溢流管式多层气固流化床稳定操作气速范围的影响因素

在四段溢流管式多层流化床装置中研究了固体颗粒加料速率、分布板开孔率及孔径、溢流管内径、颗粒种类及粒径对多层流化床稳定操作气速范围的影响. 结果表明,多层流化床最小稳定操作气速(Umin)随颗粒加料速率、分布板开孔率及颗粒粒度增大而增大,随溢流管管径增大而减小,与分布板孔径大小无关;最大稳定操作气速(Umax)随分布板开孔率和孔径及颗粒粒度增大而增大,随溢流管管径增大而减小. 石英砂和煤颗粒的最大稳定操作气速均先随加料速率增加而增加,超过某一加料速率(表观颗粒速度约为1.0′10-4 m/s)后基本保持不变. 在相同固体加料速率下,石英砂的最大与最小稳定操作气速比(Umax/Umin)约是煤颗粒的3倍,表明石英砂比煤颗粒具有更大的操作弹性,可能是由于使用的褐煤含水量高、流动性差所致.     

窄筛分颗粒气固流态化特性数值模拟研究

为更好地指导工业生产,了解不同粒径颗粒在气固流化床中的状态以及流化床中颗粒分布情况,针对气固流化床中窄筛分颗粒流态化特性进行数值模拟研究。通过流场模拟软件分析在相同流化床中不同粒径段的颗粒(46～80、106～113、185～221μm)和不同流化床进气速度条件下所能达到的体积分数和流化床层高度以及达到这一指标所需时间,并采用欧拉-欧拉模型和SIMPLE算法计算不同气速条件下的颗粒体积分数、速度分布。结果表明,在相同气速条件下,颗粒粒径增大,导致流化床内颗粒体积分数最高点与最低点的差距变大,颗粒分布不均匀性增加,同时床层整体高度下降,床层内颗粒密度上升,颗粒体积分数下降,流化效果降低;相同颗粒粒径情况下,增加气速可降低流化床内部颗粒的体积分数,增加气体与固体颗粒的接触面积,增强流化效果,但减少了流化床内部颗粒速度矢量分布达到均匀的时间,颗粒分布不均匀性更加明显。     

双流化床反应器间气体泄漏规律的数值模拟

建立了描述双流化床化学链燃烧反应器内气固两相流动的数学模型,采用计算流体动力学方法,模拟考察了提升管和鼓泡床相耦合的双流化床内不同单元之间气体泄漏产生原因和影响因素。化学链燃烧系统压力平衡的分析结果表明,反应器间的气体泄漏主要发生在溢流装置和鼓泡床之间;增大溢流装置表观气速,气体泄漏增大,而增大提升管或鼓泡床表观气速时,气体泄漏会随之减小;化学链燃烧系统内颗粒总藏量增加时,气体泄漏会减小;颗粒粒径减小后反应器之间气体泄漏降低。其研究结果对其他循环流化床反应器的设计与工程放大也有一定的借鉴作用。     

多层筛板流化床料层高度均匀性研究

通过测定流化床料层压差,研究了多层流化床顶层进料均匀性、进气及排气方式对多层流化床流化料层高度均匀性的影响。结果表明,布料越均匀,上中二料层高度越接近,且在低气速下易于形成较良好的流化层,但随着气速增大,其影响逐渐减弱;在低气速下进气方式对中下二料层均匀性有较大影响,但随气速增大影响也减弱,底部进气方式更易达到较好的料层均匀性;流化床的排气方式对流化料层基本无影响。因此均匀的布料和较均匀的进气预分布有助于均化各料层高度,并拓宽多层流化床的操作弹性。     

环隙下料式流化床?提升管耦合反应器内截面平均固含率的分布

在环隙下料式流化床-提升管耦合反应器大型冷模实验装置中,研究了提升管和环隙下料管内FCC颗粒截面平均固含率(εp)的轴向分布.结果表明,流化床区域内pe随操作气速增大而减小,提升管区域可分为充分发展区(3.91~6.81 m)和约束返混区(6.81~8.60 m),提升管区域内εp随操作气速增大而增大,操作气速小于0.7 m/s时,εp沿轴向分布均匀;其大于0.7 m/s时,约束返混区的pe明显增大.在环隙下料管内,由于受窜气的影响,颗粒沿重力场流动阻力增大.操作气速小于0.75 m/s时,环隙下料管内εp沿轴向分布较均匀;其大于0.75 m/s时,变径段出现脱空现象.总体上,εp沿轴向向下略有增加,颗粒可顺畅通过环隙下料管循环返回流化床内.确定了提升管区域内εp沿轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

多层筛板流化床料层均匀性的研究

研究了顶层进料均匀性、进气及排气方式对多层流化床流化料层高度均匀性的影响。结果表明布料越均匀,上中两料层高度越接近,且在低气速下易于形成较良好的流化层,但随着气速增大,其影响逐渐减弱;在低气速下进气方式对中下两料层均匀性有较大影响,但随气速增大影响也减弱,底部进气方式更易达到较好的料层均匀性;多釜串联模型可以很好的模拟多层流化床内的流动混合情况。     

气固搅拌流化床流化和干燥特性实验研究

通过测定不同搅拌速度、床层高度下床层压降与表观气速间的关系,研究了水平桨气固搅拌流化床的流化特性。实验表明,搅拌增强了气固接触,明显改善了流化床的流化质量。对不同气速、不同搅拌速度下气固流化床的干燥特性进行了实验研究,结果表明,搅拌能加快流化床的传热速率,提高干燥速度。     

微型流化床内气体返混

微型流化床基础和应用在近几年受到越来越多的关注。针对微型流化床对气固反应分析的应用要求,利用脉冲示踪法研究了内径10 mm和21 mm两种尺寸微型流化床中的气体返混特性,具体考察了管内径、颗粒静床高度、床料颗粒粒径和气体表观流速对气体返混程度的影响。结果表明:随着床内径、颗粒静床高度和表观气速的减小和床料颗粒粒径的增大,气体在床内的返混程度减小。使用粒径约270 μm粗颗粒时,两种床径的浅层微型流化床中的气体返混程度都较小,对应的Peclet数在27以上,证明了床内气体流动接近平推流,从而为利用微型流化床最小化气体返混对反应测试的影响,获得近本征反应动力学参数提供了流动特性的保障。     

带导流管多层流化床流体力学特性实验研究

多层流化床的应用范围受操作可调性和稳定性等因素限制。在改变传统筛板结构的基础上,研究了传统穿流板多层流化床和导流管多层流化床床层压降随表观气速和进料速率的变化规律,实验结果表明,导流管多层流化床不仅大幅减小了床层压降、提高了床体处理能力和可调范围,而且也改善了物料的流化质量。此外,当料层达到一定高度时,导流管多层流化床还具有喷动流化床的特性,同时导流管还具有溢流物料的作用,进一步加大了气固传质效率和床体处理能力。在流体力学分析的基础上,推导出导流管多层流化床床层压降的关联式,得到了床层压降随进气气速和进料速率的关系,与实验数据基本吻合。     

生物质惰性颗粒混合物的混合分离特性

在D99mm×1000mm的圆柱流化床中,选用不同粒径的沙子／锯末、沙子／菜籽双组分混合物,研究了不同沉积组分含量,尤其是富沉积组分情形下床层表观气速、静床高度对流化床二组分混合物的混合与分离的影响．实验结果表明：静床高度对生物质惰性颗粒混合物分离指数无影响,沉积组分适宜的粒度及床层高和表观气速有利于生物质惰性颗粒混合物的混合．     

流化床生物质惰性颗粒混合分离特性①

在Φ99×1000mm的圆柱流化床中,选用不同粒径的沙子／锯末、沙子／菜籽体系,研究了不同沉积组分含量,尤其研究了生物质、惰性颗粒在富沉积组分情形下床层表观气速、静床高度对流化床二组分混合物的混合与分离的影响。结果表明静床高度对分高度无影响,沉积组分适宜的粒度及高表观气速有利于流化床二组分混合物的混合,可使混合度达到87％。     

流化床生物质惰性颗粒混合分离特性

在Φ99×1000mm的圆柱流化床中,选用不同粒径的沙子／锯末、沙子／菜籽体系,研究了不同沉积组分含量,尤其研究了生物质、惰性颗粒在富沉积组分情形下床层表观气速、静床高度对流化床二组分混合物的混合与分离的影响。结果表明静床高度对分高度无影响,沉积组分适宜的粒度及高表观气速有利于流化床二组分混合物的混合,可使混合度达到87％。     

鼓泡床取热器流动特性的数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,采用点源注射的进气方式对气固鼓泡流化床取热器内流动特性进行数值模拟。考察不同气速下床层膨胀高度、轴径向时均固含率分布、颗粒轴向速度分布及床层颗粒内循环流率的分布。模拟结果与实验数据吻合较好,表明该模型可以用于描述鼓泡流化床取热器内气固两相的流动规律。     

三相流化床中表观气速对电导率及相含率的影响

应用电导探头测试技术,以直径5～6mm、颗粒密度2.6g/cm3的玻璃珠为固相,空气为气相,自来水为液相,对三相流化床中不同部位的电导率进行测定,研究了表观气速对电导率、气含率的影响.结果表明,径向上(除测孔1外)越靠近流化床中心部位电导率越低,轴向上与气体分布板距离越远电导率越低.在表观气速分别为0.81和2.82m/s时,流化床中心区域气含率较大,靠近边壁区域气含率减小(除测孔1外),随表观气速增加,气含率增加,气含率径向分布均匀性变差,轴向越向上气含率越大(除测孔1外),气含率轴向分布均匀性变差.     

组合约束型提升管出口气固分布器的压降

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,通过实验研究了不同操作条件下提升管出口气固分布器的压降,并与常规气体分布器压降进行了对比。实验结果表明,在零床层及有床层的操作模式下,气固分布器压降均随提升管内表观气速和颗粒循环强度的增加而增大,在颗粒循环强度较低时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而增大,在颗粒循环强度较高时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而减小;随着开孔率及上部流化床层压降增加,气固分布器压降呈降低趋势,当流化床层压降达到一定程度后,分布器各孔方可实现有效布气,此后气固分布器压降趋于近似不变;在相同表观气速及开孔率下,气固分布器压降大于常规气体分布器压降。     

组合约束型提升管出口气固分布器的压降

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,通过实验研究了不同操作条件下提升管出口气固分布器的压降,并与常规气体分布器压降进行了对比。实验结果表明,在零床层及有床层的操作模式下,气固分布器压降均随提升管内表观气速和颗粒循环强度的增加而增大,在颗粒循环强度较低时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而增大,在颗粒循环强度较高时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而减小;随着开孔率及上部流化床层压降增加,气固分布器压降呈降低趋势,当流化床层压降达到一定程度后,分布器各孔方可实现有效布气,此后气固分布器压降趋于近似不变;在相同表观气速及开孔率下,气固分布器压降大于常规气体分布器压降。     

内构件流化床内颗粒停留时间分布及压降的研究

在一内径100 mm设有数块水平挡板、底部连续加料与上部溢流排料的流化床内,采用粒径为0.04～1.0 mm的精钛矿颗粒,进行了加料速率、流化气速以及内构件间距等不同因素对物料在床内停留时间及压降影响的实验研究,发现在气固并流向上的流化床内增设水平挡板且d/H=1时,可形成稳定流化状态.研究结果表明流化床中的持料量主要取决于流化气速,平均停留时间随流化气速和进料速率增加而降低.平衡时床内颗粒平均粒径大于进料颗粒的平均粒径,使得床内小颗粒停留时间减少,大颗粒停留时间延长,可满足各种粒度颗粒所需的反应时间.通过简化经验公式计算表明,大而重的颗粒趋于沉积床底,小而轻的颗粒趋于漂浮床顶.实验数据可为此类床型用于气固相加工提供有益参考.     

快速流化床中颗粒浓度及颗粒速度的径向分布

本文在φ140mm的气固并流下行快速流化床中,研究了颗粒浓度及颗粒速度的径向分布随操作气速、颗粒循环速率以及床层轴向位置的变化规律。并探讨了颗粒质量通量的径向分布及颗粒流动的均匀性,表明在相同操作条件下,下行快速流化床中气固流动远比上行快速流化床均匀。     

纳米二氧化硅的流态化行为及卧式流化床多釜串联模型

采用大型立式流化床,考察了气相法制备的纳米SiO2颗粒的流态化行为,研究了不同进料量下床层压降与气速的关系,得到了纳米SiO2体系的膨胀和塌落曲线. 利用多釜串联模型,研究了卧式流化床内挡板数目、物料流量等因素对纳米SiO2的停留时间分布密度和分布方差的影响. 结果表明,等间距设置2块挡板时,物料流动已明显偏向平推流,多釜串联模型参数N接近4. 在实验研究的基础上,设计了大型卧式流化床结构参数,脱酸后产品SiO2颗粒的pH值可达4.0以上,能满足工业生产需要.     

平均粒径对气-固流态化特性的影响

运用一种新型的隔离稀相床层塌落技术,研究了3种不同平均粒径的FCC催化剂流化床层的塌落特性和高表观操作气速条件下床层的乳相结构。实验采用摄像技术,记录了细颗粒床层的塌落过程,获得了床层料面的塌落曲线。考察了颗粒流化床层的乳相和泡相特性,并进一步分析了平均粒径对颗粒床层塌落性质的影响。实验结果表明:在操作气速较高的条件下,在所选用的粒径范围内,平均粒径为30μm左右的FCC催化剂颗粒的塌落时间最长,乳相密度最小,泡相体积分率亦明显高于较粗颗粒的对应值。这些结果表明平均粒径为30μm左右的FCC催化剂颗粒具有比较独特的流化性能。