循环流化床L阀返料特性研究

在循环流化床中以不同粒径的聚苯乙烯颗粒作为冷态实验物料,分别研究了L阀水平段长度、颗粒粒径、充气点位置和立管高度对L阀排料的影响规律。实验结果表明:L阀水平段长度越长,颗粒流动越不稳定,达到相同的质量流率所需的充气量越高;L阀更加适合作为较大粒径颗粒的返料装置,并且颗粒粒径越大,达到相同的质量流率所需充气量越大;在满足立管压降的基础上,适当地提高充气点位置更有利于颗粒流量的稳定调节;立管高度越高,在相同充气量下,L阀的返料速率越大。在满足设计要求的前提下立管高度越高、充气点位置适当提高和采用较短的水平段都有助于提高L阀排料速率和操控的稳定性。     

基于钙链制氢的双流化床气固流动特性

钙链制氢是一项新颖的制取富氢合成气技术,由此设计并搭建了一套双流化床反应器,该反应器由气化反应器、煅烧反应器、碳酸化反应器、旋风分离器、立管和流动密封阀组成。采用两种不同粒径的白刚玉,研究了该双流化床反应器的气固流动特性,研究了物料总量、颗粒粒径、L阀、气化反应器和煅烧反应器的风速对固体流率的影响,固体流率随着L阀和气化反应器风速的增加而增加。同时研究了L阀风量与固体流率之间的关联式,通过量纲分析和多元线性拟合,得到了它们之间的回归方程,研究结果表明：实验结果和拟合结果吻合得比较好,可以较好地反映L阀风量与固体流率之间的关系。     

带翼阀旋风分离器料腿内静压分布试验研究

在φ800mm×12000mm流化床试验装置上,用多点压力测量仪测量料腿内的静压分布。试验结果表明,二级料腿内气固两相流的流态一般由入口旋转段、稀相下落段和下部密相段3部分组成,料腿内的料封高度随料腿两端负压差的增大而升高,颗粒质量流率对轴向空隙率影响明显,翼阀浸没在密相床时颗粒流动稳定性和流动失流化的机会都增加。     

循环流化床二次风射流及床料粒径对流化特性的影响

NOx的生成控制与流化床流化特性及气固流动有关,而冷态试验能更直观地反映气固流动状态和流化效果,因此冷态试验的研究结果可为流化床脱硝反应热态试验的参数选取提供参考。前人研究大多使用窄筛分床料颗粒,且较多针对传统的墙式布置二次风,鲜有学者综合研究中心布置二次风的穿透性能及其对炉膛流化特性的影响。因此,在循环流化床冷态试验台上,研究了中心布置二次风和宽、窄筛分的床料对流化特性的影响,采用无量纲剩余温度、物料循环流率和表观颗粒体积分数来定量描述二次风穿透性能、物料循环效率和颗粒浓度的分布。结果表明:喷射高度附近的颗粒浓度会随二次风射流增大而增大。二次风喷射高度为15 cm时,在35 cm以下的密相区,二次风占比越大,颗粒浓度的增长越明显。增大二次风占比、提高二次风射流的速度、提高二次风射流的喷射位置等可以有效提高二次风射流的穿透性能。其中,当二次风喷射高度距炉膛底部5 cm处,射流穿透率为0.4;喷射高度为15 cm时,射流穿透率为0.84;当喷射高度继续上升10 cm后,射流穿透率达到1.0。造成这个现象的原因是越靠近炉膛底部,床料颗粒的浓度越大,二次风所受的阻力急剧增加。随着窄筛分床料的平均粒径减小,炉膛整体的压降上升,且压降会在炉膛更高位置趋于平稳,物料循环流率也随之提高。这说明更多的颗粒能够随流化风的扬析被带到炉膛外,进入分离器参与炉外循环。与窄筛分床料不同的是,床料组分中,细颗粒占比也决定了宽筛分床料的炉膛压降、颗粒浓度分布和物料循环流率等参数。细颗粒占比越高,炉膛压降和物料的循环流率越大。宽筛分中,平均粒径大的床料颗粒浓度分布和物料循环流率不一定小,这是由于试验风速下,300μm颗粒更易随流化风的扬折作用,被携带至炉膛出口。这部分细颗粒占比越高,造成颗粒浓度分布和物料循环流率越大,而粗颗粒更倾向于聚集在炉膛底部。     

循环流化床返料阀结构对循环流率动态响应特性的影响

循环流化床锅炉燃烧技术是一种洁净煤燃烧技术,其应对负荷变化的灵活性未来会得到更多的关注。但目前对于负荷变化的研究集中于调峰策略优化,缺乏提升CFB本身变负荷速率的影响因素研究。在CFB锅炉负荷变化时,循环流率也随之变化,并达到新的平衡态,而返料阀的结构是循环流率的重要影响因素。因此,为了研究CFB锅炉变负荷响应速率的影响因素,基于CPFD方法对某75 t/h循环流化床锅炉立管及返料阀内在循环流率变化时的流动行为进行模拟,研究不同返料阀结构对循环流率变化的响应速度。结果表明,在立管远离回料阀侧及回料阀水平横段底部存在一定的流动死区,返料阀及立管内物料仅在较小的区域内有较大的移动速度。当循环流率增加时,较小的颗粒移动区域限制了其达到更大流量平衡的时间,减弱了系统变负荷的响应速率。在松动风、流化风分别为0. 14和0. 30 m/s,循环流率从50 kg/(m~2·s)提升到60 kg/(m~2·s)时,随着水平横段长度的增加,系统响应时间先急剧减小后缓慢上升;返料阀水平横段长度与立管直径之比为3. 5时,最短响应时间为67 s。保持流化风量不变并改变松动风大小,系统响应时间随松动风量的增加而减小,但不同返料阀结构下系统响应时间的规律相似。返料阀对循环流率变化的响应速度与返料阀内的流动死区大小密切相关。     

提升管与双流化床耦合的全循环气固流动模拟

多床耦合装置可实现不同的化学反应过程和温度匹配,为了理解多床的调节特性和稳定运行范围,采用数值模拟对提升管耦合双流化床的气固流动行为进行了研究。固体循环流率通过上下2个L阀充气进行控制,并且上L阀和下L阀充气量匹配才能保证装置的稳定运行。模拟了多组操作工况,发现稳定运行范围内上L阀和下L阀充气量呈线性匹配关系,固体循环流率也与L阀充气量线性相关,最高达到了564 kg/(m~2·s)。当下L阀充气增大到一定值时,气体会沿下立管上升产生明显气泡,而随着上L阀充气量的提高,上立管中的物料堆积高度明显下降。对各部件压降分析表明,在不同工况条件时下L阀、提升管、上斜管的压降变化较大,而其余部件的压降变化较小。     

连续进出料鼓泡流化床颗粒停留时间分布

针对双流化床气化或双床热解气化工艺中鼓泡床反应器的设计,采用脉冲法研究了Geldart B类固体颗粒在连续颗粒进料和出料的矩形流化床内的停留时间分布(RTD),考察了气速、床料高度、粒径、物料流率等操作参数对RTD的影响. 结果表明,物料流率、床料高度、粒径是影响颗粒RTD的主要因素,而气速则是次要因素. 随物料流率和粒径增加,鼓泡床内颗粒流动向平推流靠近;随床料高度增加,物料在床内的混合更加充分,颗粒流动向全混流靠近. 根据实验结果,推荐采用比理想平推流时间低9%~18%计算平均颗粒停留时间.     

非对称结构气动分配阀调节特性冷态实验

气动分配阀是在循环流化床双回路系统中使用的返料与分流装置,其返料与分流的调节特性直接影响循环流化床双回路系统的运行。通过冷态实验,研究了气动分配阀的各控制风流量以及来料流率对调节特性的影响,结果表明:气动分配阀的调节区域可以划分为截止区、调节区、近饱和区、饱和区,这些区域的调节特性不同;在调节区,通过调节气动分配阀的控制风流量,可改变双侧返料量的比例;在低于单侧最大返料流率时,各侧返料流率随来料流率的增加而线性增加。     

内构件对移动床内颗粒物料流动特性影响的离散模拟

针对煤热解移动床反应器中需保证颗粒物料呈整体流流动状态的设计需求,采用离散单元法模拟了闭合型(圆形、三角形)和非闭合型(八字形)3种不同内构件设置对移动床内颗粒物料流动特性的影响.结果表明,闭合型内构件设置下,当系统中形成稳定颗粒流动后,流动区宽度近似等于无内构件条件下流动区宽度与内构件在流动方向上最大投影尺寸的加和;非闭合型内构件设置下,根据内构件安放位置及翅片间距,可形成3种不同的流动结构,当翅片间距等于出口尺寸时,流动区宽度最大.在所考察的参数范围内,存在最优的内构件安放位置(30d)和翅片间距(20d)(d为最大颗粒直径),能使移动床出口处颗粒质量流率显著大于无内构件情况下的颗粒质量流率.     

下行移动床颗粒流动特性冷模试验研究

针对目前大宗固体颗粒余热回收常存在换热不充分、气固流动阻力大、回收得到的余热质量较低等问题,提出了一种气固交叉流动移动床高温颗粒冷却技术方案,并在自行设计的工业级试验装置上利用CFB锅炉炉渣完成了冷态条件下的颗粒流动特性试验研究。通过取样与高速摄影仪拍摄相结合的方式对颗粒流动特性进行测量,分析讨论了颗粒流通截面尺寸对颗粒流动特性的影响和错流段空截面风速对颗粒流动稳定性的影响。结果表明:直流段截面中部颗粒下行速度基本一致,在忽略边壁影响的条件下,计算得到直流段正面和侧面流动指数M_(F1)均大于0. 3,认为直流段颗粒流动为整体流状态;通过对不同位置颗粒取样,发现各取样点颗粒的质量分数最大相差约14. 4%,在实际工程中可认为扩大段颗粒整体流动均匀,但不同位置的颗粒粒径分布存在差异;随着横向风速的增大,颗粒携带速率增大,流过下行移动床的水平风速不能超过1. 45 m/s。