流化床密相区颗粒扩散系数的CFD数值预测

应用离散颗粒模型直观获得颗粒运动情况,并从单个颗粒和气泡作用的角度分析颗粒运动和混合,证实气泡在床层中上升、在床层表面爆破以及气泡上升引起的乳化相下沉运动对颗粒混合起关键作用。应用基于颗粒动理学的双流体模型系统地对床宽分别为0.2、0.4、0.8m的二维流化床在鼓泡区和湍动区的气固两相流动行为进行数值模拟。受离散颗粒模型启发,在双流体模型计算结果基础上,引入理想示踪粒子技术计算床内平均颗粒扩散系数。计算结果表明,颗粒横向扩散系数(Dx)总体上随流化风速增大而增大,但受床体尺寸影响较大;颗粒轴向扩散系数随流化风速增大而增大,受床体尺寸影响较弱。文献报道的密相区颗粒横向扩散系数分布在10-4～10-1m2.s-1数量级。本文提出的计算方法在数量级上与文献实验结果吻合,表明在大尺寸流化床且高流化风速下,颗粒横向扩散系数远大于小尺寸鼓泡流化床,为不同研究者实验结果的分歧提供了理论依据,也为预测大型流化床内颗粒扩散速率提供了放大策略。

市政污水污泥水热耦合干化系统能耗模拟

干化+焚烧技术已逐渐成为我国大中城市中心城区污泥的重要处置手段,水热炭化预处理可提高污泥脱水性能,进而降低系统能耗,但对水热+干化污泥预处置过程的能耗分析还鲜有报道。研究了200~260℃下水热炭化预处理污泥的三相产物分布及水热液有机组分构成,在此基础上建立了水热+空气干化系统的能量-质量流模型,并分析了水热条件对系统能耗的影响,最后与空气干化系统、厌氧发酵+空气干化系统能耗进行对比。发现釜内压力为8 MPa,水热反应温度由200℃上升至240℃时,由于水热液中热值较高的有机组分芳香烃、含氮杂环比例明显下降,水热反应釜能耗由184 kJ/kg(以原污泥计)降至161 kJ/kg,温度上升至260℃时,由于水蒸气气相分率明显增加及水热液中芳香烃含量回升,能耗上升至278 kJ/kg。受水蒸气气相分率影响,240℃下水热反应能耗随压力升高而降低,压力升至4 MPa后降低趋势迅速放缓。直接空气干化系统在干化空气温度为110℃时,系统总能耗为1942 kJ/kg;厌氧消化+干化系统由于对沼气进行高效热回收利用,消化时间为10 d时,系统热耗低至212 kJ/kg,总能耗为984 kJ/kg;而水热炭化+干化系统由于有效提升了污泥脱水性能,使系统总能耗进一步降低,240℃水热温度下系统总能耗为597 kJ/kg。研究结果为污泥独立焚烧或与燃煤电站耦合燃烧前预处理方式的选择和优化提供了基础数据和理论依据。