连续进出料CFB密相区中颗粒横向运动行为模拟研究

采用计算颗粒流体力学模型(CPFD),研究了连续进出料条件下,密相区中床料粒径分布及流化风速对床层气固流动结构、颗粒横向运动行为及停留时间的影响。模型尺寸为900 mm×100 mm×1 200 mm。模拟结果显示,床面呈现出左高右低,排渣口上方存在"死区",随着流化风速的增加,床面高度差及"死区"大小减小,床内颗粒平均停留时间先减小后增大,最后趋于不变,停留时间分布的离散程度增加,床层膨胀度增加,达到一定风速后增加幅度减小。相同风速下,单一粒径与0.3~0.6 mm宽筛分条件下得到的结果基本一致,0.6~1.5 mm宽筛分床内得到平均停留时间要大,停留时间分布函数更为集中。     

分区流化床内床料的横向迁移和传热特性

在自建的水平循环分区流化床冷态实验台上,采用示踪剂法和传热探针法,分别研究了分区流化床内床料的迁移特性和探针的传热特性;分析了流化风速、颗粒粒径、隔板高度、引射风量、探针位置和取向等因素对传热、传质特性的影响。研究表明：随着流化风速、初始床高和引射风量的增加,颗粒迁移量增加;在相同流化风速条件下,低床区的抛撒量明显高于高床区。当流化风速超过最小流化风速,传热系数随流化风速的提高迅速增加,且达到最大值,然后稍有下降;传热探针背风面的传热系数总体上比迎风面的大;传热系数随床高的增加呈现下降的趋势。总体上,颗粒横向迁移对传热效果的提高有利,在颗粒稳定迁移条件下传热系数的提高值约为30%。     

双支腿流化床颗粒交换的压力信号分析

为研究双支腿流化床支腿间颗粒交换特性,采用粒径为0．9～1min的玻璃珠为床料,在尺寸为240mm×20mm×800mm的二维有机玻璃可视化双支腿流化床内,采集差压脉动信号对床内差压进行了功率谱密度及香农熵的分析,研究了颗粒在支腿间的质量交换、流化风速和床存量对颗粒交换的影响,以及颗粒交换行为的稳定性规律。研究结果表明,支腿间颗粒交换方式以颗粒团簇和单颗粒为主,分别对应第一主频和第二主频。流化风速的增加使2种颗粒交换方式所占的比重趋于相等,床存量的增加会加剧颗粒在支腿间的质量交换。流化风速和床存量的增加使两主频相互靠近。颗粒交换行为的稳定性和确定性随着气速的增加先增强后逐渐减弱。     

旋流流化床密相区埋管传热的冷态试验研究

在自建的旋流流化床冷态实验台上，采用基于微型热流密度感应薄膜制成的传热探针，测量了旋流流化床中埋管与床料的传热系数，研究流化风速、颗粒粒径、探针位置和密相区二次风射流等因素对埋管传热系数的影响。结果表明：当流化风速超过最小流化风速，传热系数随流化风速的提高迅速增加，并且会达到最大值，然后会稍有下降；传热系数沿探针的周向是变化的，背风面的传热系数总体上比迎风面的大；垂直于旋流方向布置探针的纵向传热系数高于平行旋流方向布置的横向传热系数，合理的颗粒级配和二次风射流有利于旋流的形成和传热效果的增强。     

成型生物质颗粒与砂混合的初始流化风速研究

为了研究成型生物质颗粒与砂混合物的流化特性,在一个小型冷态鼓泡床试验台上进行一系列试验,得到不同砂粒径、不同掺混比下成型生物质颗粒与砂混合的初始流化风速。结果表明,混合物的初始流化风速随砂的粒径和生物质掺混比的增加而增加。提出一种适合计算生物质颗粒与砂混合物初始流化风速的方法,该方法可以预测生物质与砂混合物的初始流化风速。     

循环流化床锅炉的临界流化风量的测定技术分析

介绍了循环流化床锅炉临界流化风速的概念及其在锅炉冷态调试时的测定方法，利用厄贡准则式和浙江大学提出的计算式计算了宽筛分颗粒的冷热态临界流化风速的比值，分析了冷态临界流化风量与热态运行时风量的关系，指出二者基本相当时才能保证热态运行时床料良好流化。     

棉秆在循环流化床中燃烧特性的实验研究

该文介绍了长度为10~100 mm棉秆与弱酸性床料的混合流化特性,主要研究流化风速和棉秆与床料不同配比对混合均匀度的影响。实验结果表明,10~100 mm棉秆与一定粒径分布的床料,质量配比为1~2%,流化数N>3时,能较均匀地混合流化,但流化数N> 7时,混合均匀度有所降低。棉秆与床料配比对混合均匀度也有影响,棉秆的质量配比越小,混合得越均匀,所以设计循环流化床锅炉时流化风速、静止床高要选择合理。在0.5 MW CFB实验装置上研究了纯棉秆燃烧时,流化速度、二次风率和棉秆给料量对炉内温度场分布的影响,结果表明,根据CFB实际运行参数,当流化速度为4~4.5 m/s时,尽管此时混合均匀度有所降低,但并没有影响到密相区稳定燃烧,其温度能够维持在830~870 ℃。实验后放出的底渣没有出现烧结现象,基本保持原来的形貌,说明弱酸性床料能够适合棉秆循环流化床燃烧。     

流化床内球形大颗粒停留时间分布的正交实验研究

利用电容层析成像示踪大颗粒在床内运动轨迹,通过正交实验法研究非均匀布风流化床内球形重质大颗粒粒径、密度、流化风速对其在床内停留时间分布(residence time distribution,RTD)的影响规律。实验及显著性分析结果表明大颗粒停留时间随密度、粒径增大而增大,随流化风速增大而减小;大颗粒密度是影响其停留时间的主要因素,流化风速次之。由回归分析建立了大颗粒平均停留时间(mean residence time,MRT)和实验变量的无量纲经验关系式,将其用于预测一定工况下大颗粒MRT时误差不超过20%。最后采用Shapiro-Wilk正态性检验方法对RTD曲线进行检验,结果表明大颗粒在床内的停留时间很接近正态分布。     

煤颗粒的形貌特征对流化床燃烧室设计的影响

煤颗粒的形貌特征是流化床锅炉设计的重要基础数据。设计时颗粒平均粒径用ｄｐ＝Ｘｉｄｉ来计算。形状因子不同则ｄｐ不同，且阿基米德数Ａｒ和临界流化风速ｕｍｆ甚至流化床内传热系数也发生变化。该文以几种固体燃料为例研究了煤颗粒的形状因子及其对流态化、床内传热的影响。研究表明，对宽筛分煤不宜推荐狭窄的值范围。有必要建立形状因子的分布曲线，设计时采用下式计算平均粒度ｄｐ＝ｉＸｉｄｉ，以免造成传热面积设计过大、锅炉投运后床内埋管被迫割除的结果。图３表１参８     

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。     

不同返料偏差下大型CFB锅炉炉内颗粒浓度分布特性的数值模拟

根据实炉测试获得的风量分配参数,采用欧拉-拉格朗日方法对某300MW亚临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉炉内气固流场进行了数值模拟,得到了不同返料偏差下炉内颗粒浓度的分布特性以及横向扩散强度沿炉高的变化。结果表明:返料偏差在±30%以内时,上二次风口以上区域沿炉膛高度、深度以及宽度方向颗粒浓度的平均相对偏差均在8%以下,炉膛各出口颗粒质量流率百分比变化在±1.60%以内;实炉运行时的返料偏差不是造成分离器颗粒流率偏差的主要原因,即使返回炉内的循环灰量偏差达30%,这一偏差的80%以上会消失在密相区中;在炉膛高度方向上,密相区颗粒的横向扩散远远强于稀相区,返料偏差对横向扩散的影响主要集中在密相区。     

宽粒径分布流化床的微观尺度模拟与分析

采用计算流体力学-离散单元(CFD-DEM)耦合方法对三维宽粒径分布流化床进行数值模拟研究，对比了两种不同表观气速下流化床内颗粒的分离和混合情况，并对计算结果进行了详细分析。在宽粒径分布流化床内，存在不同程度的颗粒分层现象。当表观气速较低，处于最小颗粒的最小流化速度与最大颗粒的最小流化速度之间时，会出现明显的分层，整体上为大颗粒在下、小颗粒在上的分层结构，而当表观气速较高，大于最大颗粒的最小流化速度时，床内不再出现明显的分层现象。最后对两种不同表观气速下床内颗粒的分层和混合的详细运动行为进行了分析和讨论。     

双支腿流化床压力脉动的递归分析

采用递归图系统研究了流化风速、床存量对双支腿流化床(DL-FB)内气固流动混沌特性的影响规律。DL-FB的宽、深和高分别为0.24、0.04和2.0 m,支腿高为0.16 m,使用粒径范围为0.25～0.28的玻璃珠作为床料。结果表明递归图可用于描述DL-FB内的气固两相流动的混沌特性,且DL-FB内的气固流动较单布风板流化床复杂。DL-FB系统熵随着流化气速的增加呈"M"型曲线变化。DL-FB系统随气速的增加会出现低速颗粒未交换段、低速颗粒交换起始段、颗粒交换段和颗粒悬浮段。床存量对系统熵的影响较大且没有明显规律。DL-FB内的压力脉动包含气泡行为和颗粒交换在半床间交换行为。     

双循环流化床颗粒循环流率实验研究

为实现颗粒循环流率的合理控制,在自行搭建的双循环流化床系统上对鼓泡床流化风速、快速床总风速和配风比、鼓泡床静床层高度、颗粒平均粒径等控制参数对颗粒循环流率的影响进行了研究,基于附加动量算法、Levenberg-Maraquardt算法和遗传算法3种不同的权值优化算法,建立了BP神经网络优化模型,并比较了模型预测值与实际值间的误差。研究结果表明:颗粒循环流率受鼓泡床流化风速变化影响较小;颗粒循环流率随快速床一次风比、总风速和鼓泡床静床层高度的增加而增加,随颗粒平均粒径增大而减小;基于遗传算法优化的BP神经网络在对测试样本测试时平均误差为0.436 5%,标准方差为0.064 1,预测值与实验值比较吻合,为较优的BP神经网络模型。     

循环流化床锅炉选择性排渣装置

提出了一种选择性排渣装置,用于实现循环流化床锅炉底渣的选择性排放以及回收底渣中细颗粒以调节炉内床料粒径分布。在一个可视化冷态试验台上对其气固流动特性进行了试验研究,试验结果表明:运行时间、主床和分选室的流化风速以及隔墙高度对分选室的颗粒分选情况有较大影响,可以通过调节分选室和主床的流化风速来调节排渣分选情况;当分选室与主床的流化风速比>1.43时,该排渣装置才会有好的粗细颗粒分选效果。     

高压流化床鼓泡流化特性的冷态实验研究

在内径90mm的冷模加压流化床实验装置上,以4种不同粒径范围0.15 ～0.17、0.2 ～0.22(Geldart A类颗粒)、0.36 ～0.4、0.4～ 0.45 mm(Geldart B类颗粒)的石英砂为实验物料,在压力(0.1～4.5MPa)范围内进行了加压鼓泡流化实验.研究了压力对最小流化速度umf、最小鼓泡速度umb、床层膨胀高度H、最小流化和最小鼓泡床层平均空隙率εmf、εmb及乳化相平均空隙率εD的影响.实验结果表明:随着系统压力的增加,Geldart B类颗粒的umf减少,但减少的幅度逐渐变小,而Geldart A类颗粒的umf却基本保持不变.在相同的流化风速下,两类颗粒的H都随压力的增加而增高,但压力对两类颗粒的εmf影响较小.GeldartA类颗粒的umb、εmb和εD都随压力的增加有比较明显的增大.在实验过程中还发现平均粒径为0.38mm的Geldart B类颗粒,在高压下表现出了Geldart A类颗粒的特性,为增压流化床的设计提供较可靠的参考依据.     

建峰热电厂CFB锅炉破碎筛分系统改造

建峰热电厂2×80t/hCFB锅炉在燃料发生变化时,由于入炉煤粒径的宽范围分布,造成锅炉煤粒燃烧呈现4种状态:(1)层燃燃烧方式,主要存在于大颗粒部分(粒径(15～50)mm);(2)鼓泡燃烧方式,主要存在于中颗粒部分(粒径(6～15)mm);(3)流化燃烧方式,主要存在于小颗粒部分(粒径(1～6)mm);(4)气力输送燃烧方式,主要存在于超小颗粒部分(粒径<1mm)。由于选用国产破碎机(采用多级齿压原理),特别是对煤矸石而言,机械破碎、燃烧破碎和磨损基本上无法将其体积变小(粒径(10～50)mm),因此会产生以下问题:(1)影响炉内流化。由于床料大颗粒数量增加,流化风量也相…     

低风速环境下光伏组件积灰特性模拟研究

以YL250P-29b光伏组件为研究对象,利用COMSOL软件对其在低风速环境下的积灰特性进行了数值模拟;模拟与实验的对比结果表明,两者数量级相同且变化趋势一致,验证了数值模拟方法的合理性.分析了风速、粒径、安装倾角对光伏组件表面积灰特性的影响,结果表明,低风速环境中,同一安装倾角下对于20和25μm颗粒,积灰密度随风速增加而增加;风速不变且安装倾角大于30°后,积灰密度随安装倾角增加而降低;当风速和安装倾角相同时,20μm粒径的积灰密度大于其它粒径的;安装倾角为30°时,颗粒各粒径下的积灰密度均达到峰值,此后随安装倾角增加而下降;一定条件下,可结合灰尘粒度分析结果考虑适当增加安装倾角以减小颗粒沉积.     

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。     

选择性流化床冷渣器的冷模数值模拟

以国内某电厂100MWCFB锅炉的选择性流化床冷渣器为原型,以1:10的比例建立了一个冷模试验台,采用漂珠作床料,对冷渣器内的气固流动特性进行了试验研究和数值模拟。通过对进渣、排渣等运行工况的模拟,得到冷渣器不同仓室内床压特性和不同仓室之间的床料流动特性,并与试验结果进行比较。结果表明,在合适的流化风速下,床料能比较顺利地依次通过各个仓室,顺利排渣。