加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅰ:颗粒体积分数分布特性

针对加压煤气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种加压循环流化床的冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1～0.5 MPa)下,平均粒径为137μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒在提升管内的压降和表观颗粒体积分数分布特性.实验结果表明,上升管压降随固气质量比的增大而线性增加,增加的速率随操作压力的增加而增加,且基本不受操作气速和固体通量的影响.加压条件下,表观颗粒体积分数呈上小下大的分布,且随固体通量的增加而增加,随标态表观气速的增加而减小.在固体通量和操作气速一定的情况下,增加操作压力可以显著提高上升管内表观颗粒体积分数,并使其轴向分布更加均匀.     

变径流化床反应器内的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学(CPFD)的数值模拟方法,对直径为160 mm、高度为273 3 mm的变径流化床反应器内的气固流动特性进行冷态模拟,研究不同气速及不同初始物料量对流化床反应器气固流动特性的影响,得到流化床内颗粒体积分数、颗粒速度以及颗粒停留时间的分布。结果表明,当气速不小于2.5 m/s时,流化床内颗粒体积分数轴向分布更为均匀,颗粒速度呈中间高、两边低的倒"U"形分布;壁面附近的颗粒停留时间长于中心处,使得壁面附近的颗粒趋于聚集;流化床的轴径向颗粒体积分数随着初始物料量的增加而增大。     

并流下行循环流化床反应器的气固传热模型

提出了并流下行循环流化床反应器气－固传热模型,并采用稳态传热的实验方法,测定了并流下行循环流化床反应器中,不同操作条件下,轴向颗粒温度分布及气,固相进,出反应器的温度,进而利用Matlab工程数据处理软件回归求得模型参数即气－固轴向截面传热系统及表观传热和的值,并由实验结果回归得到模型参数与操作条件的经验关联式。     

大颗粒流化床内压力波动现象的仿真研究

应用离散颗粒模型对大颗粒气固两相流化床系统进行了仿真研究 ,在完全流态化条件下对压力波动现象进行数值模拟。结果表明 ,压力波动的范围和频率与流化床内两相运动状态密切相关。随着床内颗粒相湍动的加剧 ,压力波动不断加剧 ,床内压降随表观气流速度的增加略有减少。对大颗粒流化床压力波动的模拟为进一步研究流化床稳定操作提供了有力的依据     

大颗粒流化床内压力波动现象的仿真研究

应用离散颗粒模型大颗粒气固两相流化床系统进行了仿真研究，在完全流态化条件下对压力波动现象进行数值模拟。结果表明，压力波动的范围和频率与流化床内两相运动状态密切相关，随着床内颗粒相湍动的加剧,压力波动不断加剧，床内压降随表观气流速度的增加略有减少。对大颗粒流化床压力波动的模拟为进一步研究流化床稳定操作提供了有力的依据。     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅱ:气固滑移特性

针对加压煤燃烧、气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种上升管内径为0.068 m、高5.2m的加压循环流化床冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1 ～0.5 MPa)下,平均粒径为137 μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒的气固滑移特性.实验结果表明,在固体通量和状态表观气速一定的情况下,随操作压力的增加,上升管内颗粒的表观滑移速度和表观滑移因子逐渐减小,但并未对上升管内的气固滑移特性造成本质影响.与常压情况类似,加压下表观滑移速度、状态表观气速和表观颗粒体积分数之间存在显著的相关性.无量纲滑移速度随表观颗粒体积分数的增加呈幂函数型增加,表观滑移因子随无量纲滑移速度的增加呈指数型增加.     

氧热法电石合成淤浆鼓泡床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石吸热反应和炭燃烧放热耦合特点,本文设计并研究了适用该过程的三相淤浆鼓泡床反应器。采用空气-水-氯化聚氯乙烯（CPVC）模拟物系,实测了不同表观气速、固体颗粒进料量和静液高度下淤浆鼓泡床床层中局部平均气含率、固含率轴向分布和大、小两类气泡的分布。结果表明表观气速越大,局部平均气含率越大;固体颗粒的加入减小了床层局部平均气含率。当Ug在0.136~0.196m/s之间时,固含率轴向分布随表观气速增大趋于均匀;固体颗粒进料量越小则固含率沿轴向分布越均匀。随着表观气速的增加,小气泡含量逐渐增加,大气泡含量逐渐减小;随着静液高度的增加,大气泡含量均是先增大后减小。上述结果表明电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于淤浆鼓泡床中是可行的。     

大型气液固循环流化床中相含率分布研究

试验以水和空气为气液相,煤粉为固相研究了操作条件对直径1m、高9m大型冷模三相循环流化床中相含率轴向分布的影响。采用压降法测定气含率,抽吸取样方法测定床层中固相的局部固体浓度。结果表明,在实验范围内固体颗粒在系统中分布均匀,处于良好流化状态;根据实验提出了预测固体浓度的模型,模型预测与实验数据相符很好,可供反应器实用设计参考。     

活性炭纤维流态化吸附过程的相含率分布特征

在一高1200mm、直径40mm的三相流化床实验装置上,采用压降法和取样法测定了不同操作条件下剑麻基活性炭纤维在床内沿轴向的分布特征,结果表明,在一定液速和气速下,气含率沿床高增加,而液含率及固含率则逐渐降低;一定液速下提高气速,床中的混合程度增大,而一定气速下提高液速,床中的离集(分级)程度增大．该研究成果可为活性炭纤维流态化吸附回收贵金属过程的放大和操作提供依据．     

三相流态化结晶过程中颗粒浓度的轴向分布

在一总高６５０ｍｍ,直径６０ｍｍ的三相流化床实验装置上,采用取样法测定了不同操作条件下二元混合物蔗糖晶体颗粒沿轴向的分布;应用轴向返混模型,得到不同条件下表征颗粒浓度分布的混合系数。结果表明,随气速增加,大、小颗粒的分布更加均匀,但随液速及大颗粒比率增加,均匀程度有所减小。     

单回路循环流化床的压力平衡研究

为保证流化床装置正常运行,循环回路必须有一个适宜的压力平衡关系。在Φ800 mm×12 000 mm流化床装置上,用多点压力测量仪对固体颗粒单循环回路各部分的压力分布进行了实验研究。结果表明,颗粒单循环回路的压力平衡与装置的运行状态、颗粒的循环量密切相关。整个颗粒的循环回路压力曲线呈“8”字形分布,上部流化器内的压力高于料腿内的压力,下部流化器内的压力低于料腿内的压力。流化速度增大可使颗粒的循环量增加。流化器和料腿内空隙率沿高度的变化趋势是上部大下部小。循环回路的压力分布取决于流化器和旋风管的性质。     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析，并基于滑落速度与空隙率的线性关系，建立了立管内气相速度的计算模型，给出了气体流量与相关参数的关联式。分析结果表明，负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和入口端下行颗粒夹带的气体。气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响，存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率GSC。当颗粒质量流率GS〈GSC时，流态是稀密两相流态，气体上行，成分是上行的流化风；GS〉GSC时，流态是浓相输送流态，气体下行，成分是下行颗粒夹带的气体，这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大。模型计算结果与实验数据一致。     

湍动流化床内相间传质系数的测定

本实验在φ２００ｍｍ的流化床中，以ＦＣＣ粒子作为流化颗粒，采用示踪气与流化气从床底分相并流输入的示踪方式，并利用气相色谱仪中的热导池对流化床内的示踪气进行连续取样分析，测定了湍动流化床内不同表观气速下的相间传质系数。实验结果表明相间传质系数随轴向位置的变化较大而随径向位置的变化较小，且其值随表观气达的增大而增大。     

汽-液-固多管循环流化床蒸发器中固体颗粒的分布

为研究三相循环流化床蒸发器加热管束内固体颗粒的分布规律,设计并构建了汽-液-固透明多管循环流化床蒸发系统.利用CCD图像采集和数据处理系统,研究了液体循环流量、热通量、颗粒加入量及颗种类等参数对于加热管束中固体颗粒分布的影响.结果表明：随着液体循环流量、热通量和颗粒加入量的增加,颗粒分布的不均匀度降低;而随着颗粒沉降速度的增加,颗粒分布的不均匀度增大.研究结果为进一步解决固体颗粒在加热管束中良好分布的问题奠定了基础.     

过热蒸汽流化床制备粒状磷酸一铵成粒条件实验研究

在底部直径为120mm的锥形流化床中,以过热蒸汽为流化介质,研究了流化氨化造粒制备粒状磷酸一铵的成粒条件。实验考察了喷淋密度、床层温度及流化气速等因素对成粒过程的影响,分析了磷酸一铵颗粒层式生长与团聚生长的机理,并给出了两种生长成粒的操作条件。     

液固两相流动系统中固体颗粒浓度和速度的CCD测量

为了研究液固两相流动系统中固体颗粒的浓度和速度随操作条件的变化,开发了适用于液固两相流动体系的电荷耦合器件(CCD)测量系统,该系统可在高空隙率和较宽液速范围内准确测量固体颗粒的速度与浓度,利用该CCD测量系统,对冷模(多管)循环流化床的分布板设计和冷模(单管)液固循环流化床的两相流动特性进行了研究。系统中采用的CCD单场测量方法可用于粒子高速运动情况,测得的颗粒最高运动速度为1．5m／s,测量精度高于奇偶两场的测量精度。