连续进出料鼓泡流化床停留时间分布的相似准则研究

以连续进出料鼓泡流化床为研究对象,在Glicksman相似准则的基础上引入了扩散准则数,获得了具备颗粒停留时间分布(RTD)相似性的流化床相似放大准则,并明确了颗粒RTD的相似转换关系。对缩尺流化床模型与原型的流动行为及颗粒RTD进行了数值模拟分析,发现在给定的几何相似常数范围内(1<k<200),缩尺模型计算时长可由22.8天降至1.4天,且颗粒分布规律与原型相似,最大误差不超过9.24%。缩尺模型的颗粒RTD经相似转换后能够较好地预测原型颗粒RTD规律且关键特征值最大误差为17.8%。此外,改变颗粒流量、流化气速及静床高度后,缩尺模型仍能准确预测原型的颗粒RTD,其关键特征值最大误差不超过10.32%,证实了该相似准则在变工况下具有适用性,可用于快速、准确预测大型流化床颗粒RTD。

鼓泡流化床焚烧炉的热力学稳定性评估及市政污泥的入炉策略

市政污泥成分复杂,脱水后的市政污泥性质通常呈现一定的波动性,并影响市政污泥焚烧炉运行的稳定性。通过建立绝热型鼓泡流化床焚烧炉的热量平衡,从污泥热值及含水率波动、燃尽率、停留时间、焚烧炉自身抗热值波动能力、流化风温度和进料负荷的调节潜力等多个方面分析了市政污泥焚烧炉的热力学稳定性,结果表明,市政污泥焚烧炉对进料污泥性质较为敏感,而焚烧炉的自身稳定性相对有限,对热值的适应弹性空间约为6%。对于来源复杂的市政污泥,以收到基热值为基准,采取炉前分类及炉内混合对于达到相对稳定的进泥条件是必要的。

鼓泡流化床准东煤与松木屑共催化气化过程中焦油的生成特性

生物质气化过程中产生的焦油不仅会影响产气热值,还会对下游管道和设备造成污染,影响可燃气的后续利用。利用催化气化工艺可有效降低气化气中的焦油质量浓度,结合煤与生物质共气化能够进一步降低焦油生成量。为获得准东煤与松木屑共催化气化过程中焦油的生成特性,借助鼓泡流化床气化炉实验装置,研究了床料种类(石英砂、白云石、煅烧白云石)、准东煤掺混比例(0,20%,40%,60%,80%,100%)、气化温度(650℃,700℃,750℃,800℃,850℃)、空气当量比(0.24,0.27,0.30,0.33,0.36)、表观气速(0.15 m/s,0.18 m/s,0.22 m/s,0.26 m/s,0.30 m/s)和气化原料粒径(347μm,513μm,715μm,1005μm,1440μm)对气化气中焦油质量浓度的影响。结果表明:与松木屑单独作为气化原料气化相比,准东煤的添加能够降低焦油质量浓度,并且不会对气化气品质造成较大影响;尤其是准东煤的掺混比例在0~40%的范围内增加时,气化气中的焦油质量浓度下降趋势明显,而CO和H_(2)的体积分数变化不大。与石英砂和白云石相比,在实验设定的六种准东煤掺混比例下,以煅烧白云石为床料的流化床共气化生成的气化气中H_(2)体积分数均最高,同时焦油的含量显著降低。以煅烧白云石为床料,在准东煤掺混比例为40%的条件下,升高温度或提高空气当量比均有利于降低气化气中的焦油质量浓度;提高流化床的表观气速或增大气化原料粒径,气化气中焦油的含量呈现出先减少后增加的现象。

鼓泡流化床内高钛渣氯化过程模拟

本研究建立了高钛渣氯化反应的未反应缩核动力学模型(SCM),并在小型鼓泡流化床中获得了动力学参数。将SCM与双流体模型(TFM)耦合建立了TFM-SCM模型,模拟研究了鼓泡流化床中的高钛渣氯化反应过程,模型预测与实验结果吻合较好。模拟结果显示:反应器出口的TiO_(2)转化率随氯气浓度和反应温度的升高而增加;反应温度是影响氯化反应的关键因素,当反应温度为1223K时,TiO_(2)的转化率可达98%;当氯化反应速率较小时,气泡是影响氯化反应的另一个重要因素。提高反应温度能明显提高流化床中乳相的反应速率,但对气泡相的氯化反应速率影响较小。氯化反应速率在床层中心区域较低,在近壁区域较大。

鼓泡流化床稀相空间颗粒粒度分布的时变特性

鼓泡流化床稀相空间的催化剂颗粒粒度分布一方面与流化床流化速度有关,另一方面与流化床中藏量的细小颗粒跑损有关,即随着流化床操作的连续进行,流化床系统中的细颗粒不可避免的存在跑损,进而影响到稀相空间的颗粒粒度分布。由于这种跑损是连续发生的,因此稀相的颗粒粒度分布变化具有时变特性。选用催化裂化平衡催化剂和二维流化床,在连续流化操作过程中采集稀相空间中的颗粒样品,分析颗粒的粒度分布,考察稀相空间中颗粒粒度分布随流化操作时间的变化。结果表明:随着流化床系统中细颗粒的跑损,稀相颗粒粒度分布的中位粒径和峭度逐渐增加,稀相空间的颗粒逐渐粗化,经过一段流化操作时间后颗粒粒度分布变化趋于稳定。

鼓泡流化床污泥焚烧炉自持燃烧工艺探索

目前国内污泥焚烧多采用燃煤锅炉掺烧方式,污泥自持焚烧技术还不成熟,基于此,本文结合某生物质综合利用项目,探索研究自持焚烧污泥工艺技术,实现污泥的“无害化、减量化、资源化”处置要求,具有显著的社会经济效益和推广价值。

鼓泡流化床风帽压力波动特性分析

提出通过采集、分析流化床风帽压力波动信号的方法,实现对床内气固两相流状态监测。借助冷态鼓泡流化床实验台,对不同床层表观气速、不同床料粒径分布和不同静床高工况下采集到的风帽压力波动信号,进行小波分析,计算小波分解后不同频段重构信号的能量值及其占总能量的比值,采用Welch法对信号进行功率谱估计并获取信号的主频,分析运行工况变化对鼓泡流化床风帽压力波动特性的影响。结果发现,风帽压力波动信号低频信号的变化能够反映流化床运行工况变化时的气固流动状态变化,表明所提方法具有可行性,并可为进一步研究循环流化床风帽压力波动特性提供理论基础。

鼓泡流化床风帽压力信号的频谱分析

在鼓泡流化床冷态试验台上,采集不同风帽入口的压力信号.基于Matlab软件,利用自相关函数的傅里叶变换对采集的信号进行频谱分析,得到信号主频的分布范围以及对应的功率谱密度,分析了不同静床高和不同表观气速下布风板中心、边壁风帽的压力波动特性.结果表明：风帽入口压力信号的频谱变化与静床高和表观气速的变化密切相关,且压力波动信号的主频集中在0~10 Hz的范围,可为风帽压力信号的测点布置和采样频率的设置提供参考.

冷态鼓泡流化床中木屑流化速度的研究

冷态条件下，在鼓泡流化床中采用木屑为原料，分布板在2％～4％不同开孔率的条件下，分别考察了原料粒径和床层高度对木屑流化速度的影响。得出结论：分布板压降和流速成二次函数关系；以木屑为原料，分布板开孔率和床层高度对临界液化速度的影响不大，粒径分布对临界流化速度随粒径的增大而增加。

木屑在鼓泡流化床和循环流化床中气化特性的对比研究

对木屑在内径分别为0.3 m×0.3 m的鼓泡流化床气化炉(BFBG)和内径0.4 m的循环流化床气化炉(CFBG)中的气化特征进行了对比,重点考察了当量比对生物质气化特性的影响。实验结果表明,在相同当量比下,由于CFBG操作气速明显高于BFBG,床内强烈的气固传热传质,使得CFBG可以获得较高的热解速率,同时可以使CFBG在较高温度下运行。较高的运行温度不仅有利于二次裂解气化反应,使可燃气体质量明显好于BFBG,同时也减少了燃气中焦油的量。在较低气化当量比下(ER≤0.28),CFBG比BFBG可以获得更高的气体产率、碳转化率和气体效率;在较高当量比下,(ER>0.28),CFBG和BFBG的气体产率、碳转化率和气体效率则相差不大。

鼓泡流化床煤燃烧中燃料氮转化的研究（Ⅰ）影响因素

本文研究了各种操作因素如床温、过量氧率、煤种、脱硫、燃料粒径等对流化床煤燃烧中燃料氮转化为ＮＯ＿ｘ和Ｎ＿２Ｏ的影响，为找到减少流化床煤燃烧中氮氧化物的排放措施提供依据。

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究Ⅲ.同鼓泡流化床(BFB)气化反应的对比

为了更进一步了解ＣＦＢ气化能力和碳利用率，本文报道了两种煤焦（西山焦煤飞灰，神木煤）以二氧化碳及氧气混合物为气化介质，在小型鼓泡流化床上进行气化反应的研究，并与相同气化条件下的循环流化床气化数据进行了比较。研究结果表明：在相同直径气化反应装置上，相同的气化条件下，循环流化床（ＣＦＢ）的气化碳转化率、气化强度远远高于鼓泡流化床（ＢＦＢ）的气化结果，但ＢＦＢ的煤气中可燃气组成高于ＣＦＢ的。ＣＦＢ气化反应装置更适合于生产中、低热值煤气。

颗粒旋转对鼓泡流化床内气固两相流动特性影响的数值模拟

运用考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散影响的颗粒动理学方法,建立鼓泡流化床气固两相Euler-Euler双流体模型,数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性。分析表明,颗粒平动温度与旋转温度之比是法向和切向颗粒弹性恢复系数和摩擦系数的函数。与不考虑颗粒旋转效应计算结果相比,考虑颗粒旋转效应后床内较容易形成气泡,颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显。并且床层平均空隙率和床层膨胀高度增加,床中心区域颗粒轴向速度提高,床内颗粒平动温度下降。考虑颗粒旋转效应后预测的颗粒轴向速度和颗粒脉动速度与文献实验结果基本吻合。考虑颗粒旋转效应后获得的气泡直径更接近于前人经验关联式。

高温鼓泡流化床流体动力学特性

流化床催化反应过程、煤的流化床燃烧与气化等多种流化床工业应用都涉及高温操作。文中结合研究结果 ,综述了温度对最小流化速度、最小流化空隙率、床层膨胀比和气泡直径的影响。在前人研究的基础上 。

鼓泡流化床宽筛分颗粒气固两相流动的流体动力学

应用颗粒动理学,考虑气体与颗粒、颗粒组分以及组分内颗粒间的相互作用,建立宽筛分颗粒气固两相流双流体计算模型。研究鼓泡流化床内气固两相流体动力特性和颗粒分层的机理。数值模拟结果表明:鼓泡流化床内的流体动力学受颗粒尺寸分布以及颗粒间能量耗散和传递的影响。为了从基本流体动力模型中获得真实的床内气固两相流体动力行为,正确地考虑颗粒尺寸分布及颗粒能量耗散的作用是十分重要的。

还原系数对鼓泡流化床内颗粒运动影响的离散单元法数值模拟

通过引入考虑了颗粒物性和颗粒碰撞速度的还原系数数学模型,并结合离散单元法对鼓泡流化床密相区内的气固流动过程进行模拟,探讨还原系数对密相区内的颗粒运动和碰撞特性的影响。研究结果表明,采用考虑了碰撞速度的还原系数数学模型将使计算更加接近实验结果。还原系数对包括颗粒温度、碰撞颗粒数、颗粒碰撞速度、颗粒形变量等的结果均有影响。流化床内由于颗粒碰撞速度分布复杂,导致还原系数值并非是某一常数,而是存在一定的变化范围。

鼓泡流化床气固两相流动特性数值模拟

为了研究鼓泡流化床内气固两相流动特性,采用数值模拟的方法,对Fushimi等人的冷态实验过程进行模拟,建立了合理的TBCFB气化炉气固两相流动系统模型,基于欧拉双流体模型,以ANSYS嵌套的FLUENT17.0,作为数值模拟计算的基础平台,模拟TBCFB(三级流化床)气化炉系统中鼓泡流化床气固两相流动过程及分析其流动特性。结果主要分为3部分:鼓泡床表观速度对流动质量有重要影响,速度越低,越有利于床内气泡与床料充分接触;比较不同高度,不同配比两种颗粒温度变化特点,发现床层高度越高,颗粒温度越大;颗粒浓度增加,其颗粒温度降低,反之增加。

鼓泡流化床流动特性的数值模拟

在双流体模型的基础上利用计算流体力学软件(F luent)对气固鼓泡流化床的流动特性进行了模拟,得到了鼓泡流化床的一种流动形式.计算结果与流态化原理以及文献结果的吻合性好.

鼓泡流化床流动特性的数值仿真和实验研究

研究鼓泡流化床传热效率优化问题,在不同的初始床层高度下,鼓泡流化床内气固两相流动特性和燃烧效率会发生明显的变化。为研究鼓泡流化床在不同的初始床层高度下的气固两相流动特性,为减少厂用电的消耗和炉膛内的磨损,提出建立脉动进口速度边界条件下的二维鼓泡流化床气固运动模型,对颗粒的流态化进行建模,采用Fluent仿真软件进行仿真。仿真结果和实验表明,随着初始床层高度的增加:气泡直径增大,气体泄漏率减小,床层压力分布基本不变,颗粒相速度增大,流动结构的非均匀性增强,炉膛内磨损增大。仿真结果为优化设计提供了依据。

可视化鼓泡流化床内颗粒流动特性的实验研究

为研究生物质在鼓泡流化床热解过程中床料与生物质颗粒的混合流动特性,设计制造了可以进行可视化流场研究的透明流化床实验台。以20~40目石英砂为床料,利用高速摄影仪对50,80,110 mm 3种静止床层高度下的流动特性进行了可视化研究,获得了不同床高对床层压降、稀相区高度以及气泡大小的影响规律。研究结果表明,床层高度为80 mm时,床层压降波动小,气泡形成均匀,无大气泡产生,整体流化效果最好。以石英砂和玉米秸颗粒为原料,利用PIV技术,在操作风速为0.56,0.69,0.82 m/s,混合质量比为20∶1,30∶1,40∶1的工况下进行实验,获得了操作风速以及混合质量比对颗粒横向速度及纵向速度分布的影响。研究结果发现：随着表观风速的增加,其横向速度整体增加平缓,中心区粒子总体表现横向速度较小,过渡区粒子流动复杂;轴向速度增加较大,中心区上升颗粒的数量增加,中心区颗粒纵向速度比边壁区增加明显;石英砂与玉米秸颗粒的质量比越大,颗粒横向速度略微增加,中心区向上流动的颗粒及纵向速度显著增加,纵向速度分布更加分散。