生物质与煤混合颗粒流化特性的实验研究

在 D1 1 5 mm× 1 0 0 0 mm有机玻璃制成的圆柱型流化床中 ,对玉米秆、稻秆、煤及其混合物的流化特性进行了实验研究 .实验结果表明 ,单一生物质颗粒不能形成良好的流化状态 ,而加入一定量煤构成生物质和煤二组分混合颗粒可以实现稳定流化 .当生物质和煤混合颗粒中生物质的质量分率小于 5 0 %时 ,可以达到很好的流化状态 ,生物质和煤二组分混合颗粒的最小流化速度随生物质质量分率的增加而减小 .     

滚筒端面对颗粒物料轴向流动特性影响的离散模拟研究

针对碎渣工艺中仅一个端面可随侧壁转动的短滚筒体系,采用离散单元法模拟研究了滚筒轴径比和转动速度对颗粒物料轴向流动特性的影响。模拟结果表明,系统内形成了显著的轴向对流结构：物料层顶部处颗粒物料会朝向滚筒固定端面一侧运动,而物料层趾部区域颗粒则朝向滚筒转动端面一侧运动。低转速条件下,沿物料自由表面由顶部到趾部,颗粒轴向速度呈非对称分布,顶部区域颗粒轴向速度绝对值显著小于趾部区域颗粒轴向速度绝对值;两部分区域颗粒轴向速度绝对值分别在y/R=±0.725处达到极大值,且轴向速度为0的位置并不出现在切向的中间位置。改变滚筒的轴长对这种非对称分布的影响近似可忽略,但是增大滚筒转速会增大颗粒轴向运动速度并逐步减弱这种非对称性。改变滚筒转速,对物料顶部区域颗粒的轴向流动的影响要大于对趾部区域颗粒轴向流动的影响。当滚筒轴径比达到1.2后,滚筒转动端面对物料轴向流动的影响区域不会随滚筒转速的增大而呈现显著变化。这些结果为实际滚筒碎渣工艺的结构优化提供了理论指导。     

三维喷动床内异径干湿颗粒混合特性数值模拟

基于计算流体力学-离散单元法,建立了三维喷动床内气固两相流数学模型,采用Fortran语言编制了并行数值模拟程序。对三维喷动床内两种不同直径的干颗粒及湿颗粒的混合特性进行了数值模拟,并从颗粒角度分析了双组分颗粒的运动机制。利用Lacey混合指数对床内整体以及特定区域的混合程度进行了定量分析,并研究了液桥体积、颗粒密度比以及表观气速对异径颗粒混合的影响。结果表明：在单孔射流喷动床内,干湿两种颗粒流动方式相似,湿颗粒无明显的聚团现象;液桥力对小直径的颗粒影响较大,使不同直径湿颗粒速度差减小;环隙区内颗粒的混合是影响整床颗粒混合的关键因素;液桥体积对颗粒混合的影响较大,对颗粒密度比以及表观气速的影响有限。     

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．     

颗粒物料在半封闭式回转鼓内的混合特性

采用DEM离散单元法,对不同转速与倾角下半封闭式回转鼓内颗粒物料的混合过程进行了模拟。通过“颗粒接触数”定义的分离指数S,分析了不同转速和倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性的影响。结果表明：转速与倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性有显著的影响;倾角不变,转速分别为15r/min、30r/min、45r/min时,颗粒物料的径向与轴向混合速度随转速的增加而增加,当转速超过30r/min后,增加转速对径向与轴向混合速度的影响越来越小;转速不变,倾角分别为0°、17°、34°时,增大倾角能有效的增加轴向混合速度,但对径向混合速度没有促进作用,当倾角超过17°后,轴向混合速度的增幅随着倾角的增加而逐渐变小,而径向混合速度随着倾角的增大而减小,但增加转速可以减小径向混合速度下降幅度。     

螺旋输送器中颗粒混合过程的模拟

采用离散单元法（discrete element method,DEM）模拟了工业尺度螺旋输送器中两种不同密度与粒径的颗粒的流动状态与混合过程。采用Lacey混合指标的定量分析表明,该输送器的混合性能强烈地依赖于操作条件和结构尺寸,转速和物料的添加速率对混合效果影响最大,其次是混合段螺距和物料粒径。根据工业生产的具体要求,可参考上述发现合理地选择技术参数、提高混合效率、降低能耗。     

林木基与秸秆基生物质颗粒燃烧特性对比研究

选取落叶松、红松作为林木基生物质颗粒原料,选取棉秆、玉米秸秆作为秸秆基生物质颗粒原料,采用江苏东工生物质能研究院有限公司开发的生物质颗粒燃烧器为试验装置,分析了4类生物质颗粒的燃烧特性、污染物排放特性及底灰结渣特性。结果表明:水分越低、挥发分越高、灰分越低,所需点火时间越短;运行阶段林木基与秸秆基生物质颗粒能够充分燃烧,CO排放浓度达到最小;林木基与秸秆基生物质颗粒燃烧烟气中NOx排放浓度低于国家标准,NOx排放浓度与N含量基本成正比,NOx生成方式主要为燃料型反应机制;软化温度越高,结渣率越低,当软化温度达到1390℃以上时,不会发生结渣。     

煤与生物质混合燃烧特性实验研究

生物质能是清洁的可再生能源.本文通过热分析技术,对无烟煤、玉米秸杆与废弃加工木屑两种生物质及其混合物的燃烧特性进行了实验研究.结果表明,纯煤与纯生物质在燃烧过程中表现出不同的特性,且随着生物质加入量的不同,使煤的着火性能得到不同程度的改善,并改善了煤燃烧放热的分布.混合燃烧对煤的燃烬性能几乎没有影响.     

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％。     

布风方式对流化床混合特性的影响

通过将离散单元法同计算流体力学相结合,对流化床内物料混合过程进行了研究。给出了水平布风板均匀布风、倾斜布风板非均匀布风2种情况下的示踪颗粒场历变过程。模拟结果表明:瞬时颗粒场组图能够较为直观表征床内混合现象;其中,在均匀布风情况下,床内气泡横向运动受到限制,颗粒整体横向运动能力较弱,混合方式以扩散混合为主;而对于非均匀布风流化床,床内存在较大的横向颗粒浓度梯度,对流混和起主要作用,且混合速度较为迅速。     

Segregation behavior of binary mixtures of cylindrical particles with different length ratios in the rotating drum

Particle shape impacts the flow behavior of granular material but this effect is still far from being fully understood. Using discrete element method, the current work explores the segregation phenomena of the binary mixtures of cylindrical particles (differing in length but with the same diameter) in the three-dimensional rotating drum operating in the rolling regime, with each cylindrical particle fully represented by the superquadric equation. The important characteristics and the effect of length ratio on the flow dynamics of the binary mixtures are discussed. Some trends are in sync with those of binary mixtures of spherical particles. Unique to nonspherical particles is the orientation of particles, with results indicating that the cylindrical particles align their major axes perpendicular to the drum axis and this behavior becomes more significant for large particles when the length ratio increases. The length-induced radial segregation causes the orientation of large cylindrical particles to be less uniform.     

Simulation of the granular flow of cylindrical particles in the rotating drum

This study aims at unveiling the effect of particle shape on granular flow behavior. Discrete element method is used to simulate cylindrical particles with different aspect ratios in the rotating drum operating in the rolling regime. The results demonstrate that the cylindrical particles exhibit similar general flow patterns as the spherical particles. As the aspect ratio of the cylindrical particles increases, the active‐passive interfaces become steeper, and the number fraction, solid residence time, and collision force in the active region decreases. The mechanism underlying the difference is the preferential orientation, with particles of greater aspect ratios increasingly orientating their longitudinal axes perpendicular to the drum length. Also, particle alignment in the active region is more uniform than that in the passive region. The results obtained in this work provide new insights regarding the impact of particle shape on granular flow in the rotating drum. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 3835–3848, 2018     

Investigating the dynamics of cylindrical particles in a rotating drum using multiple radioactive particle tracking

The behavior of granular flows inside rotating drums is an ongoing area of research. Only a few studies have investigated non‐spherical particles despite the fact that particle shape is known to have a significant impact on flow behavior. In addition, the experimental techniques limit the interpretation of the results of these studies. In this work, we compared the flow behavior of cylindrical and spherical particles using the multiple radioactive particle tracking technique to capture the positions and orientations of cylindrical particles simultaneously. We analyzed two important components of the transverse flow dynamics, that is, the boundary between the active and passive layers, and the velocity profile on the free surface. For the cylindrical particles, two general models are proposed to calculate the velocity profiles on the free surface and the effective particle sizes in the active and passive layers. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 2622–2634, 2016     

回转干馏炉内颗粒间传热特性的数值模拟

将离散元方法与颗粒热传导模型相结合,研究了页岩灰颗粒与油页岩颗粒在回转干馏炉内的混合传热过程,采用混合指数、颗粒平均温度和温度标准偏差作为评价混合传热效果的指标,分析了填充率、炉体转速、油页岩粒径及抄板形式对颗粒间混合传热特性的影响规律。结果表明,炉体转速和油页岩粒径是影响颗粒混合传热效果的主要因素,而填充率和抄板形式对混合传热效果的影响相对较小。当炉内未设抄板时,随着填充率和油页岩粒径的增大,颗粒间分层现象使混合传热效果变差,而随炉体转速的提高传热效果呈现出先增强后减弱的趋势;设抄板时,抄板形式对炉内颗粒间的混合起到不同程度的扰动作用,从而使传热效果得到显著改善。     

Flow of slightly settling slurries in a horizontal rotary drum

An experimental study was conducted to examine the flow of slightly settling slurries in a horizontal rotary drum. The effects of the slurry flow rate, feed solids concentration, particle settling velocity and drum rotational speed on the hold-up solids concentration were investigated. At low drum speeds, the hold-up solids concentration was much higher than that of the feed. However, at higher drum speeds, the hold-up solids concentration approached that in the feed. At a given drum speed, the hold-up solids concentration was found to vary linearly with the feed solids concentration. A semi-empirical correlation was developed to predict the hold-up solids concentration using the drum Froude number, the single particle drag coefficient and a dimensionless slurry feed rate.     

内置活动内构件回转窑内二元颗粒的运动混合研究

采用离散单元法（DEM）对内置活动内构件回转窑内二元颗粒的运动混合进行了数值模拟。探讨了添加不同长度活动内构件时（回转窑转速、活动内构件宽度及厚度均固定）示踪颗粒的运动轨迹以及颗粒整体的运动模式。用接触数指标来定量评价颗粒的混合程度,比较了添加不同长度活动内构件时回转窑内二元颗粒的混合程度。结果表明：当活动内构件长度分别为0、13mm、21mm、29mm和37mm时,长度越长,示踪颗粒运动轨迹的遍历区域越大,运动轨迹稀疏区和密集区的差别越小,比起无内构件,添加活动内构件时颗粒的运动方向更加随机,运动轨迹更加紊乱。因活动内构件的存在,颗粒的运动模式由滚落模式变为阶梯模式。活动内构件的扰动和搅拌作用可以有效增强二元颗粒之间的混合。活动内构件存在一个最优长度,过长或过短都不能获得最理想的增混效果。