内构件对变径提升管内气固流动特性的影响

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在变径提升管冷态模拟装置上,主要考察了不同操作条件下钝体及环管内构件对变径提升管扩径段内压降、轴径向颗粒浓度分布及径向不均匀指数的影响,并描述了扩径段内的气固流动结构。结果表明:在相同操作条件下,钝体结构产生的压降较环管大,可降低系统的有效压头;颗粒浓度分布受内构件影响明显,环管进气的射流效应使颗粒浓度降低,径向分布均匀性减小,而钝体的存在可明显改善环管结构的弊端,削弱射流作用,提高颗粒浓度,增大局部固气比,促使气固再分布,形成两相错流流动,强化气固接触,且在中心区域形成涡流,增强扩径段内的湍动程度;与环管结构相比,钝体内构件使扩径段内的颗粒径向不均匀指数减小,使颗粒分布更加均匀,且其受操作条件的影响比较小,操作稳定性更高。     

内构件对提升管内气固流动特性影响的研究进展

提升管内气固沿轴径向分布不均匀的固有特性是影响气固接触效率及反应选择性的重要因素。本文就内构件对于提升管内气固轴径向的浓度分布、颗粒的混合及传热行为的实验研究工作进行了综述,不同研究者的研究结果表明,适宜的内构件能够改善提升管内气固分布状态,提高气固混合及传质传热效果,有利于提高反应速率和选择性。     

FCC提升管内粒径分布对颗粒混合行为的影响

采用磷光颗粒示踪技术对一种宽筛分颗粒 (粒径小于 2 0 μm细颗粒的体积分数为 2 4 5 % )与一种常规的催化裂化催化剂的轴径向混合行为进行了对比研究。与常规颗粒相比 ,宽筛分颗粒体系的轴向返混略有减弱 ,而其径向混合能力大大降低 ,这与宽筛分颗粒体系中细颗粒的团聚有很大关系。在FCC提升管中 ,催化剂中细颗粒含量增加 ,必将减弱颗粒的径向混合能力进而降低径向上的传质、传热能力 ,对反应极为不利。粒径分布对于提升管反应器非常重要 ,应引起足够的重视。     

提升管加床层反应器提升管段下行颗粒的分布及其对流动的影响

 在提升管加床层大型冷态实验装置上,采用PV-4A光纤速度仪测量了提升管段颗粒流动状况,考察了下行颗粒分布及其对流动的影响。结果表明,沿提升管轴向向上,在中下部的加速区和充分发展区,下行颗粒主要分布在无量纲半径r/R≥0.90的近壁区,下行颗粒分率主要受固/气比影响,大固/气比时的截面平均下行颗粒分率大于小固/气比时的截面平均下行颗粒分率;在出口约束区,下行颗粒主要分布区域扩大为r/R≥0.70,下行颗粒分率增加,且主要受出口约束阻力影响,随出口约束阻力增加而增大。从径向看,下行颗粒主要影响近壁区的颗粒速度,考虑下行颗粒影响后,充分发展区的截面平均颗粒速度约为未考虑时的0.8倍,在约束区和加速区较0.8倍略有增大。通过对实验数据的分析,得到了提升管段局部和截面平均颗粒速度在考虑下行颗粒前后的定量换算关联式。     

循环流化床回路颗粒过阀压差脉动特性及对提升管内压力脉动的影响

在循环流化床冷模实验装置上,分别调节提升管内表观气速和回料管上阀门开度,测量并分析了颗粒过阀压差脉动特性及其对提升管内压力脉动的影响。结果表明:随着提升管内表观气速的降低或阀门开度的增加,颗粒过阀依次会呈现股状出料和连续出料两种形式;股状出料时颗粒过阀的压差脉动标准偏差较大,呈单主频特性,主频在0.35 Hz左右;连续出料时颗粒过阀的压差脉动标准偏差相对较小,呈双主频特性,分别对应0.35Hz和2.5Hz左右,其中2.5Hz主频能量相对较大。颗粒过阀压差脉动直接影响提升管内压力脉动行为,在提升管下部较为明显,提升管内压力脉动主频与颗粒过阀压差脉动主频分布相同。     

变径提升管内颗粒流动特性的研究

采用提升管冷模实验装置,对40mm/20mm和24mm/12mm两种变径提升管和一种20mm单一直径提升管内的颗粒流动特性进行实验。考察了颗粒循环速率(Gs)和气速对变径提升管平均固含率(εs)和截面平均颗粒速度(Up)的影响。实验结果表明,采用变径提升管可改变固含率(εs)和Up分布;40mm/20mm变径提升管扩径段εs保持在0.1～0.3之间;提高Gs或降低气速,截面径向各点的εs都增大。提高Gs会导致Up增大。增大气速对扩径段Up的影响不明显,但会明显提高缩径段的Up。40mm/20mm提升管扩径段εs达到0.20以上,比24mm/12mm提升管扩径段的εs提高30%。相同气速和Gs下,40mm/20mm提升管扩径段底部的εs达到0.25,是20mm提升管的2～3倍。     

压力对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟

 为了分析压力变化对旋风分离器内颗粒浓度分布的影响,利用Fluent6.1软件, 气相流场采用修正的雷诺应力模型, 颗粒相运动采用颗粒随机轨道模型, 对0.1~6.5Mpa压力下旋风分离器内气、固两相流流场进行了模拟。结果表明,在入口浓度一定条件下,随着压力的升高,器壁颗粒浓度渐呈螺旋状灰带分布,旋风分离器内旋流区域的颗粒浓度减小,旋风分离器分离能力增强。压力增加一方面使气体切向速度增加,颗粒所受离心力增加;另一方面,气体的湍流强度增大,颗粒的扩散作用增强。当压力超过3.0 MPa后,压力增加对切向速度影响不大,而颗粒扩散增加,旋风分离器内旋流区域颗粒浓度增加,对颗粒分离不利。旋风分离器的径向颗粒浓度分布可以用指数函数描述,其中颗粒的径向速度、颗粒的扩散系数和边壁的颗粒浓度是影响颗粒浓度分布的主要因素。旋风分离器粒级效率随压力的增加而增大,当压力超过3.0 MPa后,压力增加对粒级效率影响不大。     

颗粒碰撞恢复系数对循环流化床提升管内气固流动模拟的影响

将基于能量最小多尺度方法的曳力模型耦合到欧拉-欧拉双流体模型中,采用全滑移边界条件处理壁面处的颗粒相,对颗粒相为Geldart A类颗粒的循环流化床体系进行了模拟研究。考察了6种颗粒碰撞恢复系数(ess)(0,0.5,0.8,0.9,0.99,0.995)对提升管内轴向空隙率和颗粒循环量等气固流动特性的影响。模拟结果表明,由6种ess计算的轴向空隙率分布结果均呈现典型的底部密相区、中间过渡区和顶部稀相区的"S"型分布;ess较大(0.99,0.995)时能够提高提升管内轴向空隙率分布预测值和实测值的吻合程度,预测值更真实。;当ess=0.99,0.995时,提升管底部的颗粒相浓度分布预测结果呈现典型的"环-核"结构特征;ess对提升管底部颗粒相浓度和速度径向分布的影响较大。     

焦炭颗粒在循环流化床提升管中的浓度分布

在冷态提升管装置和热态工业循环流化床装置上,考察了表观气速和焦炭颗粒循环速率对提升管中部稳定区颗粒含率的影响。研究结果表明,冷态条件下焦炭颗粒循环速率较低(20~250 kg/(m~2·s)),提升管稳定区的颗粒含率小于0.12,且相同循环速率下,颗粒含率随表观气速的增大而减小;热态条件下焦炭颗粒循环速率较高(200~450 kg/(m~2·s)),在表观气速为10.50~13.20 m/s时,提升管稳定区颗粒含率小于0.35,并回归出冷热态条件下颗粒含率和极限颗粒含率的关联式。对冷热态相同表观气速和颗粒循环速率条件下的颗粒含率进行比较,工业装置的颗粒含率大于冷态实验的颗粒含率。     

颗粒回料量对循环流化床下部压力脉动的影响

在一套循环流化床冷模实验装置上,考察了颗粒回料量对循环流化床提升管下部压力脉动特性的影响。结果表明,提升管下部瞬态压力呈现低频高幅、高频高幅与高频低幅的脉动特征;当提升管出口上方为零床层操作模式时,压力脉动主频在2 Hz以下,脉动能量随着颗粒回料量的增加而增加;当提升管出口上方为有床层操作时,脉动主频主要为20~25Hz频段,脉动能量随着颗粒回料量的增加而降低。     

16m高提升管中FCC颗粒固含率的研究

研究了 16m高循环床提升管中FCC颗粒固含率及其轴向分布 ,并与相同条件下 6m高提升管中固含率及其轴向分布进行了对比分析。结果表明 ,提升管高度对固含率及其轴向分布具有显著影响。提升管高度增加 ,提升管各高度截面上的平均固含率减小 ,其轴向分布也更加均匀。提升管下部浓相段和上部稀相段的固含率随操作条件的变化规律明显不同。在提升管稀相段截面上 ,固含率随颗粒循环量的提高呈线性增加 ,随表观气速的增加平缓下降 ;但在提升管浓相段 ,由于颗粒间相互作用较强 ,固含率随操作条件的变化更为显著。     

鼓泡床、湍动床固含率的相似分布规律

在内径为４７４ｍｍ的流化床中，采用双光路光纤密度探头分别研究了流化床密相区、稀相区空隙率径向分布，发现无论是在密相区还是在稀相区，鼓泡床、湍动床中的固含率径向分布均比提升管均匀得多。鼓泡床、湍动床中的固含率径向分布符合相似分布规律，即局部固含率与截面平均固含率成正比，仅是径向位置的函数，与操作气速无直接关系。     

18 m循环流化床提升管内压力信号的功率谱密度分析（流态化约稿）

本研究以高度18 m,直径为80 mm的提升管反应器为研究对象,基于装置稳定运行状态下提升管不同轴向位置的压力数据,应用功率谱密度方法分析了其内部的气固流动特征。研究结果表明,功率谱密度呈现低频高能的现象,提升管内的压力信号波动主要受气固间相互作用包括气固相互摩擦、颗粒间碰撞、聚并等行为的控制,随着颗粒循环速率的增大,提升管内颗粒行为发生频次升高,压力波动程度增强。随着提升管轴向位置的升高,压力信号波动程度逐渐减弱,其中在提升管顶部区域功率谱的低频高能现象基本消失,说明在提升管底部区域气固间的相互作用较强,引起压力波动程度较大,而充分发展区域内的气固间相互作用处于稳定状态,压力波动较弱。     

动能探头测定循环流化床中颗粒流动特性

采用动能探头测定了循环流化床中（内径１８６ｍｍ，高８ｍ）颗粒动能的径向分布及其随操作条件和轴向位置的变化规律，并结合空隙率的径向分布，同时研究了颗粒速度、颗粒通量的径向分布规律。实验结果充分表明，在循环流化床中，颗粒流动在床层径向具有很大的不均匀性，并呈明显的内循环流动结构。实验结果对于探索循环流态化不均匀流动机理、建立气固流动模型以及寻求强化和改善反应器操作的途径，均具有重要的意义。     

组合流化床燃烧器烧焦管内固含率的径向分布研究

在组合流化床燃烧器的冷态实验装置上,以空气一石英砂颗粒为流化介质体系,在烧焦管内表观气速（u。）为3．156～5．989m／s,颗粒循环强度（G8）为40．8～229．4kg／（m2·s）的条件下,采用光纤颗粒浓度测量仪对烧焦管内床层径向局部位置的固含率（ε8）进行了测定。结果表明,烧焦管内ε8沿床层径向呈中心稀边壁浓的环一核形分布形态,呈现出非均一的相结构;ε8随ug的升高而减小,且随Gs的升高而增大,这种影响规律在烧焦管的边壁区比中心区更为显著。根据实验数据关联出截面平均固含率不变条件下的径向局部ε8的计算式,所得计算值与实验值基本吻合。     

催化裂化再生器中Pt/Al_2O_3助燃剂的失活动力学

对催化裂化再生器中使CO完全氧化的Pt/Al2 O3 助燃剂的失活进行了研究。发现Pt/Al2 O3 助燃剂的失活与气流中氧的存在密切相关。GPLE失活动力学模型能很好地拟合试验数据 ,其失活级数为 2。估算了助燃剂的平衡活性 ,结果与工业实际值相符合     

高硫石油焦流化床洁净燃烧技术的工业应用

介绍了高硫石油焦的基础特性及国内外高硫石油焦流化床洁净燃烧技术的开发与工业应用情况，分析了循环流化床技术、增压流化床联合循环技术和整体煤气化联合循环技术的特点及存在的问题。提出加强高硫石油焦基础特性研究、开发适合我国国情的清洁燃烧技术的建议。     

基于小波除噪和神经网络理论的气固循环流化床颗粒浓度预测

提出了一种将混沌的相空间重构、小波包分析和神经网络相结合的新方法用于预测气-固循环流化床的颗粒浓度。首先利用小波包进行数据的消噪,然后用混沌方法重构相空间吸引子,用径向基神经网络拟合吸引子上的全局整体映射,构成混合预测模型。实验结果表明,将此混合模型用于预测气-固循环流化床的颗粒浓度,能达到较好的预测效果,预测精度比奇异值分解和傅里叶变换除噪高。     

变径组合提升管内压力脉动及其流型转变特性

采用变径组合提升管冷模实验装置,在固/气比(Gs/(ρg·Ug))为0~37.60,通过实验对变径组合提升管内的压力脉动信号及其流型转变特性进行了研究。结果表明,随着固/气比(Gs/(ρg·Ug)的增加,变径组合提升管内依次出现气力输送(Gs/(ρg·Ug)为0~15.00)、快速流态化(Gs/(ρg·Ug)为15.00~27.00)、高密度循环流态化(Gs/(ρg·Ug)为2700~3760)3种流型。变径组合提升管内压力脉动主要由两部分组成：一部分是由于进料波动产生的全局性压力脉动,主频在0.30 Hz左右;另一部分是由于局部气流扰动,气-固相互作用以及颗粒(团)和颗粒(团)之间的相互作用引起的局部压力脉动。气力输送流型下,局部压力脉动的频率主要集中在D5频段(1.56~3.13 Hz),主要由局部气流扰动引起;快速流态化流型下,局部压力脉动的频率主要集中在D4频段(3.13~6.25 Hz),主要由局部气体与颗粒(团)间的作用引起;高密度循环流态化流型下,局部压力脉动的频率主要集中在D5频段,主要由局部颗粒(团)与颗粒(团)间的作用引起。