内循环流化床气泡运动特性的可视化研究

城市固体废弃物焚烧过程中采用非均匀布风的内循环流化床，这种内循环流化床有其独有的特点，使用非均匀布风实现床料颗粒的大尺度回旋流动，内循环流化床气中气汽的运动特性直接影响着床料的回旋流动及床料的混合，因此，有必要研究内循环流化床中气泡的运动。该文采用可视化的方法研究气泡的运动轨迹及运动速度。     

内循环流化床大颗粒运动特性实验

内循环流化床能够有效组织颗粒在床内的运动,具有广泛的工业用途。采用荧光大颗粒示踪,运用图像处理法,在二维流化床实验台上,研究了流化风速、静止床层高度等参数对床内大颗粒的速度分布概率以及循环时间的影响。结果表明:提高流化风速和静止床层高度,循环口两侧差压增大,颗粒内循环流率增大,循环时间变短。颗粒横向和纵向速度分布概率的特征显著不同。在低速床中,颗粒纵向速度超过50%分布在负值区域,表现出明显的向下运动的特征。     

非均匀布风内循环流化床中气泡特性的可视化研究

采用数字图像处理技术对非均匀布风内循环流化床中气泡形状、气泡尺寸沿床层高度方向的变化、气泡运动轨迹及气泡上升速度等特性进行了可视化研究。结果表明:非均匀布风内循环流化床中只在高风速区产生大量向上运动的气泡;气泡沿床层上升,气泡形状逐渐向水平方向发展,且气泡尺寸增大;气泡在上升过程中存在横向偏移,增大高风速区流化速度,气泡横向偏移量增大;沿床层高度方向,气泡运动速度有较大波动,为非均匀布风内循环流化床的设计和运行提供了科学依据和理论基础。     

图像法用于管式布风流化床流化特性的研究

设计了管式布风流化床的布风装置,应用图像测速法研究了流化床内不同控制区域的流化特征。结果表明单管控制区沿纵向高度分成三个阶段：堆积死角区域、横向混合区域和充分发展区域;管间区域内颗粒呈左右对称的45°方向运动。在流化风速提高时,颗粒速度提高,横向混合加剧。在两层布风管中间,布风以气泡形式通过床层,加强了颗粒的运动和热交换,为渣的排出和冷却提供了条件。     

双循环流化床内稻壳-石英砂混合颗粒循环流率的实验研究与预测

混合颗粒循环流率是气化反应的双循环流化床系统稳定运行的关键。在自行搭建的双循环流化床冷态系统上,对气化室风速、提升管风速、初始物料质量和石英砂粒径等控制参数对不同稻壳质量比的稻壳-石英砂混合颗粒的循环流率的影响进行实验研究。研究表明:混合颗粒循环流率随着气化室和提升管风速的增加而增加;随着初始物料质量的增加,气化室侧返料管压力增加,混合颗粒循环流率增大;随着粒径增加,石英砂颗粒流化困难,循环流率减小;由于稻壳密度小,形状不规则,在一定程度上阻碍物料的流化,因此随着稻壳质量比的增加循环流率下降;基于以上各参数提出经验关联式,预测误差在-18. 04%～19. 8%间,能够很好地对双循环流化床系统中稻壳-石英砂双组份物料颗粒的循环流率进行预测。     

隔板式内循环流化床的流动特性研究

以石英砂和稻壳为实验床料,在隔板式内循环流化床气化炉冷态实验装置上对颗粒的内循环流动特性进行了研究,考察了高速区和低速区的流化速度、结构尺寸和侧风量等对颗粒内循环流动的影响.结果表明:在保持低速区流化速度一定的条件下,随着高速区风速增大,颗粒循环量先增大后减小;流化速度不变的条件下,颗粒循环量随孔口和侧风量的增大而增加,但增加趋势逐渐变缓.实验给出了合理的运行设计参数.通过实验数据回归,得到了石英砂和稻壳通过隔板式内循环流化床孔口的颗粒循环量关联式,计算结果与实验值误差分别小于6%和14%,能较好地预测孔口颗粒流动.     

新型环形喷动床的喷动机制与喷动特性

在传统喷动床的基础上,设计出一种多喷口环形喷动形式的新型喷动床.实验研究了喷口型式、喷口速度、颗粒类型对这种喷动床床内密相喷动流化区高度、可喷动静止床层高度及床层压降等参数的影响情况.结果表明:颗粒在床内的喷动形式沿床高方向呈现独特分区现象;随着喷口速度的增加,密相喷动高度和可喷动静止床层高度也相应增加;在同样的静止床层高度的情况下,直向型式的喷口更易形成喷动,床层的最小喷动速度几乎与静止床层高度呈线性关系;当床内形成较稳定的喷动后,床层压降随喷口速度的变化不明显,可视为常数.     

高炉熔渣颗粒流态化气固换热实验研究

针对液态高炉熔渣干法粒化后熔渣属于大颗粒物料,在流化床中的流动与传热规律有其独特的特点,本文搭建了气固流化床的实验台,对粒化后的高炉熔渣在流化床内的流动特性和换热特性进行实现研究。实验表明,在流化床埋管附近区域,随着风速增大,颗粒浓度减小。流化风速在1.06～1.33m/s时,床层压降维持在10kPa左右。当换热温差恒定时,床层与埋管间的换热系数基本保持恒定,受风速的影响很小,并且风速越小越有利于维持床温。实验结果可供开展高炉渣干法粒化及其余热利用参考。     

双循环流化床颗粒循环流率的冷态实验研究与预测

在自行搭建的双循环流化床冷态实验系统上研究了鼓泡床静床层高度、颗粒平均粒径、鼓泡床流化风速、快速床总流化风速及一次风量比例等控制参数对颗粒循环流率的影响,提出了基于上述控制参数的颗粒循环流率计算关联式。结果表明:随着鼓泡床流化风速的增加,颗粒循环流率变化不明显;随着快速床中一次风量比例和总流化风速的增加,颗粒循环流率均增大,当一次风量比例和总流化风速达到一定值后,颗粒循环流率的增幅逐渐变缓;颗粒循环流率随着静床层高度的增加而增大,随颗粒平均粒径的增大而减小,且颗粒平均粒径的影响程度较大;所提出的关联式能够较好地预测颗粒循环流率。     

内旋流流化床内颗粒流动特性的数值模拟研究

利用欧拉双流体模型对内旋流流化床内固体颗粒的流动特性进行数值模拟,模拟结果表明:内旋流流化床内气泡主要产生于高速风侧;非均匀布风和布风板倾角对床内颗粒流动特性有影响;内旋流流化床具备良好的横向和纵向扩散特性,有利于床内物料的强烈混合;模拟结果与实验结果符合较好。     

300 MW循环流化床锅炉气固流动特性的CPFD模拟

采用计算颗粒流体力学（CPFD）的方法对300 MW循环流化床锅炉内的气固两相流体动力学参数进行全床数值模拟研究,重点分析了循环流化床锅炉炉膛以及回料阀的气固流动特性,获得固相颗粒浓度和速度场在炉膛内的分布以及固体循环流量、系统压力平衡、回料阀的运行情况等锅炉关键参数。结果表明：颗粒浓度的轴向分布呈现明显的密相区和稀相区两部分,模拟得到的轴向压力分布与实际工况吻合较好,验证了CPFD方法模拟循环流化床锅炉的准确性;锅炉回料阀内压降最大,这与床料分布相符;回料阀返料室流化程度较高,而输运室流化程度较小,呈现鼓泡床状态,气泡大都贴壁逃逸。     

并联双速双流化床粗细颗粒交换特性研究

提出一种并联双速双流化床技术,并对其粗、细颗粒的交换特性进行了冷态实验研究。研究结果表明,不同的运行参数和结构参数都会对颗粒的定向交换造成影响,但对不同粒径影响的程度不同。风速对0.6 mm以下细颗粒交换率影响显著,最大可达-100%(全部交换);隔墙高度与粗床床层高度之差在200-250 mm左右时,颗粒定向交换效果达到最佳:粗床中0.6 mm以下颗粒减少了近70-80%,而3mm以上颗粒减少量几乎为零;细床床层高度增加到一定值后,会出现细颗粒的"倒灌"现象;各工况下,细床床料的平均粒径最大值仅为0.55 mm。     

基于动力学模型的双循环流化床颗粒循环流率实验研究与预测

基于不同快速床压降的计算方法建立动力学模型实现对颗粒循环流率的预测计算,并进行冷态系统的实验验证。研究发现:颗粒循环流率随鼓泡床流化床风速的增大无明显变化;随快速床风速(二次风风速)的增大,出现增大趋势,但增长速率逐渐放缓;颗粒循环流率随经床层高度的增加而增大,随平均粒径的减小而增大,且平均粒径的影响程度较大。在实验各工况下模型计算值与实验值误差的最大误差为18.59%,在工业允许范围内验证该动力学模型的准确性。     

底饲进料循环喷动床进料与回料混合特性及影响因素

分别以石英砂和消石灰模拟进料和回料,对一台0.6m×15m底饲进料循环喷动床脱硫塔内颗粒混合特性进行了研究。利用石英砂和消石灰在水中溶解度的差异计算得到底饲进料与回料在不同位置的混合熵和不同高度上的混合指数,并分析不同操作参数对塔内颗粒混合行为的影响。研究结果表明:混合指数能够很好地反映塔内进料与回料颗粒的混合质量;随着流化速度的提高,塔内不同高度上的混合指数呈上升趋势;喷射速度和循环倍率对塔内尤其是反应塔底部的颗粒分布特性有明显影响,采用较高的喷射速度和循环倍率,混合指数随之上升,说明塔内颗粒的混合质量得到改善。     

鼓泡流化床生物质富氧气化中试试验研究

以鼓泡流化床为中试反应装置、木屑为原料,试验研究布风板开孔率、床料粒径、床料高度、最小流化速度以及气化介质等对气化结果的影响。结果表明:孔径和开孔率分别为Ф2 mm和0.50%的布风板布风效果较好;床料粒径为0.18~0.25 mm的石英砂,床料高度为140 mm时床内流化效果较理想;最小流化速度受床料粒径和升温速率影响;初步试验测得,富氧气化比例为50%时热值可达9.6 MJ/m~3。     

非均匀布风内循环流化床内气泡特性的可视化研究

采用图像处理方法 ,可视化研究非均匀布风内循环流化床中的气泡特性。用CCD摄像机将拍摄的数字图像进行处理 ,从而得到清晰的气泡图像。研究不同流化速度及床层高度处的气泡形状和尺寸 ,同时对内循环流化床中的气泡破裂与合并现象进行分析。     

进口边界条件对边壁进风鼓泡床流动的影响研究

为了探寻速度进口边界条件对边壁进风鼓泡流化床床内气泡行为的影响,根据欧拉-欧拉双流体模型,应用标准kε-方程模型处理气体湍流流动,分别采用均匀进风速度边界条件、脉动项按正态分布和脉动项按正弦分布的脉动进风速度边界条件,对鼓泡床内的气固两相流动过程进行了数值模拟.结果表明：采用脉动进风速度边界条件时,在非射流孔道处气体可形成气泡,气泡的上升速度比匀速进风时小;气体能够充分地与固体颗粒相互作用,床层中的空隙率主频较小;在设置边界条件时考虑脉动能够更合理地预测和分析床内气泡的尺寸、速度等特性.     

中心提升管内循环流化床颗粒循环流率实验研究

自行设计并搭建中心提升管内循环流化床冷态试验台,试验研究提升管风速、鼓泡床风速、鼓泡床静床高、床料平均粒径对颗粒循环流率的影响。试验结果表明:对于给定的床料,颗粒循环流率随两床风速的增加而增加,并且当提升管风速或鼓泡床风速分别增加到一定程度时,颗粒循环流率增加趋缓;固定两床风速,颗粒循环流率随鼓泡床静床高的增大而增加,随物料平均粒径的增大而减小。通过实验数据回归,得到颗粒循环流率计算关联式,计算值相对误差在±18%以内,可以很好地预测颗粒循环流率。     

1060t/h循环流化床锅炉物料质量浓度分布试验研究

通过对1 060t/h裤衩腿型循环流化床锅炉的大量变工况试验,获得了不同负荷率下的炉内压力分布,给出了该锅炉稀相区物料质量浓度的分布规律,并分析了流化风速和床压降对物料质量浓度分布的影响,得到物料质量浓度随流化风速和炉膛高度变化的关系式以及物料质量浓度随床压降和炉膛高度变化的关系式.结果表明:在床压降不变的条件下,流化风速与炉内平均物料质量浓度成正比;在流化风速不变的条件下,在一定的范围内,床压降与炉内平均物料质量浓度成正比,当床压降升高到某一临界值后,床压降与炉内平均物料质量浓度成反比.     

压力对流化床最小流化速度影响的冷态试验研究

为进一步探明压力对流化床最小流化速度的影响,在内径90 mm的冷模加压鼓泡流化床试验装置上测量了不同粒径的石英砂和陶粒砂两类试验物料在压力0.1～0.6 MPa内的最小流化速度Umf.结果表明:对于陶粒砂颗粒,Umf随压力的增加明显减小,但减小的幅度逐渐变小;而对石英砂颗粒,压力对Umf影响较小.基于厄贡方程和床层受力分析,得到了最小流化速度的计算式,并给出了确定增压流化床最小流化速度的合理计算步骤.计算得出的预测值与试验值吻合较好,相对误差在10%以内.