基于CFD-DEM方法的加压鼓泡床气固流动特性数值模拟

为明确加压鼓泡流化床内气固两相流动基本规律以及压力的影响机制,为多种工业过程领域加压鼓泡流化床反应器的设计、运行和放大提供有益参考.文中基于CFD-DEM方法,以开源软件Mfix为计算框架,开展了加压鼓泡流化床气固两相流动数值模拟研究.首先依托薄矩形加压鼓泡流化床试验台数据进行模型验证,在此基础上,系统地研究了操作压力对Geldart B类颗粒临界流化速度的影响,获得了不同操作压力下床层内颗粒运动与分布规律以及气泡尺寸和频率分布.数值模拟结果表明:在0.1~0.7 MPa,随着操作压力的升高,Geldart B类颗粒临界流化速度减小,并且在低操作压力下临界流化速度随操作压力变化更加明显;同时,随着操作压力的升高,床层内气泡尺寸减小,床层均匀性有所改善.

300MW循环流化床锅炉分离器入口烟道气固流动特性研究

对300MW循环流化床锅炉(circulating fluidized bed,CFB)高温分离器入口长烟道和短烟道内的气固流动特性进行了试验研究及数值模拟。应用高速摄影机,拍摄了示踪粒子在2种结构的入口烟道中的运动轨迹,并进行了示踪粒子运动轨迹的数值模拟。通过示踪粒子的轨迹分析,得到不同结构的分离器入口烟道对固体颗粒的加速性能。分析结果表明,长烟道内颗粒速度的增幅性能比短烟道内颗粒的增幅性能好,但前者压降比后者要大。相同工况下,配长烟道的分离器的分离效率要高于配短烟道的分离器的分离效率,但前者的压降要高于后者。

循环流化床锅炉旋风分离器入口烟道内气固流动特性的试验研究

在循环流化床(CFB)锅炉冷模试验台上,对高温旋风分离器入口烟道内的气固流动特性进行了试验研究.应用高速摄影机拍摄了示踪粒子在2种结构入口烟道中的运动轨迹并对其进行了分析,得到了不同结构的分离器入口烟道对固体颗粒的加速性能.结果表明:长烟道内颗粒的加速性能比短烟道内颗粒的加速性能好,但长烟道内压降比短烟道内的大.同时,对长、短烟道分别与分离器相连时分离器的分离效率和压降进行了对比,结果表明:在相同工况下,配长烟道分离器的分离效率高于配短烟道分离器的分离效率,但前者的分离器压降大于后者.

循环流化床锅炉新型悬吊屏周边气固流动特性实验研究

针对循环流化床炉膛中一种新型＂□＂形悬吊换热屏（＂□＂形屏）,采用光纤探针测试其周边气固流动特性,研究空截面气速、静止床料高度、＂□＂形屏宽和出口尺寸对其周边气固流动的影响。结果表明,＂□＂形屏内上部颗粒体积分数径向呈＂~＂型分布,中、下部呈＂∪＂型分布;屏内上、中、下部颗粒轴向速度径向均呈＂∩＂型分布,中、上部屏内壁面颗粒基本向下流动,下降流下降速度随空截面气速的增大而增大;屏周边颗粒体积分数随空截面气速和静止床料高度的增大而增大;＂□＂形屏出口尺寸对相应屏内区域颗粒流动有影响;对于循环流化床锅炉,＂□＂形屏宽对应有一合理范围。

拱上燃尽风入射角度对W火焰锅炉气固流动特性的影响

以一台660 MW机组的FW型W火焰锅炉为研究对象,提出了拱上布置燃尽风(OFA)技术及配套高效燃烧措施。建立了1:15气固两相冷态试验台,采用三维激光相位多普勒分析仪研究了OFA入射角度对炉内气固两相的平均速度、脉动速度、颗粒体积流量以及颗粒平均粒径等气固两相流动特性参数的影响。随着OFA入射角度的增加,浓煤粉气流的射流深度有所减小,固相颗粒在下炉膛的停留时间缩短。OFA气流穿透深度随入射角度增加呈先升高后降低的趋势。当入射角度为20°时,OFA气流在水平和竖直方向上的气固两相速度和脉动速度均衰减较慢,而且OFA气流与拱下回流区互不影响,能够与上行气流充分且剧烈的混合。对于拱上布置OFA,认为入射角度为20°较合适。

燃烧器布置方式对循环流化床炉内气固流动特性的影响

以采用混合燃烧的循环流化床(CFB)锅炉为研究对象,利用Simple算法对其炉内气固流动进行了三维数值模拟,得到了不同工况下炉内颗粒的速度和体积浓度分布.结果表明:双侧布置二次进料口的方式优于单侧布置方式;对冲布置方式下,燃烧器布置位置h/Z为0.145、二次风速为35 m/s时,炉内的气固混合比较强烈,流动状态较稳定,能够形成密相区之外的二次高浓度颗粒流,是较为合理的布置方式.

密相段管束布置对料腿内气固流动特性的影响

在冷态试验台上研究了循环流化床料腿密相段中不同管束布置方式对气固流动特性的影响。重点研究管束所占料腿截面比例和管子截面形状对循环灰量、松动风调节范围、松动风在料腿密相段中的分配比例以及料腿密相段中的气固流动压降的影响关系。

1000MW超临界循环流化床锅炉环形炉膛气固流动特性数值模拟

基于欧拉双流体流模型和Gidaspow曳力模型,模拟计算得到1000MW超临界循环流化床锅炉环形炉膛气固流场。模拟采用周期性旋转对称边界条件耦合法对锅炉模型进行简化。计算结果表明：固相密度沿炉膛轴向呈近＂S＂型分布;密相区转角处存在颗粒堆积,稀相区固相截面浓度分布较为均匀,在接近炉顶时固相则更多地集中在炉膛出口附近;悬吊屏区固相浓度要略高于炉膛内部,近分离器入口的悬吊屏两侧面有较大的固相浓度差,局部最大浓度偏差可达该位置截面平均浓度的50%;同侧三分离器入口固相质量流率存在差异,中间位置固相颗粒质量流率低于两边,瞬时最大相对偏差可达7.0%-9.5%。

用于钙循环CO2捕集的串行流化床气固流动特性实验与模拟研究

为进一步开发适用于钙循环捕集CO2过程的双流化床反应器,采用实验测试和数值模拟方法对新搭建串行流化床的气固流动特性进行研究。首先通过冷态实验对床层压降以及颗粒循环速率等气固流动特性进行测量,然后,使用Fluent软件对床内的气固流动过程进行CFD数值模拟。研究结果表明:煅烧反应器入口风速、上下流动密封阀入口风速、床料量、床料粒径等对串行流化床反应器的气固流动特性均具有较大影响,而碳酸化反应器入口风速的影响则较小;CFD模拟结果与实验结果相吻合,说明采用的CFD方法可以精确模拟串行流化床的气固流动特性。

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。

多喷嘴射流式分离器内气固流动特性的数值模拟

基于商用软件Fluent 6.3.26,采用雷诺应力模型及DPM离散相模型并结合理论分析,对基于喷嘴造旋的射流式分离器内两相流动特性进行了模拟计算,得到了较为全面的两相流动规律与细节。结果显示,分离器内部切向速度峰值可达160 m·s^-1,自由涡区的切向速度约为130 m·s^-1,旋流强度明显高于传统旋风单管;沿轴向下,下行流流量逐次减少,其中稳流体顶部下行流降低最为明显,下行流减少致使颗粒卷入内旋流概率增加,分离效果下降;分离器内部局部存在顶部贴壁射流、射流区二次流及灰斗口旋涡流等次级流动;分离器压降约为27.43k Pa,喷嘴区内外旋流能耗分别为4.57 k Pa（21.8%）、5.76 k Pa（27.6%）,稳流体区内外旋流能耗分别为5.85 k Pa（27.6%）、4.01 k Pa（18.9%）;分离器对应的切割粒径较小,约为1.6μm,极限粒径约为10μm,符合工业应用要求;基于所建颗粒受力模型及模拟条件下,分离空间可分离的临界粒径为1～2μm,3μm及以上颗粒的逃逸浓度小于0.15 g·m^-3,满足下游烟机对气流的净化要求。

运行参数对660MW高效超超临界CFB锅炉四循环回路气固流动特性的影响研究

本文随着循环流化床锅炉容量的增大,分离器个数相应增加,采用多分离器并联布置的结构会出现气固分布不均的偏流现象,由此给锅炉带来巨大的危害。为研究不同的运行参数对偏流现象的影响,采用欧拉双流体模型,对四分离器M型布置的高效超超临界循环流化床(CFB)锅炉循环回路的气固流动特性问题进行了数值模拟研究,详细探讨了布风均匀性、颗粒平均粒度及一二次风配比对多分离器间均匀性的影响规律。结果显示:相对床存量及一二次风配比等,布风均匀性对四循环回路间的气固流率分布影响最大,因此保证布风的均匀性是解决气固偏流的主要措施;同时,四分离器气固分布的不均匀性随着粒径的增大呈现出先增大后减小的趋势。

六旋风分离器循环流化床内气固流动特性数值模拟

以六旋风分离器循环流化床为研究对象,基于计算颗粒流体力学方法,建立全循环数值模型;在通过模拟与实验对比确定最优曳力模型的基础上,探究物料量、入口气速对炉膛内气固流动特性及出口物料分配均匀性的影响,得到不同物料量、入口气速时炉膛颗粒速度、体积分数、质量流率与循环流率分布。结果表明:当炉膛内物料稳定运行时,颗粒体积分数沿轴向呈下大上小的S型分布,沿径向呈中间小两边壁面处大的U型分布;炉膛6个出口存在明显气固流动不均匀现象,炉膛左、右两侧对应出口截面颗粒水平速度、体积分数及旋风分离器入口段颗粒水平质量流率、循环流率相差不大,呈现对称分布,在同侧3个回路间呈现中间回路的小两角回路的大的分布规律,并且中间回路出口的明显小于两角回路出口的,气固流动不均匀性主要发生在同侧3个回路出口端。

射流对循环流化床内气固流动特性的影响

在循环流化床试验台上进行了射流对炉内气固流动特性影响的试验,考察了不同的射流量和射流喷射高度对炉内轴向气流速度及截面平均固体颗粒浓度分布的影响.结果表明:射流的加入使得密相区气流速度降低,但利于气流整体平均速度的提升及加强气相流场的均匀性,射流对气相速度的影响主要体现在喷口以下区域;射流加入后,会在喷口附近区域形成动力阻塞区,浓相区固体颗粒浓度随着射流量的增加而提高,射流喷射高度的增加会提升浓相区的高度.

稀相气力输送水平弯管与文丘里管气固流动特性

通过压差测量、电容层析成像(ECT)等手段,考察水平弯管和文丘里管的压差特性、流型特性和压差信号波动特性;根据文丘里压差有效信号,构造具有统计学意义的粉体流量稳定性评价指标。结果表明:文丘里管道压差信号更适于评价粉体流量的稳定性;粉体流量稳定性评价指标可以有效地评价不同操作条件下的粉体流量稳定性。

45000 m^(3)/h恩德气化炉气固流动特性模拟

将常规45000 m^(3)/h恩德气化炉对冲布置的喷嘴结构改良为旋切均布喷嘴结构,炉膛内流场发生了变化。为了研究旋切结构喷嘴恩德气化炉炉内的流场结构以及喷嘴气化剂速度对气固流动特性的影响,应用欧拉-欧拉双流体模型(TFM)对炉膛内的流场进行冷态数值模拟。得到了炉膛内颗粒轴向速度分布、颗粒体积分数分布以及流场结构分布结果。研究表明:旋切喷嘴结构下恩德气化炉炉内颗粒流动轨迹为螺旋上升式结构,并在炉膛中下部形成颗粒内循环;增大喷嘴气化剂速度能够提升颗粒内循环倍率;随喷嘴气化剂速度的增加,炉内气固流动特性越佳,喷嘴速度为50,60 m/s时,炉内流场较为紊乱,喷嘴速度增加到70,80 m/s时,颗粒分布更加规则,但气固流动特性变化已不明显,考虑到喷嘴速度过大会影响系统的稳定性,则喷嘴速度70 m/s时,为较优工况。模拟结果为热态数值模拟以及提高工业气化炉气化效率的研究提供一定的理论依据。

切向叶片角度对中心给粉旋流燃烧器气固流动特性影响

利用三维激光多普勒测速仪,在气固两相实验台上,对不同切向叶片角度下中心给粉旋流燃烧器出口区域的气固流动特性进行了研究,获得了三种切向叶片角度下的三维平均速度和颗粒体积浓度的分布。结果显示,随着切向叶片角度的减小,轴向、径向和切向平均速度峰值都增加,回流区尺寸和旋流数也增大。同时,在x/d=0.1～0.7截面,随着切向叶片角度的减小,在燃烧器中心区域的颗粒体积流量峰值增加。

流化床中床体宽度对气固流动特性的影响

由于流化床具有良好的传热传质特性,被广泛应用在能源化工行业、而流化床床体结构对流化床内部气固两相流动特性影响显著.通过数值模拟的方法对4种不同床体宽度的准二维流化床进行研究、结果表明,随着床体宽度增加,流化床内部气泡的数量会变多,同时由于小气泡的合并导致气泡尺寸增大,并且床层中的压降也随着床体宽度的增大而更加均匀,从气相流线图分布来看,沿着流化床垂直方向流化床内部漩涡的纵横比也逐渐减小,从而更加有利于气固两相在床体内部的混合。

加压流化床气固流动特性分析

本文在对加压流化床内的三维流动特性进行分析时,使用了cfx模拟软件;在对压力所产生的影响进行分析时,主要考虑到了床层沿床压降以及气泡行为等。最终的分析结果显示床层膨胀高度能够通过压力的升高而得到相应的提高,在此过程中,床层固含率会有一定程度的降低。底部的中心区域以及地面附近的固含率会受到压力升高的影响,与此同时,传承底部的颗粒向上和向下的速率,同样会受到升高压力的影响。

同心反切燃烧方式的气固两相流动特性实验研究

针对切向燃烧锅炉燃用劣质煤时的稳燃及水冷壁高温腐蚀等问题 ,采用PDA测量系统 ,对四角切圆锅炉中一、二次风同心反切和同心同向燃烧方式进行了气固两相流动特性的实验研究。结果表明 ,与同心同向燃烧方式相比 ,同心反切燃烧方式的气固两相流动特性使其在稳燃、低NOx排放、防结渣。