湿颗粒的振动流化特性实验研究

在床体尺寸为140 mm×70 mm×600 mm的振动流化床中开展了湿颗粒振动流化特性实验,研究了振动强度Γ(0~1.2)、含液量W(0~6.8%)、粒径dp(1.0~2.6 mm)对D类湿颗粒振动流化特性(流型、床层压降、最小流化速度)规律的影响.结果表明:湿颗粒振动流化床可以显著改善床层内的沟流现象,使流化更稳定.降速过程中,固定床阶段湿颗粒振动床床层压降ΔP明显大于湿颗粒普通流化床压降,而在第2流化阶段两者压降相近;同时,湿颗粒振动流化床压降随含液量的增加先降低后增加.在湿颗粒振动床中,随着振动强度的增大,最小流化速度减小;随着含液量上升,最小流化速度先增加后下降;随着颗粒粒径的增大,最小流化速度增加.最后得出了D类湿颗粒振动流化床最小流化速度的计算关联式.     

布风板孔径对流化特性影响的数值模拟及试验

 采用双欧拉流体模型与颗粒流动理论相结合的方法,对3 种不同孔径布风板下颗粒流化效果进行数值模拟,获得颗粒的流态化特性。同时通过流化床反应器冷态实验,验证了孔径对流态化特性曲线的影响。结果显示,在1、2、3 mm 孔径的布风板中,孔径越小,最终压力降越大,同时临界流化气速越低;1 mm 孔径下床层的膨胀较为显著,流化床中气泡所含固体体积分数较低,且漏料最少,同时减小孔径有利于颗粒做规律性的循环运动,从而促进物料混合;流化稳定后,在静床层高度以上的位置上,颗粒体积分数随着高度的增加而迅速下降,且1 mm 孔径的下降趋势最平缓,颗粒分布较均匀;颗粒在流化床内的径向分布为典型的环-核结构,且孔径越小,核区的颗粒速度越低,而环区速度越高。     

高碳铬铁粉冷态喷动流化特性试验研究

设计了喷动流化床试验装置,研究了不同物料粒径和物料质量的高碳铬铁粉冷态喷动流化特性,考察了最大床层压降、最小喷动流化速度、床层空隙率与物料特性之间的变化关系。试验结果和分析计算表明,在同样条件下,高碳铬铁粉在喷动流化床中的起始静床层高度大于最大喷动床床层高度时,物料才具有典型的喷动流化特征;物料密度、物料粒径是影响喷动流化形态的主要因素;最大床层压降随物料质量、物料密度的增加而增大,随物料粒径的增加趋于增大;最小喷动流化速度均随物料质量、物料粒径的增加而增大;床层空隙率随喷动流化气体流量的增加而增大,物料质量对粗颗粒物料的床层空隙率影响较大,对细颗粒物料的床层空隙率影响较小。根据高碳铬铁粉的冷态喷动流化特性和形态变化,得出了高碳铬铁粉混合物料的喷动流化床操作相图。     

固废流化床异型颗粒与床料共流化特性

建立了截面0.2 m×0.2 m、高1.2 m的固体废弃物流化床冷态实验装置,选取4种形状、尺寸和密度差异较大的异型颗粒模拟固体废弃物,床料为粒径0.18 mm的石英砂.采用压力信号和快速CCD图像分析相结合的方法,重点考察了不同种类和比例的异型颗粒与床料共流化时的压降特征、流动结构和最小流化速度,并提出了该体系最小流化速度的新关联式.结果表明,异型颗粒与床料共流化时,升速压降曲线波动大且易低估最小流化速度,而降速压降曲线较为平滑,类似纯床料流化,可用于确定最小流化速度;最小流化速度随异型颗粒体积比和特征密度的增大而增大,与静止床高变化无关.关联式的预测值与实验结果及国内外其他一些研究者的实验值吻合得较好,平均相对误差为14.7%,可适合于多种类异型颗粒与床料共流化体系.     

流化床燃烧棉秆与床料的混合特性及混合质量评判标准

论述了10～100mm长度的棉秆与弱酸性床料的混合流化特性,研究了棉秆长度、床料粒径、配比和流化风速等因素对混合均匀程度的影响.试验结果表明:长度100mm以下特别是50mm左右的棉秆,与粒径为0.6～1mm的床料,在配比为2%(初始质量分数),流化数大于3时,能较均匀地混合流化;但流化数大于7时,混合均匀程度有所降低.棉秆与床料的不同配比对混合均匀程度也有影响,棉秆的质量配比越小,混合得越均匀,所以设计流化床锅炉时流化风速、静止床高要选择合理,否则会影响到密相区的稳定燃烧.提出了秸秆流化床燃烧时,秸秆与床料混合质量的评判标准,并介绍了混合均匀度的概念.在一定的试验条件下,当混合均匀度小于1.4时,秸秆和床料混合比较均匀,能够适合流化床燃烧.     

大颗粒气固流化床内两相流动的CFD模拟

采用欧拉双流体模型和颗粒动力学方法,数值模拟了大颗粒流化床在不同密度、布风装置及曳力模型情况下的气固两相流动,考察了大颗粒流化床流化和流动特点,颗粒体积分率分布,床层压力瞬时变化,床层碰撞比,以及颗粒速度径向和空隙率轴向分布规律.研究结果表明,与直型布风板流化床比较,凹型布风板流化床内的气泡产生快,颗粒横向运动能力强;随着颗粒密度的增大,其在凹型布风板流化床边壁处的速度比中心位置处减小的快;比较3种曳力模型,发现其模拟的轴向空隙率分布和床层压力存在较大差异,且与床层膨胀比实验关联式相比,3种模型预测的值比实验关联式要大一些.通过研究,3个曳力模型中Gidaspow模型相对适用于大颗粒气固流化床的数值模拟.     

导向挡板对催化裂化颗粒湍动流化床流动特性的影响

针对一个具有一层导向挡板的催化裂化颗粒流化床,在500mm×30mm×6000mm的大型二维流化床冷模装置中,考察了湍动流化状态下的气固流动现象、床层密度分布、压力脉动和床层膨胀率,并与自由床中的气固流动规律进行了对比。结果表明：流化床中加入挡板后,其下部将会出现一个低密度区,而在其上部则会出现一个高密度区;挡板的加入将大大降低床层的压力脉动,压力脉动和挡板下方气垫的高度分别在一定程度上反映了挡板对气泡破碎的能力和抑制颗粒返混的能力;相比自由床,挡板床具有较小的起始湍动速度和较大的床层膨胀率。     

基于ARM功率谱分析的喷动流化床压力波动频率特性

在300 mm×30 mm×2 000 mm的喷动流化床煤部分气化试验装置上,采用现代自回归模型(ARM)功率谱分析的方法,系统地考察了喷动气流速、流化气流率、静止床层高度对喷动流化床床层不同位置压力波动主频的影响.结果表明:床层不同位置压力波动的主频随喷动气流速的增大而增大,随静止床高的增大而减小;V型布风板以上床层压力波动主频随流化气流率的增大先增大(Qf/Qmf≤1.0)后减小(Qf/Qmf>1.0),布风板区域内压力波动主频随流化气流率的增大而增大.结合数码CCD图像对结果进行分析,揭示了压力波动主频与床内流动结构的关系,这对于发展喷动流化床技术提供了新的研究方法.     

流化床内气粒两相间传热的萘升华模拟实验研究

在流化床模型实验台上使用萘升华热质类比技术对气粒两相间的传热特性进行了实验研究。实验考查了流化床床料重量、流化风风速和床料平均粒径对气体与颗粒间换热的影响，实验结果表明。在其它条件相同的情况下，流化床内气体和颗粒两相之间的表观传热传质系数随着流化风速的加大和床重的增加而增大，随着床料颗粒粒径的增加而减小。     

气固流化床中气泡分布的实验研究

用摄像法研究了二维气固流化床的气泡行为,特别是气泡密度的分布规律.开发了针对摄像法研究气泡的数据处理方法,分析比较了布风板、颗粒直径、流化速度、床层高度对气泡分布密度的影响,并与模型计算结果进行了对比,得到气泡分布密度的变化规律.结果表明,气泡分布密度沿床高是不均匀的,存在气泡聚集现象;同一种颗粒在固定床高位置,气泡分布密度随流化速度的变化很小,基本保持稳定.     

循环流化床锅炉气固两相流动特性的试验研究

对影响循环流化床气固两相流动特性的因素进行了试验研究。结果表明,在循环流化床内存在着两个界限很明显的区域:下部的密相区和上部的快速区;在快速区内部分颗粒均匀地悬浮在上升气流中,另一部分形成颗粒团,它在循环流化床内作剧烈的上下运动,使床内颗粒浓度分布比较均匀;循环流化床内,床层密度在底部较大,风速增加,床层密度下降。     

木屑-石英砂喷动流化床内流动特性研究

为了开发喷动流化床生物质裂解反应器,建立了一内径为150mm的有机玻璃冷模实验装置,在室温下进行了生物质(木屑)和石英砂混合物在喷动流化床内的流动特性研究。考察了木屑、木屑与石英砂混合物的喷动流化现象。结果发现在喷动流化床其它条件相同时,床层中相同的木屑量,随石英砂量的增加,木屑的循环量减少;而相同的石英砂量,随木屑量的增加,石英砂的循环量增加。最小流化速度实验值与计算值相比略小但相差不大,可用Ergun公式预测床层的最小流化速度,但不能用Muthur公式来预测最小喷动速度,这是由木屑与石英砂颗粒混合物的性质和床层结构特性决定的。随着喷动气速和流化气速的改变,可观察到床内粒子表现出八种不同的流动状态：固定床区、流化床区、局部喷动床区、流化一局部喷动床区、喷动床区、喷动流化床区、喷动垂直输送区、喷动流化垂直输送区。     

出口结构对循环流化床锅炉床内轴向密度的影响

针对目前工业循环流化床锅炉存在的主要问题(床温控制、细颗粒的停留时间及气固横向混合)及其工程对策的缺陷,用试验方法探索利用改变出口结构来增加颗粒的内循环;研究了多种循环流化床的出口几何结构在不同操作条件下对床内流动特性的影响机理。试验表明,循环流化床锅炉出口几何结构对床内轴向密度的影响很大,选择合理的出口几何结构,可以在循环流化床锅炉运行条件范围内增强床顶部甚至全床的床密度,增强颗粒的内循环,从而增加颗粒在床内的停留时间。     

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×12000 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.     

出口结构对循环流化床锅炉床内轴向密度的影响

针对目前工业循环流化床锅炉存在的主要问题(床温控制、细颗粒的停留时间及气固横向混合)及其工程对策的缺陷,用试验方法探索利用改变出口结构来增加颗粒的内循环;研究了多种循环流化床的出口几何结构在不同操作条件下对床内流动特性的影响机理。试验表明,循环流化床锅炉出口几何结构对床内轴向密度的影响很大,选择合理的出口几何结构,可以在循环流化床锅炉运行条件范围内增强床顶部甚至全床的床密度,增强颗粒的内循环,从而增加颗粒在床内的停留时间。     

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。     

内置热流化床煤调湿装置中湿煤的流动特性研究

选取平均粒径为0.82mm的宽筛分烟煤为床料,考察煤中水分(含水率)对煤在小型内热流化床煤调湿实验台中的流动特性的影响.绘制流化床内流化速度与床层高度、床层压降的关系曲线并进行分析.结果表明:煤料的临界流化速度为0.3~0.4m/s;高水分煤料(含水率为16.3%~17.8%的煤)的临界流化速度比低水分煤料(含水率为12.4%~13.7%的煤)的临界流化速度增加了20%,即含水率过高不利于煤的流化;高水分煤在流化过程中甚至出现了腾涌现象,使流化恶化,故应将流化煤料的含水率控制在14%以下.     

新型流化床气溶胶发生装置及其特性

根据气固流态化原理,设计了一种实用新颖的流化床气溶胶发生装置.该气溶胶发生装置可以稳定地输出高粒子数浓度、空气动力学直径小于10 μm的气溶胶颗粒物.应用该装置对燃煤电站锅炉电除尘器粉煤灰进行了气溶胶化实验.实验表明,通过改变流化气体(氮气)流量、待气溶胶化的粉煤灰和青铜珠床料组成的混合物料的给料速率以及流化床床层物料中飞灰的掺混质量比,可以调节流化床气溶胶发生装置输出的飞灰粒子数浓度.测试结果表明:飞灰粒子数浓度呈双峰分布,2个峰值分别位于空气动力学直径为0.01～0.1 μm和0.1～10 μm的范围内;飞灰质量浓度随着颗粒粒径的增大而增加.     

循环流化床临界流化速度的试验研究

为了克服利用经验公式计算临界流化速度的局限性,在以生物质为燃料的循环流化床试验台上进行了冷态状态下床料(石英砂)临界流化速度的试验研究,选取不同的床层高度和不同粒径的石英砂进行分组试验,通过压降一流速图来分析床层高度和颗粒粒度对临界流化速度的影响,结果表明：临界流化速度随着粒度的增大而增大;而在粒度一定的情况下,床层高度的变化不影响临界流化速度值。     

基于递归分析的生物质与惰性颗粒混合流动压差脉动信号混沌分析

将递归图及其定量分析方法应用于双组分流化床流动混沌分析中,对大颗粒生物质(当量直径为5 mm,密度为350 kg/m3)与石英砂(直径为0.4 mm,密度为2 700 kg/m3)在流化床内混合流动的压差脉动信号进行持续10 s的采样提取,并对其进行递归图和递归定量分析。研究结果表明:在鼓泡流状态下生物质颗粒的存在降低床内流动的随机性,增强系统的平稳性。系统的确定性和周期性随着气速的增加而增强。而当气速小于最小流化风速时,床内流动接近固定床状态,递归特征值的变化规律不明显,系统的随机性较强。