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。     

气固下行流化床反应器Ⅱ气固两相的流动规律

气固下行流化床反应器气固两相流动过程是比较复杂的，沿轴向气固两相运动可分为第一加速、第二加速和恒速３个运动段，沿径向局部气体速度、颗粒速度和颗粒浓度都具有不同程度的不均匀性。而这种不均匀性是由气固两相顺重力场湍动运动所决定的。和循环床提升管相比，下行管反应器气固两相沿径向分布的不均匀性得到有效地改善，气固可以实现超短接触操作，因而是一种新型高效气固超短接触反应器     

气固顺逆重力场流态化特征分析

气固并行顺重力场与逆重力场流动形成了迥然不同的流态化机制 :下行床中 ,局部颗粒的聚集会使局部颗粒及气体速度增大 ,而局部气体速度的增大又会破坏颗粒的聚集 ;提升管中因气固逆重力场流动 ,颗粒的聚集会使局部气体及颗粒速度降低 ,而这种降低又会加重颗粒的聚集。与提升管相比 ,下行床具有气固速度和颗粒含率径向分布均匀和气固停留时间短以及返混小等特点 ,其流型更接近平推流     

不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学和离散单元模型（CFD-DEM）耦合一种简单的气固催化反应模型对具有不同入口结构的二维下行床内的气粒流动和混合行为进行全床数值模拟。模拟得到了不同入口结构下行床内的多尺度气固运动状态、全床的固含、速度及反应生成物浓度分布,以及气体和颗粒在下行床内的停留时间分布,发现入口结构对反应器内的流动、混合和气固接触效率起着关键性的作用,入口气体和颗粒的不均匀分布将导致下行床内气体停留时间的宽分布以及气固接触效果的恶劣。     

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…     

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。     

气-液-固反应器介绍

一、气—液—固反应器的型式根据固体颗粒的运动状态不同,气—液—固反应器可分成下列两类基本型式。 1.固体颗粒静止不动这种型式称为固定床。它有三种操作方式:(1)气、液并流向下,(2)气、液并流向上,(3)气、液逆流(通常是气体向上,液体向下)。固定床气—液—固相反应器中,以(1)、(3)两种操作方式居多,即液体成薄膜沿固体颗粒的表面流下,气体则成连续相以并流或逆流的方式通过静止的颗粒层,称为涓流床反应器,如图1所示。在涓流床反应器中,流动情况接近活塞     

床形结构对气固流化床流化质量和气体返混特性的影响

用实验方法比较了一个二维床和一个大型三维床内FCC颗粒流化床在鼓泡域和湍动域内的流化质量和气体返混特性。实验结果表明,床形对A类颗粒气固流化床具有非常大的影响。二维床和三维床的流动和气固混合行为既具有相似性,如床膨胀随气速的变化趋势;也具有很大的差异性,既包括三维床流化质量差、轴向气体扩散系数大等量上的不同,又包括压力脉动、轴向气体扩散系数的变化趋势以及湾流模式等质上的不同。总之,在本研究中,二维床体现的是一种具有强烈壁效应的小型流化床的特征,而三维床则体现的是静床高度具有很大影响的大型流化床的特征。     

循环流态化：（Ⅳ）气,固混合

气、固混合过程的研究与预测,是循环流化床反应器设计和模型化的关键之一。本文分析了循环流化床内气、固混合的机理。表明由于颗粒的聚集与解体以及气固两相在床内轴径向流动的不均匀性,因此在循环流化床内气固两相无论在局部,还是在整体上均存在着明显的混合。目前,在循环流化床基础研究中,气、固混合的研究是一个比较薄弱的环节。已有的研究结果之间尚存在不够统一、甚至相互矛盾的问题,需要进一步大量系统地工作。     

加压二维鼓泡床气固流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型模拟了加压下二维鼓泡床内的气固流动特性,结果表明:在相同的表观气速下,加压使气泡体积分数增大,气泡相与乳化相间的分解越发明显,气固两相流动、混合剧烈;同时,床层中上部颗粒轴向速度的径向分布不均匀性增强:中心区颗粒速度增加,近壁区下降;随着操作压力变大,流化床膨胀高度增大,相应地,整体气含率增大,床层下部的颗粒浓度减小,而上部颗粒浓度增加,固含率在轴向上的分布更均匀;床层压力波动主要由两种成分构成:低频率高幅值和低幅值高频率成分.压力脉动强度随床高的增加呈现先增大后迅速减小的趋势;此外,加压下床层压力脉动强度变大,即床压波动更加剧烈;而且加压下颗粒拟温度增大,即颗粒速度脉动增强.     

图像法用于流化床颗粒混合特性的研究

利用基于相关的图像法速度测量技术,测量了小型二维气固流化床密相区颗粒运动速度分布.并提出了用颗粒速度不均匀指数来衡量流化床内颗粒的速度波动与混合.速度波动对于物料扩散与对流混合均十分重要.在流化床下部,颗粒运动速度往往低于床层表面,但速度不均匀指数则高于床层表面.在床层底部颗粒速度不均匀指数随流化床气泡产生而变化.床层内部混合以对流及扩散为主,而在床层表面,混合以对流为主.床层下部速度波动有利于颗粒在床内的扩散及对流混合.流化风量的增加可以增强颗粒的混合.针对这些结论,在流化床垃圾焚烧炉的设计中,对不同的组分选用不同的给料方式,可以促进物料在床内的混合.     

方截面循环悬浮床内构件对气固混合行为的影响

在冷态的方截面烟气脱硫循环悬浮床实验装置中,研究了上升床中部内构件不同安装方式对床内气固两相流动结构的影响和气固混合行为的表现。通过实验得到了内构件在几种安装方式的床内轴向颗粒浓度分布和径向上颗粒浓度分布,发现内构件增强了颗粒内循环。大小构件组合并上下交叉安装的方式对提高床密度,改善轴向和径向浓度均匀性发挥了较好作用。这对提高气固混和效率非常关键。     

矩形导流管喷动床下行区的床层压降

带导流管的矩形喷动床是传统喷动床的改进型式,矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管,可以控制固体颗粒的内循环速率,同时使下行区中的气固移动床维持平推流.本文实验测定了不同表观气速、床层重量、不同固体颗粒与气体入口形式与尺寸时,矩形导流管喷动床下行区的床层压降,以考察其流动特征.实验结果表明,下行区存在床层压降的轴向分布,气固流动处于负压差下移上流区,且气固滑移速度自下而上是逐渐下降的.下行区颗粒床层的压降以及颗粒的移动下输,受到喷动床表观气速、床高、喷嘴尺寸、物料种类和颗粒直径的不同影响.     

循环流化床燃烧数学模型及试验研究

利用循环流化床内气－固两相流动基础方面的研究成果, 提出床内气固浓－淡流动模型, 建立适用不同结构参数的循环流化床燃烧模型, 考虑了床内气体、固体颗粒的返混、循环过程以及煤燃烧、污染气体的生成和分解、颗粒磨损等过程． 在循环流化床燃烧试验台上进行实验研究, 模型仿真结果和实验数据吻合良好, 表明气固两相浓－淡流动模型所建立的循环流动床燃烧系统模型可以正确地模拟循环流化床的燃烧过程．     

气固环流燃烧器内颗粒流动行为

针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性,提出了一种采用气固密相环流烧焦与快速床管式烧焦技术相组合的新型燃烧器结构。在不同操作条件(导流筒区表观气速0.772～1.674m.s-1,环隙区表观气速0.223～0.519m.s-1,装置系统的颗粒外循环强度40.8～229.4kg.m-2.s-1)及两类颗粒体系下,采用光纤测量仪对组合燃烧器环流段内颗粒流动特性进行了系统的实验研究。结果表明,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度在导流筒区、底部区和颗粒分流区床层内沿径向的分布规律为中心区小、边壁区大的环-核型分布,体现了气固流化床典型聚式流态化的非均一性特征;在环隙区,受环流段结构的影响,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度参数沿床层径向的分布相对较均匀;混合颗粒体系的固含率、颗粒轴向速度较单一石英砂颗粒体系的要小,细颗粒的加入在一定程度上能改善气固混合的均匀程度;两类颗粒体系在底部区和颗粒分流区的径向流动具有剪切破碎气泡的作用,有利于环流段内气固的充分混合接触。     

流动方向对循环流化床中颗粒混合行为的影响

对循环流化床提升管及下行床两种不同气固流动方式对颗粒混合行为的影响进行了较为深入的对比分析，发现在影响循环流化床颗粒混合的众多因素（如操作条件、床层直径、颗粒性质及床层内构件等）中，气固流动方向是影响颗粒轴向混合的最主要因素．当气固流动为顺重力场时（下行床），颗粒的轴向混合很小，流型接近平推流；当气固流动为逆重力场的提升管时，轴向颗粒混合将成倍增大，颗粒流动远离平推流流动．分析表明，下行床中颗粒混合仅为单一的弥散颗粒扩散，而提升管中则存在着两种颗粒混合机制：弥散颗粒扩散及颗粒团扩散．弥散颗粒的扩散基本以平推流的形式通过循环流化床，提升管中大量的颗粒轴向返混归因于颗粒团的严重返混并由此形成了提升管中颗粒停留时间的双峰分布．     

烧结矿余热回收竖罐内气固传热特性

以自制气固传热实验装置为操作平台,实验研究了烧结矿颗粒填充床内的气固传热特性。结果表明:气体表观流速和烧结矿颗粒直径是影响颗粒床层内气固传热过程的主要因素。气体表观流速越大,颗粒直径越小,床层内气固传热系数就越大。当烧结矿颗粒直径和气体表观流速一定时,床层内烧结矿颗粒温度的升高导致床层气固传热系数的增加和传热Nusselt数的减小。由于计算误差较大,现有的经验关联式不适用于求解烧结矿颗粒床层内的气固传热过程。基于量纲分析法,并结合实验测量数据拟合得出了能够描述烧结矿颗粒床层内气固传热特性的实验关联式,平均计算误差为4.22%,显示了良好的预测性能。     

鼓泡流化床内粉煤气化的数值模拟

将应用欧拉双流体模型对鼓泡气化炉内的气化过程进行研究。摒弃传统颗粒动理学理论中颗粒光滑无旋转的假设,引入颗粒的旋转运动,构建粗糙颗粒动理学理论来封闭双流体模型。基于燃烧理论建立粉煤热解、气化模型以及鼓泡床内气固之间以及气体和气体之间的传热、传质模型。采用该模型进行数值模拟计算,分析床内的气固反应过程,对比实验结果表明粗糙颗粒动理学理论适用于模拟鼓泡床气化炉内的反应。     

多层流化床床层及溢流管中气固流动特性的模拟

采用多孔介质模型描述两床层间的气体分布板,开发了一种多层流化床典型结构单元的计算流体动力学(CFD)模拟方法,研究了操作气速对多层流化床床层流化状态及其溢流管内颗粒流动特性的影响.结果表明:层间溢流管内颗粒料位具有缓冲作用,使得颗粒进入下床层后被迅速均匀分散,保证了下床层固相均匀性.流化气速增大,下床层进入溢流管的气体...     

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。