锥形流化床生物质气化技术和工程

利用生物质气化发电、生物质气化供气、生物质气化供热等技术,可以将各种生物质能转化成为高品位气体燃料、电力或蒸汽,是生物质高效转化利用的主要途径。流化床气化是生物质热化学转化的主要研究技术之一。本文主要论述了利用锥形流态化气化炉,对不同生物质原料,进行气化的工程化应用试验研究。应用锥形流化床气化技术,在江苏省和安徽省等地,建立了生物质气化供气、供热和小规模发电(400 kW)等三个不同用能形式的工程。并且从拟建立的6MW生物质热解气化发电的计算结果来看:生物质原料价格达250元/t以上,生物质单纯发电,经济上不可行;如果应用热电联供,并且利用热解气化的固体炭产品,则能够产生较好的经济效益。

3000kW生物质锥形流化床气化发电系统工程设计及应用

本文主要论述了自主研发的3000kW生物质锥形流化床气化发电机组工程,对气化发电系统的工艺过程、设备设计要点及系统运行情况分别进行了阐述。研究设计的气化发电系统工程运行结果表明锥形流化床气化炉操作弹性大,分布锥结构很好地改善了气体分布状况,最佳气化温度为710～740℃。系统运行数据表明:生物质耗量为1.77kg/kWh,每公斤稻壳产气为1.62Nm3,系统总效率为15%,发电机转化效率25%。

锥形流化床混凝装置内混凝指标和絮凝体分形维数

利用锥形流化床混凝工艺中固相颗粒的流化运动在液相中形成的微涡流,使液相中的胶体颗粒碰撞和聚集,形成絮体。结果表明在论文研究范围内,高岭土悬浊液去除率(23.97%～85.37%)随GT(1836.51～5399.53)增加而提高。G值的减小(169.2～189.7s-1)和混凝时间增加都会引起混凝效率的升高。采用分形维数模型计算得到,相同运行条件下形成絮体的分形维数相关系数均在0.9以上,表明絮体性质具有相似性,因此相同操作条件下絮体自由沉降速度区间分布狭窄,相同沉速的颗粒数量百分比峰值达45%。

锥形流化床内垂直阵列碳纳米管的流态化特性分析

该文采用无分布板式锥形流化床(TFB)来改善碳纳米管(CNT)生长过程中分布板处出现的死区、堵塞、断裂等问题。实验在不同的表观气速、静态床高和压力探针的位置等操作条件下进行。为了从多角度、多尺度了解无分布板式TFB中气体-CNT颗粒流动的流态化动力学,该文采用了标准差、偏度、峰度、小波分解和均匀指数分析方法。结果表明,CNT颗粒的压力波动幅度对气流速度、探针的轴向位置和静态床层高度都很敏感,其在气固系统中产生的压力波动信号几乎是不均匀分布的。介尺度(气泡)结构主导气体-CNT颗粒的流动。

锥形流化床水平射流条件下的流化特性

在一个160 mm×300(20)mm×30 mm(高×宽×厚)、锥角为60°的二维锥形流化床中研究了两侧水平射流条件对3种不同粒径颗粒流化特性的影响。临界流化曲线结果表明:压降随着流量增大而迅速升高,到达一个最大值后略有下降。另一方面通过实验观察,提出"沸腾核心"假设,并推导出颗粒达到起始流化状态时,流速沿床层高度的变化规律。在假设的基础上,根据厄贡方程推导得出最大压降的计算式,计算结果表明计算值略大于实验值。另外,实验中还发现二维锥形流化床的最小流化速度随颗粒粒径增大而增大,随填料体积的增大也略有增大。

锥形流化床内碳纳米管膨胀特性的数值模拟

基于欧拉-欧拉双流体模型,对无分布板式锥形鼓泡流化床内碳纳米管的膨胀行为进行了数值模拟。考察了不同的颗粒当量直径计算方法及不同种类碳纳米管对床层膨胀能力的影响、不同表观风速下床内两相结构的体积分数分布及膨胀特性。模拟结果显示:碳纳米管的当量直径计算结果对床高有至关重要的影响,其当量直径越大,膨胀率越小,垂直阵列管床层膨胀高度大于聚团管,在低入口气速的情况下存在“局部流化”的特性,气泡在上升过程中逐渐变小甚至消失,随着入口气速的增加,气泡大小逐渐增加,床层膨胀率也逐渐增加。模拟与实验结果对比良好。

锥形流化床混凝工艺混凝反应特征和机制初探

研究了以锥形流化床作为混凝装置时混凝反应的控制因素,以及该工艺的混凝效率和形成絮体特征,并对该工艺的混凝机制进行了探讨.结果表明,填充颗粒性质、床高和表观流速等参数的变化会引起床内速度梯度G和反应时间T的变化.设置沉淀时间为20min,该工艺对高岭土悬浊液的混凝效率随着Camp值GT的增加呈上升趋势.G值在169.2～189.7s-1区间内时,混凝效果受反应时间的影响较敏感.但当G值低于169s-1时,过低的G值限制了颗粒的碰撞,混凝效果随反应时间的增加不再升高.分析认为,锥形流化床反应器内部颗粒的无规则运动产生涡旋和沿床高方向表观流速逐渐减小等特征使其作为混凝装置具有可行性.但在相近的G和反应时间下,与机械混凝装置相比,该锥形流化床混凝装置形成的絮体当量尺寸较大,但平均密度稍小.

好氧锥形流化床生物膜反应器启动与生物膜形成特征研究

对好氧锥形流化床膜生物反应器（A-TFBBR）的启动特征、生物膜行为、特征和结构进行了详细的探讨,并与相近启动条件下的传统柱状流化床生物膜反应器（A-CFBBR）的启动行为进行比较.结果表明,自然培养生物种源的方法与传统的以活性污泥做种源的方法相比节省了生物驯化和淘汰的时间,在短时间内就完成了生物反应器的启动（柱状床11 d,锥形床16 d）,而一般以活性污泥为种源则大都需要100～300 d的启动时间.另外,采用这种方法在A-TFBBR反应器和A-CFBBR反应器中获得的生物膜厚度分别仅为（32±1）μm和（24±2）μm,低于大部分报道的生物膜厚度.2个生物反应器都表现出理想的COD去除能力,其中A-TFBBR反应器对COD的去除率高达95%以上,比A-CFBBR对COD的去除率平均高出15%.

锥形和柱状流化床膨胀率对生物膜行为的影响

基于流体剪切力和颗粒流化特征对生物膜性质的重要影响,分析并对比了与流体剪切力和颗粒流化特征密切相关的床层膨胀率对锥形和柱状流化床生物膜行为的影响.采用改变液相回流比的方法调节床层膨胀率,研究了柱状流化床(CFB)和锥形流化床(TFB)生物膜反应器中生物膜厚度、生物量、污染物去除效率、悬浮生物质浓度和生物颗粒分布的情况.结果表明:当进水的质量浓度为220mg/L,水力停留时间45min,在相同的床层膨胀率下,TFB与CFB相比生物量高且稳定,生物颗粒的分布更为均匀.当床层膨胀率在一定范围内变化时(14%～90%),TFB对污染物质的去除率稳定在95%以上,较CFB高15%～20%.床层膨胀率对悬浮生物质浓度的影响的研究结果表明生物膜的脱落将使悬浮生物质浓度增加.

磷矿石热态反应过程的数值模拟

使用Fluent软件对锥形流化床反应器中的热炭还原磷酸钙过程进行了数值模拟。着重考察了速度场、各组分浓度分布和温度场,发现生成的P2O5浓度在出口处呈"M"型分布,并且CO2和P2O5两种氧化产物的生成区域有所不同。另外,反应器的柱形区域能够利用速度和温度涡流的特点将氧化还原反应分割开来,避免了反应之间的干扰。结果证明了利用该装置热炭还原磷酸钙制备五氧化二磷是可行的。