循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型（英文）

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一：随表观气速的增大，气泡数目增加，气泡体积增大，压力波动增强；气速越高时均压降越大；在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。     

多组分气固射流床流动特性 Ⅱ流型的划分

在３００×５０×２６００ｍｍ的二维射流流化床中,使用压力波动的功率谱分析方法,考察了９种单一、双组分混合物物性因素（粒径、密度）、操作因素（射流气速、喷口直径、静床高度、环隙气量）对射流流化床的三种流型：气泡串、射流、喷流相互转变的影响。结果表明,在较低静床高时,随着射流气速的增大,射流床内流型由气泡串、射流过渡到喷流;而静床高较高时,射流气速增大仅由气泡串过渡到射流。环隙气量增大、粒径增大、密度增大,喷流流型出现较困难,最后得出了流型转变图及转变的定量关系式     

双射流流化床流动特性的研究

在一300×2600mm二维双射流流化床中,采用多路压力信号采集装置,详细研究了射流气速、射流喷口管间距离、静床高度、物性参数对双射流流化床射流流动特性的影响,发现双射流从单独存在到两射流在其射流区内发生射流合并可由压力波动时间序列的功率谱主频和Hurst指数的变化定量确定,结果还表明,双射流流化床管间距减小时,射流在射流区发生合并的射流气速降低;而管间距相同时,静床高变大,射流在射流区发生合并的射流气速也降低;对于相同粒径的固体颗粒,颗粒密度增大使得射流在射流区发生合并的射流气速变大。     

气—固流化床反应器内双流体力学模型及其验证：Ⅳ.单组分两维射流床内气泡特性

模拟了不同操作条件下,单组分两维射流床内射流崩塌后所形成气泡的形状、运动机理、初始尺寸和上升速度。集合前文（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）研究结果表明,在湍流两相流理论基础上建立的“气－固流化床反应器内双流体力学模型”可以很好地分析气固射流床内流体动力学特性,诸如：基本流场变量（气、固相速度场、压力场和空隙率）瞬态变化情况、射流特性（射流发展、射流穿透深度确定方法、射流区气体速度分布和操作条件对射流穿透深度、射流频率的影响等）、时均空隙率分布、时均轴向气体速度分布和气泡特性。由此可见,该方法和思路可以为灰熔聚流化床粉煤气化工艺和其他与流态化技术相关的设计提供必要的信息和有益的建议     

加压流化床流化性质的实验与模拟研究

在二维射流流化床装置中,考察了压力对颗粒和气泡运动的影响规律.通过使用摄像技术详细的记录了压力下气泡的行为,并对其进行了分析,由此解决了较高压力下测量流态化性质较为困难的问题.数值研究通过CFD双欧拉模型模拟了带有V形分布器和中心射流的二维流化床内压力对气泡大小、床的膨胀率和射流深度的影响.实验和理论结果表明,在加压状态下,射流气速和分布板气速对气泡的产生、大小及形状有不同的影响.在较高的操作压力下,射流气速增加,气泡变长;分布器气速增大,气泡则变大;射流高度随着分布器气速的增加而降低.模拟结果与实验数据吻合较好,由此该模型为研究较高操作压力下射流流化床流化性质提供了有利的工具.     

气液并流向上三相流化床流体流动性质的研究

本文研究气液并流向上兰相流化床的一般流体流动性质。阐明了不同性质及粒度的固体颗粒、流化床静止床高、气体及液体的表观线速、气体分布板结构等参数对床层的均匀性、气体及液体滞留量、床层膨胀高度及气泡形态及大小等影响的一般规律。提出了在液固两相流化床中通入气体后,床层膨胀比随着气体速度的增大而变化的规律具有五种不同类型。用气泡上升的平均真实速度V_g/ε_g作为V_g及V_L的函数作图,可以表明气体及液体的表观线速对气体滞留量及气泡大小的影响,并用在流化床上部的照片直观地表明了这一点。最后用关联式将本文数据进行关联,误差在±10%以内。     

气-固流化床反应器内双流体力学模型及其验证Ⅲ.单组分两维射流床内射流特性

在湍流两相流理论建立的双流体力学模型基础上，编写了模拟气、固相流体动力学的ＣＡＳＩＣＣ软件包。本文详细地分析了射流流化床内射流（或气泡）边界的确定方法，模拟了不同操作条件下的射流穿透深度和射流频率，所得结果与前人的经验关联式相吻合。证明了该方法可用来预测灰熔聚粉煤气化及其它与射流床相关工艺的射流特性。     

CFB煤燃烧/热解双反应器中热解室对立管内气固流动特性的影响

考察了循环流化床煤燃烧/热解双反应器系统中热解室的存在对立管内的压力分布及气固流动状况的影响。提升管的内径100 mm、高6 m，立管的内径44 mm、高3 m，热解室的截面积200 mm×200 mm、高770 mm。结果表明，随着提升管内表观气速Ur的增加，有无热解室立管内均为负压差流动，负压差梯度随着Ur的增加而减小。有热解室时，热解室内要保持一定的料位高度，整个立管内固体颗粒的流动为负压差移动床流动；没有热解室时，立管内为稀相流动和移动床流动同时存在，立管内平衡料柱高度随Ur的增加而升高。随着循环量Gs的增加，两种类型的立管内负压差梯度均随之增大，也存在着流动形态的差别。循环量Gs的增加会引起立管内平衡料柱高度的降低。立管内气固相对滑移速度也随着循环量Gs的增加而增大。     

多组分气固射流床流动特性：Ⅰ.压力波动的测试装置与数据处理方法

开发了一套具有多路循环，现场显示功能的压力测试装置。在３００×５０ｍｍ二维气固射流床中采用多组分混合物，对带有喷口的气固流化床的三种流型：气泡串、射流、喷流进行了分段功率谱、压力波动的直方图和概率统计分析的研究。并报导了混合物的功率谱密度图及直方图。     

三相流化床气含率的研究

φstergarrd等一些作者对颗粒留在床层内的三相流化床进行了研究,提出了计算床层相含率及床层膨胀高度的方法。而有关浆液循环的三相流化床迄今报导得很少,且所采用的液速也比较低(<0.3cm/sec)。我们在较宽的液速范围内(1—20cm/sec)进行了气-液-固浆液并流向上和逆流操作的实验,考察了操作形式、表观气、液速、两种固体颗粒和两种固体浓度对床层气含率的影响,并对相应的气、液两相床层进行了观察,以作比较。     

气固流化床内射流特性的研究

采用Brandani等的数学模型模拟了中心射流宽度为0.01m的二维气固流化床(高1.6m、宽0.3m)内鼓泡和射流的瞬态及时均流体动力学特性。一种典型的Geldart B颗粒――砂子(粒径为500mm、密度为2660kg/m3)作为研究的模拟物料。瞬态结果表明，床内射流产生和发展、射流崩塌后所形成气泡尺寸以及全床内的气体速度场和空隙率均存在明显的非对称性，但是由压力信号功率谱密度得到的时均压力特性则有较好的对称性。因此，对于商业化稳定运转的射流床，可以用半床模拟结果近似解释整床特性；然而，在考察射流床的瞬态特性时，半床模拟结果与整床结果存在明显偏差。     

Hydrodynamics in a Gas-Solids Fluidized Bed Using X-Ray Fluoroscopy and Pressure Fluctuation Measurements

In this work, non-intrusive techniques were used to characterize the hydrodynamics in a gas-solids bubbling fluidized bed using polyethylene powder and glass beads of comparable mean diameter (d_p = 360 µm) but different density. X-ray fluoroscopy measurements and pressure fluctuations were performed on a pseudo 2-dimensional gas-solids fluidized bed. Bubble properties were captured from X-ray fluoroscopy measurements. Similarities and differences of flow behavior of the two particle systems were revealed from comparison of bubble properties. Bubble properities normally varied similary with operating conditions for the two particle systems, while bubble sizes for the glass beads system are larger than those for the polyethylene system. Wavelet analysis of pressure fluctuations was applied to investigate the gas and solids phase flow behavior. Multi-scale flow behavior was extracted from the standard deviation of the decomposed coefficient series. Flow behavior due to particles and bubbles of different sizes were captured at different decomposition levels of pressure fluctuations, which is difficult to know from analysis of the original signal. Results extracted from X-ray fluoroscopy and pressure fluctuation measurements were consistent, suggesting that conventional pressure fluctuation measurements can be effectively used for investigation of the bubbling behavior.     

循环流化床煤燃烧/热解双反应器压力分布的实验研究

实验测量了一种新型的循环流化床煤燃烧/热解冷模反应器中提升管及立管内的压力分布，其中提升管的内径为100 mm、高为6 m;立管内径为44 mm、高为3 m，热解室的截面为200 mm×200 mm、高为770 mm。分别考察了提升管内的表观气速Ur、循环量Gs、加到热解室内的松动气量Qa以及初始装料量G等对系统压力分布的影响。结果表明，在立管底部阀门开度不变的情况下随着Ur的增加，提升管及立管内的压力梯度都趋于减小；在提升管内表观气速一定的情况下随着循环量Gs的增加，提升管及立管内的压力分布也随之增大；加到热解室内的松动气对立管内的压力分布影响较大，而对提升管内的压力分布影响相对较小；在立管底部阀门开度及Ur一定的情况下，随着初始装料量的增加提升管及立管内的压力分布也趋于增大。     

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0.3m×0.3m的鼓泡流化床气化炉（BFBG）和内径0.4m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。     

两相流中煤粉的燃烧机理及动力学特征

利用微型流化床动力学分析仪研究了两相流条件下无烟煤粉的燃烧反应机理和动力学特征,并与热重法所得结果进行比较分析。结果表明,当温度大于850℃时,煤粉燃烧机理发生了变化,燃烧气态产物的生成比例也随之改变;当气速大于0.10 m/s时,气体扩散限制基本被消除,煤粉燃烧反应速率主要受界面化学反应控制;煤粉燃烧反应速率随着氧气分压的增大呈幂函数形式增长,且氧气分压对煤粉静置燃烧的影响更加显著。煤氧两相流燃烧的表观活化能与静置燃烧相比降低了49 kJ/mol,相同温度条件下两相流燃烧的界面化学反应阻力也明显小于热重法测试结果。     

热煤气脱硫工艺基础特性研究

本文介绍了在加压流化床脱硫间歇试验装置上进行的热煤气脱碱工艺基础性研究结果，利用美国ＵＣＩ公司制备的高温钛酸锌脱硫剂研究了反应温度，压力，气体速度等因素对煤气脱硫过程的影响；     

Measurement of mixing time and holdup of solids in gas–solid fluidized bed using radiotracer technique

Mixing times and holdup of solids were measured in a gas–solid fluidized bed using radiotracer technique. Sand and air were used as solid and gas phase, respectively in the fluidized bed. Gold-198 labeled sand particles were used as radiotracer for mixing time measurement at different operating conditions and ¹³⁷Cs sealed source was used for holdup measurement at different axial and radial positions. The experiments were conducted at different operating conditions. The measured mixing times ranged from 1.4 to 21 s at different conditions. It was observed that at a particular bed height, the mixing time initially decreases with increasing gas velocity and tend to become constant at higher gas velocities. However, mixing time increases with increasing bed height. The holdup fraction of solid was found to be more towards the wall compared to the centre of the column. The study provided inputs to improve the existing design, design of a new system and scale-up of the process.