研究

通过对两相流的概念以及循环流化床锅炉炉内气固两相流的特点和规律的阐述,并结合循环流化床锅炉炉内两相流的表现形式,运用物理学的基本知识,比较分析了气固两相流与水流之间的联系与区别,阐述了锅炉内流态化的特点及其规律,从而对循环流化床锅炉有了重新认识。     

循环流化床旋风分离器颗粒分离特性的分析

应用两相流动理论对循环流化床分离器特性进行了理论分析，并通过实例研究了分离器入口流速不均匀性对分离效果的影响。     

循环流化床垃圾焚烧炉固体残留物的特性研究

在对流化床垃圾焚烧炉的固体残留物--飞灰、积灰和底渣进行化学成分、微观形态、元素分布和物相分析的基础上，对其特性进行了全面的了解。分析结果表明：飞灰表现为高钙低硫，具有较强的积灰倾向，飞灰中的Ca主要来自垃圾；尾部烟道各受热面区段的飞灰性质变化不大，飞灰的微观形态极不规则，没有熔融球化痕迹；飞灰中的主要物相为石英和钙的硅酸盐；尾部烟道受热面积灰主要为Ca-S型积灰，烧结致密化强化了积灰的持续生长，积灰内部有明显的多相反应痕迹，致密的烧结结构与松散烧结颗粒交互存在；积灰中的主要物相是CaSO4；底渣的性质复杂多变，高密度、高硬度和高熔点物质为其主要成分。     

大颗粒在循环床密相区运动规律的可视化研究

在用循环流化床焚烧原生垃圾时，密相区中大尺寸的不可燃物质较多，为了维持正常运行，需要采取有效排渣措施，及时地将这些不可燃物排出，因此需要对大且不可燃物在密相区中的运动规律进行研究。该文设计了一种利用可视化拍摄示踪颗粒运动轨迹，通过图象处理后利用大量统计示踪颗粒位置信息得到颗粒位置概率分布的方法。在建立冷态实验台的基础上，通过实验证明这种方法的可行性。同时发现，当流化风速较高（如2.23 m/s时）时，密度较小的示踪颗粒在实验台内会做抛射运动；随着风速的提高，示踪颗粒的抛射运动也会发生变化；而密度较大的示踪颗粒则只会沿着布风板滚到排渣口处停住。     

流化床炉内颗粒混合的离散单元法数值模拟

为了更好地研究流化床内复杂的运动和颗粒间的混合情况,为流化床的设计及优化提供参考,采用欧拉–拉格朗日坐标系下的离散单元法软球模型在二维空间对单孔射流流化床内气固两相流动进行了数值模拟。其中颗粒相采用离散单元法,气相的计算采用SIMPLER算法,气固两相间遵循牛顿第三定律建立耦合模型,并用FORTRAN语言编程计算来实现。在假设不考虑传热、燃烧及颗粒转动的条件下,模拟得到了流化床内上下两层颗粒的运动和混合情况、气固两项的速度分布以及颗粒的浓度分布。模拟结果表明:由于受到空气射流的影响,流化床内存在强烈的颗粒返混和内循环现象。固体颗粒在横向和纵向都存在一定的浓度梯度,在空间中的碰撞次数分布也有不同,颗粒浓度高的地方颗粒碰撞和混合会更剧烈。     

内旋流流化床床内颗粒运动特性的试验研究

流化床床内颗粒的大规模循环不仅可以加剧了颗粒横向扩散,提高燃烬速率,实现燃烧的均匀性和稳定性,还将有利于促使不燃物质的定向移动排出炉外。文中采用冷态硫化床装置,应用分层取样技术对微倾斜布风板实现流化床内不均匀布风,床内物料混合与分层特性进行了系统的试验,研究床内颗粒扩散的动态特性和流化风速,颗粒密度以及颗粒粒度等因素对流化床内分层的影响,并通过求解扩散方程来分析布风不均匀性和布风倾角对风板附近物料扩散的影响。研究表明：增大流化风速和布风板倾角能够强化颗粒的横向扩散和流化床的内旋流程度,对大而重的颗粒存在一个最佳速度比,既能实现床内旋流又有防止颗粒的严重分层,并针对低风速区的分层现象,提出了一个关联式,该式的计算值与实验值吻合较好。     

循环流化床锅炉炉内颗粒分布平衡模型

在对循环流化床锅炉炉内颗粒特性分析的基础上,提出同时以颗径和密度两参数来描述炉内颗粒特性。结合循环流化床锅炉特殊的炉内流体动力特性,建立了包括炉膛密相区和稀相区在内的循环流化床锅炉炉内宽筛分的颗粒分布模型,其中密相区假设为浓度分布均匀的湍流床,而稀相区则为和核心-边壁区的流动结构。模型同时耦合炉内颗粒所经历的爆裂、燃烧、磨损及气固分离等物理和化学过程。应用以所建的颗粒分布平衡模型为子模型的循环流化床唤炉总体数学模型模拟了一台12MW循环流化床锅炉燃用烟煤时满负荷运行的工况。计算时把炉内颗粒分为70档,其中颗粒粒径在0～8mm之间分为10档,密度在1100～2400kg/m∧3之间分为7档,模拟计算所得的炉内颗粒分布合理正确,与试验研究研究结果吻合良好,表明所建立的颗粒分布模型可以用来描述循环流化床锅炉炉内颗粒分布特性。     

高密度循环流化床不同截面结构提升管内流动特性研究

先后在高10m,提升管截面分别为边长0．27m方形和内径0．187m圆形的冷态循环流化床实验台上开展针对B类石英砂颗粒的实验,研究提升管结构及操作条件对床内流动特性的影响,并分析实现高密度循环流动的条件。圆床中固体循环流量G超过300kg／（m^2s）,实现了高密度循环;方床中由于装置结构因素,影响了G的提高。与A类颗粒不同,对于实验采用的B类颗粒,固体循环流率超过饱和循环流率时,轴向固体颗粒浓度依然呈现指数型分布,未出现S型分布。实验操作条件下,圆床和方床中提升管总压降均与固气比成线性关系,但线性斜率差别明显。通过无量纲提升管高径比关联固气比和提升管总压降,正确反映了提升管结构对流动的影响,通过实验值的比较,采用高径比关联后,固气比与不同结构下提升管总压降的线性关系较一致。     

气固两相湍流射流中颗粒的统计特性

为了进一步揭示气固两相湍流射流中颗粒的扩散机理，在对流场进行高精度直接数值模拟的基础上对颗粒进行了统计研究。跟踪颗粒轨迹时，在拉格朗日框架进行，统计颗粒的平均速度时采用欧拉方法。结果显示，颗粒的流向平均速度剖面呈高斯分布，而横向平均速度剖面则呈正弦分布。其中Stokes数为1的中等颗粒的速度较低，Stokes数为0．1的小颗粒的速度分布较宽，而Stokes数为8的大颗粒在射流中心区的速度较高。颗粒速度分布的不同导致颗粒不同的浓度分布和扩散方式。     

光散射平均值法在线监测颗粒排放物浓度的研究

从Fraunhofer衍射理论的积分变换反演算法出发，提出了一种称为平均值法的烟尘颗粒浓度在线测量新方法。通过测量特定前向小角内光散射积分的强度即可获知被测烟尘的颗粒浓度。与目前常用的测量颗粒浓度的消光法比较，这种方法不需要预先获取颗粒的平均粒径。因此可以用于在线测量。文中用Fraunhofer衍射和Mie散射理论对这一新的测量方法进行了数值模拟验证，确认了该测量方法的正确性及它的适用范围，还进一步在粉尘发生器上进行了实时在线测量的研究，并采用等速采样法对测量系统进行了标定，从而验证了平均值法的可靠性和可行性。     

循环流化床中石油焦与煤混合燃烧N2O排放特性研究

在一座0.5MW循环流化床热态试验装置上进行了石油焦与煤混合燃烧试验,研究了烟气中N_2O的排放特性。对于石油焦与煤不同的燃料配比,不同的锅炉运行参数,如一次风率、过量空气系数、床温和Ca/S比等对烟气中N_2O排放浓度的影响规律进行了研究。试验表明,对于混合燃料,随焦煤比增大,N_2O排放浓度增高;对纯焦而言,其N_2O排放浓度最低。对于不同焦煤比的燃料,随着一次风率的增大,N_2O排放浓度增高。随过量空气系数增大,N_2O的排放浓度增加。无论焦煤比是1:1或3:1的燃料,当床温升高时,N_2O的排放浓度减小,且随焦煤比的增大,受床温的影响更敏感。焦煤比为1:1的混合燃料,随Ca/S比增加,N_2O排放浓度增高。