二维液固循环流化床内固体颗粒浓度分布的研究

本文对立了液固两相流在弯管中的运动微分方程,提出了一种由流化床压降计算流化床中固体颗粒膨胀高度的方法,在此基础上提出了固体颗粒浓度分布的经验计算式。本文建立了一套模拟循环流化床蒸发器流动状况的二维装置,采用CCD图象采集与处理系统对不同的操作条件下惰性固体颗粒在床中的浓度分布进行测量,实验表明模型较为准确,可用于工程计算。     

下行床内提高颗粒浓度及改善颗粒分布研究进展

重质油高效转化和优化利用是国民经济发展的重大需求,具有十分重要的现实意义和战略意义。提升管催化裂化一直是重油轻质化的重要手段,但提升管的不均匀环核结构及气固返混特性降低了重油转化率和产品选择性。相对于提升管,下行床具有近平推流流型及气固短停留时间的优点,处理重油具有潜在优势。但下行床内颗粒浓度过低且气固初始接触较差限制其推广及应用。本文综述了提高下行床颗粒浓度及改善颗粒初始分布的相关文章,指出了深入研究下行床的颗粒增浓机制及气固初始混合可以丰富下行床的基础研究并推动其工业应用。     

流化床夹带颗粒浓度轴向分布的研究

继φ500mm 流化床中的夹带研究之后,本工作在φ154mm 有机玻璃流化床中实验研究了 FCC 催化剂,DX 型苯酐催化剂和丙烯腈催化剂在稀相区夹带颗粒浓度的轴向分布规律。在 TPH 概念和前人工作的基础上,本工作提出了一修正夹带模型和“恒夹带出口高度”CEOH 的概念,并获得了多种条件下的稀相区颗粒浓度的统一关联式。     

低密度循环流化床反应器床层截面平均颗粒速度的变化规律

本文在高8m,内径186mm 的循环流化床中采用 FCC 颗粒,利用 TSI 光纤激光多普勒测速仪测定了局部颗粒速度的径向分布,并获得了床层截面平均颗粒速度。实验结果表明:截面平均颗粒速度随操作气速的增大而增大,随固体循环速率的增大而略有减小。由实验数据回归得到了计算本实验条件下低密度速度的经验关联式。论文还从基本流体力学理论出发,在考虑颗粒加速运动的条件下,建立了一维气、固两相流模型,可以用于预测床层截面平均颗粒速度和空隙率的变化规律,模型计算结果和实验数据吻合较好。     

循环床提升管中粗重颗粒浓度的轴向分布

在10m高提升管中对空气-沙子体系的压力梯度进行系统测试,研究了粗重颗粒平均颗粒浓度云的轴向分布及操作条件对它的影响。结果表明,粗重颗粒的^εs在相同操作条件下显著低于FCC颗粒;随操作条件的不同,沙子颗粒表现出与FCC显著不同的轴向分布形态。高气速下粗重颗粒^εs的轴向分布与FCC相似表现为单调下降或直线形关系;但在表观气速Ug降低至某一临界值后,粗重颗粒^εs的轴向分布呈现出波动形式,表明沙子颗粒在提升管中的流动是一个加速-减速-再加速直至充分发展的过程。随Ug减小或Gs增大,提升管各截面上云升高;当^εs的轴向分布为波动形式时,提升管底部截面和中部颗粒聚集截面上^εs的变化较其它截面更为显著。     

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。     

高密度下行床内颗粒浓度径向分布的研究

在自行设计的一套下行循环流化床内进行了低气速、高浓度下行床内颗粒浓度的分布研究。实验分别采用了硅胶和FCC颗粒,在床层截面平均浓度最高到12％范围内进行了下行床不同截面上颗粒浓度径向分布的研究,并进一步分析了床层颗粒浓度对稀相中心区、环形浓相区浓度径向分布的影响。研究表明,在同一截面,随着床层颗粒平均浓度的增加,浓度分布趋于均匀;在截面平均浓度相近,浓度的径向分布沿轴向从上到下逐渐趋于均匀。颗粒的相对浓度的最大值随截面平均浓度的增加而减小,其在径向的位置基本不变。实验还发现,床层截面平均浓度的增加,浓相区内颗粒浓度的分布更均匀,而对稀相区内颗粒浓度分布没有明显的影响。     

循环流化床提升管中固体颗粒停留时间的分布

在内径１４０ｍｍ，高１０ｍ的循环流化床提升管中，采用磷光颗粒示踪法对床内固体颗粒的停留时间分布进行了测定。在气速１．５～９．０ｍ／ｓ，固体循环量１０～１４０ｋｇ／ｍ２ｓ的范围内，实验测得的停留时间分布曲线均有明显的双峰分布。这种双峰分布是由于提升管中弥散颗粒和颗粒团共同作用的结果。本文提出的一维两组分扩散叠加模型可较好地描述提升管中固体的混合行为。考察了在实验条件下，操作条件对固体混合行为的影响。发现：气速及固含对颗粒的轴向Ｐｅｃｌｅｔ数影响不大，提升管中颗粒的返混主要是由于颗粒团引起的。将研究结果与近期文献报道的其他研究进行了对比     

提升管-下行床耦合反应器内颗粒混合行为

引　言循环流化床中气固两相的流动有两种不同的方式 :提升管中为气固并流上行的逆重力场运动 ,下行床中为气固并流下行的顺重力场运动 .其差异表现为提升管内颗粒浓度、速度以及气体速度在径向上严重的不均匀 ,颗粒浓度概率密度分布以及速度的瞬时信号都表明了颗粒团 -空穴两相结构的存在[1] ,一些研究[2 ,3] 还发现提升管中颗粒的停留时间分布 (ＲＴＤ)曲线存在较大的拖尾甚至出现双峰 ,研究者认为提升管内存在弥散颗粒和颗粒团两种不同的混合机理 ;下行床则比提升管大大改善 ,气固速度、颗粒浓度沿径向分布要均匀得多 ,颗粒的ＲＴＤ曲线…     

高密度下行床反应器的流体力学特性

在一套内径为80 mm,高5.6 m的新型下行循环流化床内,以硅胶、FCC催化剂以及玻璃珠等颗粒为实验物料,在颗粒循环流率最高达600 kg•m^-2•s^-1,床层颗粒平均浓度达14%的条件下,进行了低气速、高浓度下行床内气固流动特性的研究.实验结果表明：高浓度下颗粒浓度的波动特性与低密度的有所差异.在低浓度操作条件下,颗粒浓度的概率分布曲线为单峰,而在高浓度下,概率密度分布曲线近似为水平直线;床层颗粒浓度随固体颗粒循环流率的增加而提高,颗粒直径及密度小的物料容易达到高的床层浓度,密度大而流动性好的物料容易达到高的颗粒循环流率;在低密度操作条件下,下行床内气固沿轴向流动过程可分为两个区域：加速区以及恒速区;而在高浓度操作条件下,可分为3个区域：加速区、恒速区以及出口受限区.     

逆向气体射流对下行床颗粒混合的影响

下行床入口结构的研究一直被人们所重视。今在内径为0．192m的下行床中颗粒达到均匀分布的部位，沿床四周均布了三个45度方向逆流场气体射流入口，在此处设立气体入口可以使颗粒分散与气固快速接触不再同时进行。采用磷光颗粒示踪技术对下行床有逆流场射流气体存在时颗粒的轴径向混合行为进行了研究。这种逆流场射流气体对下行床颗粒的轴向混合行为无明显影响，在各操作条件下下行床内颗粒均能以接近平推流的方式运动；但该射流气体可以大大加强颗粒的径向混合，有利于气固接触，在下行床颗粒径向混合越差的操作条件下，射流气体对颗粒径向混合的影响效果越明显，下行床的这种入口结构具有良好的应用前景。     

气固下行床催化裂化(裂解)反应的应用研究

讨论了气固下行床应用于催化裂化领域的一些实验研究情况，包括下行床催化裂化反应器研究、国内外的热点实验状况及结果和广泛的应用前景，对其进一步的发展提出了一些建议。     

下行床入口段流体力学及混合行为

针对工业快速反应对气固进料混合过程的特殊需求,在内径140mm,高4.7m的并流下行循环流化床中,采用双光路光纤密度测量技术及磷光颗粒示踪技术,对两种不同的气固并流下行床分布器结构的流动及颗粒混合行为进行了研究．分别考察了人口段颗粒浓度径向分布沿轴向的变化规律及颗粒轴径向混合行为．实验结果表明,下行床入口段颗粒浓度随轴向位置的变化可划分为分布器影响区及湍流控制区．分布器结构对入口段颗粒密度分布有较大影响,利用侧向喷嘴并降低入口处颗粒的射流可以获得较好的径向均布效果．侧向喷嘴的分布器结构更有利于颗粒的径向混合．还考察了入口结构对颗粒混合的影响因素,给出了对Pe_a及Pe_r的关联式．     

下行床煤拔头工艺的产品产率分布和液体组成

基于循环流化床锅炉燃烧技术和下行床技术相结合,在处理能力为8 kg/h的煤拔头工艺热态实验装置上,以内蒙古霍林河褐煤为原料,普通河砂为固体热载体,考察了反应温度和煤粉粒径对气液固产品产率分布和液体组成的影响规律. 结果表明,在实验温度范围内,随着温度的升高,气体和液体产品的产率增加;液体产率随粒径的增大而降低. 当反应温度为660℃、煤粉粒径小于0.28 mm、加料率为4.7 kg/h时,轻质焦油(焦油中的正己烷可溶物)的产率可达7.5%(干煤基,w),其中酚类占57.1%,粗汽油(脂肪烃类)占12.9%,芳香烃占21.4%,极性组分和其他组分占8.6%. 实验表明,下行床由于气固沿重力场并流向下流动的特点,是适合煤拔头工艺的比较理想的反应器.     

下行床气固传质及反应特性的实验研究

以臭氧催化分解为模型反应,对气固并流下行循环流化床反应器中气固传质与反应特性进行了研究. 制备了臭氧分解催化剂,并以它为循环物料在内径0.09 m、高度8.2 m的下行床中测定了颗粒浓度分布和臭氧浓度分布. 实验结果表明,臭氧在加速段分解率在45%左右,约占总分解率的90%,其随颗粒循环量(Gs)的增加略有上升. 当Gs从2.77 kg/(m2×s)增加到6.58 kg/(m2×s)时,全床分解率从50%上升至55%. 建立了平推流的传质模型,给出了有效传质系数和操作参数的关联式.     

下行气固两相流充分发展段的颗粒浓度

在较宽的操作条件范围内采用光纤颗粒浓度探头测定了下行管(φ100 mm×9.5 m)充分发展段内的真实颗粒浓度,并结合文献上的大量实验数据,系统研究了操作条件、颗粒直径和床层直径对下行气固两相流充分发展段内真实颗粒浓度的影响.结果表明,当操作气速一定时,充分发展段内的颗粒浓度随着颗粒循环速率的增大而线性增加.颗粒直径对下行床充分发展段内颗粒浓度的影响随操作气速的增加而逐渐减弱.床层直径对下行床充分发展段内的颗粒浓度基本上没有影响.所提出的预测关联式能很好地拟合本文及文献上的实验数据.     

径向流动反应器流体力学特性研究进展

论述了流体在多孔流道中的变质量流动特性，建立了基于机械能全能量守恒方程和动量交换方程的径向反应器流体力学模型，分析了动量交换系数对流道静压分布计算的影响。结果表明，模型计算在小型或模拟设备中得到了证实，但在大型工业设备中是否适用尚待检验；建模理论分析中忽略了位能或重力的影响，均假设流体纯径向穿过催化床，此假设所隐含的模型适用条件尚待阐明。     

Modeling Study on Non-Uniform Lateral Distribution in Large-Scale Circulating Fluidized Bed Boilers

With the development of the circulating fluidized bed (CFB) combustion technology, the cross-sectional area of the boiler furnace increases gradually, making the lateral non-uniform distribution in the furnace more prominent. To investigate the flow field inhomogeneity in the furnace, a two-dimensional mass balance model was established in this work, and the lateral solid concentration deviation was adopted to evaluate the degree of the flow field inhomogeneity. Afterwards, the effect of four factors on the lateral non-uniform distribution was examined. It turned out that the lateral profile of the primary air flow rate had a much greater influence than that of the coal feeding rate.     

下行床反应器中惰性颗粒射入对结焦抑止和颗粒速度均匀化的影响

The coking observation and particle flow behaviour in both thermal plasma and cold plexiglas downers were investigated in a binary particle system formed by injecting coarse inert particles （carrying coke away and scouring wall） and fine coal powders into the downer reactor. The results demonstrate that this scheme is a rational selection to prevent coking on downer walls and improve particle velocity distribution along the radial direction. When injected coarse particles mixed with fine powders in downers, the fluctuation of local particle velocity in the radial direction becomes smaller and two peaks in the radial distribution of local particle velocity occur due to the improved dispersing character and flow structure, which are beneficial to the thermo-plasma coal cracking reaction and coking prevention.