循环流化床气固流态化实验平台的设计及应用

为开展卓越工程科技人才培养,基于气固流态化专业实验分析,研制了一套循环流化床气固流态化实验平台。该平台包括多功能循环流化床实验装置和配套测量系统。实验装置主体由有机玻璃制成,分为颗粒内循环回路和颗粒外循环回路。通过改变颗粒回路中的操作条件可观测流型转变和流化速度对床层压降的影响并进行颗粒循环回路压力测试、颗粒质量浓度分析等实验,同时测量系统可对实验过程中压力及颗粒浓度数据进行实时采集。本实验平台实验数据可为循环流化床故障诊断和工业生产提供参考。

循环流化床燃煤机组SNCR脱硝过程气液传质和反应特性

采用CFD模拟方法预测了300 MW循环流化床机组SNCR脱硝过程中的还原剂液滴蒸发、烟气混合和反应特性。结果表明烟气在旋风分离器内贴壁旋转流动并形成外旋流为准自由涡和内旋流为刚性涡的双涡结构,使液滴与烟气接触约0.01 s后开始恒温蒸发,并强化了烟气与气态还原剂的混合效果。氨水为还原剂时,NH_3主要分布于旋风分离器锥体上方;尿素为还原剂时,蒸发后快速分解的HNCO消耗速率高于NH_3,其中NH_3浓度分布与氨水为还原剂相似,相同烟气温度和氨氮摩尔比时氨水和尿素溶液对应脱硝效率分别约为79.5%和76.5%。温度对脱硝效率的影响表现为先上升后下降趋势,当温度由1023 K提高至1173 K时NH_3与NO反应速率提高,脱硝效率由19.7%提高至81.0%;而当温度由1173 K进一步提高至1323 K时,NH_3由于自身氧化速率显著提高而导致脱硝效率降低至17.4%。脱硝效率随氨氮摩尔比(NSR)增大而升高,但还原剂利用率的降低致使氨逃逸率增大,综合考虑本台CFB锅炉SNCR脱硝效率和氨逃逸率,NSR选取1.25~1.50可以满足NO_(x)排放低于50 mg/m^(3)的超低排放标准。

气-固循环流化床螺旋板式换热器的传热性能与压降

设计并搭建了气-固循环流化床螺旋板式换热装置,研究了空气流量(80~125 m^(3)·h^(-1))、颗粒加入量(0.5%~2.0%)和颗粒类型等操作参数对以恒温水作为热流体、空气作为冷流体、3种固体颗粒作为固相工作介质的循环流化床螺旋板式换热器传热性能和压降的影响。实验的结果显示,添加颗粒可以明显改善螺旋板式换热器的传热性能,但同时也会增大压降。在实验考察的操作参数范围内,强化传热效果最佳时的传热增强因子可以达到29.28%,此时系统内添加的颗粒为聚甲醛颗粒,空气流量为125 m^(3)·h^(-1),颗粒加入量为2.0%,但相应的压降比率也达到了20.86%。绘制了传热增强因子和压降比率的三维图以及综合影响雷达图,可指导工业应用。

气液固循环流化床预分布器附近流体动力学的数值研究

在气液固循环流化床(GLSCFB)内,以空气、水和玻璃珠为气液固流化介质,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2,在室温常压条件下,采用欧拉模型系统研究了预分布器结构、液速对反应器内固体径向速度分布和液相湍动能的影响。计算结果表明,在预分布器附近,液相湍流动能随表观液体速度增大而明显增大;预分布器可以有效地改善固体颗粒径向速度分布的不均匀性,变孔径分布器效果最好;低表观液速下,颗粒径向分布的计算值与实验值吻合良好,随液速增大误差增大。通过实验值与计算值的比较,证实了数值模型的可靠性。

气液固循环流化床换热器中预分布器结构的优化

In this study, two types of pre-distributors (nonuniform-pores and dual-baffle)for the combined solids-liquid distributor in gas-liquid-solid circulating fluidized bed heat exchanger, were designed and the characteristics of particles distribution was compared. In the experiments, the sampling method was used to measure local solids flux and a U shape pipe was used to measure static pressure drop in the lower pipe box.The effects of different superficial liquid velocities and liquid viscosities on the parameters mentioned above were investigated.The degree of distribution of local solids flux in exchanger pipe was evaluated by the non-uniformity function.The results showed that the two types of pre-distributors were both suitable for gas-liquid-solid circulating fluidized bed heat exchanger at a lower static pressure drop in the lower pipe box.Compared with the nonuniform-pores pre-distributor, the dual-baffle pre-distributor showed better performance.

气液固循环流化床颗粒分布板实验研究

设计了用于气液固三相循环流化床换热器的固体颗粒分布板。采用功能强大的CCD图像采集分析系统,获得颗粒的分布和运动规律,考察了安装高度、运行参数等对分布板颗粒分布性能的影响。研究表明,分布板的安装高度、液体和气体流量、颗粒体积分数等对颗粒的速度和固含率分布有较大影响,得到了使固体颗粒在管束中分布效果较好的设计参数,以指导工程应用。

气-液-固三相循环流化床局部相含率分布

应用自行开发的微电导探针测试技术,以玻璃珠(dp=0·48mm,ρs=2460kg·m-3)和苯乙烯颗粒(dp=1·45mm,ρs=1264kg·m-3)为固相,空气为气相,水及0·05%、0·20%(质量)SCMC(羧甲基纤维素钠)水溶液为液相,对三相循环流化床(TCFB)的各相局部含率进行了同时测定.考察了不同表观液体速度、辅助液体速度、液体黏度及颗粒密度对局部相含率轴径向分布的影响.在不同操作条件下,获得了1286套局部相含率实验数据.给出了局部固含率和局部气含率与操作条件、流体物性及床层轴径向位置的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好.

气液固三相循环流化床气液传质行为

气液固三相流化床反应器在石油化工、湿法冶金、环境工程和煤的液化等工业领域得到了广泛应用,其基础研究也取得了很大进展.但是。

(气)-液-固循环流化床的研究进展

液-固(L-S)和气-液-固(G-L-S)循环流化床与传统流化床相比具有许多优点。但对L-S和G-L-S循环流化床的研究报道与气-同循环流化床相比较少。由于新加工过程和生物技术的兴起,拓宽了L-S和G-L-S循环流化床的应用新领域。为了理解和掌握这两种液相循环流化床的流动特性,对其近期的研究进展进行了回顾,并对其在生物化工中的应用前景进行了展望。

气-液-固自然循环流化床中的流动特性和压降

建立了气-液-固冷模多管自然循环流化床蒸发器,利用CCD图像采集和处理系统,研究了固体颗粒的种类、含率和通气量等操作参数对于固体颗粒的流化和运动形态、分布以及加热管束中液-固两相流压降的影响.结果表明:通气位置对于固体颗粒在加热管束中的分布影响较大.在上、下管箱中,固体颗粒的运动和流化形态不同.在上管箱中,固体颗粒形成中心上升、四周下降的循环运动,并且随着其密度的降低,固体颗粒在上管箱中的分布逐渐趋向均匀;在下管箱中,固体颗粒在中心轴的两侧形成两个大的旋涡,旋涡的旋转速度随着通气量的增加而增大.当气体从上管箱加入时,加热管束中液-固两相流的压降随着固体颗粒加入量和通气量的增加而增大.利用实验数据建立了加热管束中液-固两相流的压降模型,模型结果与实验数据吻合较好.

低固含率气-液-固循环流化床流动特性

应用基于互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)传感器的高速图像采集和处理技术,实验研究了低固含率条件下,低密度大孔吸附树脂固体颗粒气-液-固三相循环流化床的流体力学行为,分析了操作条件、液相物性、颗粒性质等对床内的固体颗粒循环速率、相含率、气泡运动等特性的影响,得到了具有合理物理解释的实验数据和结果。

液体粘度对气液固三相循环流化床颗粒循环速度和流型特征速度的影响

实验的三相循环流化床以玻璃珠(dp=0.48mm,ρs=2460kg?m?3)和苯乙烯颗粒(dp=1.45mm,ρs=1264kg?m?3)为固相,空气为气相,水、0.05%、0.20%(mass)CMCS(羧甲基纤维素钠)水溶液为液相。实验研究了液体粘度、表观液体速度、表观气体速度、辅助液体速度及颗粒密度对颗粒循环速度的影响。随着液体粘度的增加,颗粒循环速度增加;随着表观液体速度和辅助液体速度增加,颗粒循环速度都增加;随着表观气体速度的增加,颗粒循环速度减小。低密度颗粒系统同高密度颗粒系统相比,低密度颗粒系统能提前从三相传统流型进入三相循环流型。实验还研究了液体粘度对低密度颗粒的起始液体速度和过渡液体速度的影响,为得到三相循环流化床的流型图提供了可靠的依据。

气液固流化床气泡特性及气含率预测模型

气含率及气泡直径会直接影响流化床内的反应进程及传质效率,为更好地认识局部流动结构,径向气含率及气泡直径分布成为重点研究内容,特别是径向气含率预测模型的建立具有重要意义.已有平均气含率预测模型都有各自的适用范围,对不同实验体系的应用会表现出局限性.针对以上问题,本文结合电导探针测量法与流体仿真技术,以直径为100 mm和高度为1.5 m的气液固流化床为研究对象,系统地研究了在气相表观速度为0.014~0.283 m/s、液相表观速度为0.007~0.028 m/s、液相黏度为1~40 mPa·s、液相表面张力为0.053~0.072 N/m及固相体积分数为0~30%条件下径向气含率及气泡直径分布特征.结合本实验系统及相关研究数据,提出一种适用于气液固系统的平均气含率预测模型.基于此预测模型,进一步考虑气相表观速度及表面张力对径向气含率分布的影响,采用粒子群优化算法建立气液两相体系的径向气含率预测模型.结果表明:两相及三相体系平均气含率预测模型充分考虑了气液相表观速度、液相物性、固相物性及管径对平均气含率的影响,相比现有经典平均气含率预测模型,拓宽了适用范围并提高预测精度,其平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)分别为17.14%和18.36%,超出90%数据点的相对误差在±30%之内.径向气含率预测模型对靠近管道中心处的气含率预测更加准确,其MAPE可达到12.26%.以上预测模型的建立对理解管内全局及局部传质问题、流化床反应器设计都具有指导意义.

600MW超临界循环流化床锅炉炉膛气固流场的数值模拟

利用Fluent软件对某600 MW超临界裤衩腿六分离器循环流化床锅炉炉膛的气固流场进行数值模拟研究。模拟采用双流体模型,分析炉膛颗粒浓度轴向分布,颗粒浓度与轴向速度的径向分布以及六分离器气固流率的不均匀性。结果表明:颗粒浓度的轴向分布呈稀密两相区分布;裤衩腿区内墙有较浓颗粒回流;稀相区颗粒呈双环核分布,中隔墙及前后墙回流明显;中隔墙边壁及间隙区颗粒浓度高于侧墙边壁浓度;悬吊屏屏间隔区域颗粒浓度比悬吊屏外侧区域颗粒浓度低;六分离器中中间位置固相颗粒质量流率高于两边位置,两边位置差别不大。

液固循环流化床换热器中固体颗粒分布

利用CCD图像测量与数据处理系统对多管液固循环流化床换热器中的两相流动特性进行了研究。探讨了下管箱中的分布板结构对固体粒子的体积分数分布、固体粒子的速度分布,以及液固两相流压降的影响。实验结果表明:在循环流化床换热器进口段安装适当结构的多孔板分布器,即多孔板的面积小于床层截面积,且床中心处的遮挡面积大于边缘处的遮挡面积,可以有效地提高固相速度的均匀程度,在较高流速下,能较好地改善固体颗粒在管束中的不均匀分布。

600MW循环流化床锅炉水冷壁设置防磨梁后炉内气固流场的数值研究

针对600MW裤衩腿循环流化床锅炉水冷壁壁面上设置与不设置多阶式防磨梁情况,采用数值模拟方法研究了防磨梁对炉内颗粒平均质量浓度和颗粒轴向速度、壁面区域颗粒浓度和轴向速度分布的影响,并综合分析了颗粒流对壁面磨损的影响.结果表明:防磨梁的存在削弱了炉膛颗粒轴向速度呈"M"型分布的趋势;水冷壁壁面设置防磨梁后,稀相区下部区域颗粒平均质量浓度略有减小,上部区域略有增大;防磨梁破坏了高质量浓度贴壁颗粒下降流,使得回流区厚度和颗粒下降速度减小,且越靠近壁面,这种影响越明显;2层防磨梁之间特别是防磨梁向炉内凸起的高度范围内,贴壁回流颗粒的质量浓度和下降速度增加速度均比无防磨梁时大;加装防磨梁后,贴壁颗粒流对壁面的磨损量总体上有所减小,但防磨梁附近壁面区域的磨损量相对较大.

脱硅中液固循环流化床清洁传热

考察了铝土矿熟料溶出粗液脱硅加热过程中的结垢行为 ,采用有机 无机复合材质的惰性固体颗粒研究了循环流化床对脱硅加热过程中硅渣结垢的清除及防止性能 .结果表明 :硅渣结垢曲线为具有诱导期的渐近式曲线 ,硅渣结垢机理为结晶结垢和微颗粒沉积结垢混合机理 ;循环流化床不仅能有效防止硅渣结垢的形成 ,而且能完全清除已有的硅渣垢层 ,硅渣结垢的清除速率随操作流速及固体颗粒浓度的增大而增大 ;惰性固体颗粒的引入不影响硅渣结垢的机理 .根据液固流化床的防垢机理建立了结垢模型 ,其预报值与实验值吻合较好 .

采用PTV技术研究循环流化床内气固两相流动

采用PTV技术对循环流化床顶部颗粒稀疏流动区域进行了测量 ,其中采用先进的高速摄像技术获取流动的连续图像 ,并采用目前有望在气固两相流动测量中发挥较大作用的四种PTV算法 :BICC法、VGT法、SPRING法和 4 FRAME法 ,对所获取的图像进行颗粒配对处理 ,从而得到流场中运动颗粒的速度信息。所得到的结论为 :本文所采用的PTV算法在图像处理中都产生少量的伪矢量 ,通过采取简单的伪矢量识别算法就可以剔除大部分伪矢量 ;本文实验条件下 ,测得循环流化床顶部区域内颗粒运动速度差别较小。本文工作为进一步详细实验测量研究奠定了理论与技术基础。

循环流化床壁面的几何结构对床层气固流动特性的影响

采用反射式光导纤维探头对平壁和膜式壁面的循环流化床内的局部瞬态颗粒浓度进行测量，并应用时间序列分析方法对两种不同壁面几何结构的床内的动态特性进行分析.研究结果表明，循环流化床内存在明显的时空结构不均匀性，壁面的几何形状对壁面附近的气固流动特性存在显著的影响．

气固循环流化床全回路数值模拟研究进展

气固循环流化床具有良好的混合、传热、传质、反应特性,同时还具有处理量大、可连续生产等优点,在众多领域均有广泛应用。气固循环流化床是一个由多个单元连接组合形成的循环回路,各单元间相互耦合、相互影响。对整个循环流化床系统进行全回路数值模拟,不仅能够获得更全面和详实的结果,而且在揭示系统流动规律和探究各单元内、单元间、单元与系统间的相互作用上具有独特优势。近十年来,以气固循环流化床全系统为模拟对象的全回路数值模拟研究逐渐兴起。本文对气固循环流化床全回路数值模拟方法的研究进展进行综述,对该方法的应用情况进行详细介绍,并对方法中采用的模型及相应特点进行逐一分析。循环流化床全回路系统同时存在多种流态,有待于建立适用于全回路系统的多流态物理模型(气固曳力模型与固相应力模型)。随着计算能力的提高以及物理建模的不断发展,全回路模拟方法将不断完善并发挥出更大的作用。