【摘 要】
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加压富氧流化床燃烧技术是一种具有良好应用前景的CO_2捕集技术之一,近年来受到国内外的广泛关注。本文开展加压流化床中气固流动特性研究工作,针对加压鼓泡流化床、加压循环流化床,研究了操作压力及流化风速等参数对临界流化风速、气泡特性、气流分布、颗粒分布及运动等方面的影响,为加压流化床的设计和放大提供一定的理论参考。首先,搭建加压鼓泡流化床实验台,研究操作压力(1bar6bar)、流化数等对临界流化风速
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加压富氧流化床燃烧技术是一种具有良好应用前景的CO2捕集技术之一,近年来受到国内外的广泛关注。本文开展加压流化床中气固流动特性研究工作,针对加压鼓泡流化床、加压循环流化床,研究了操作压力及流化风速等参数对临界流化风速、气泡特性、气流分布、颗粒分布及运动等方面的影响,为加压流化床的设计和放大提供一定的理论参考。首先,搭建加压鼓泡流化床实验台,研究操作压力(1bar6bar)、流化数等对临界流化风速、床层膨胀高度、气泡尺寸、气泡上升速度等气固流动特性的影响规律。实验结果发现,随着操作压力的升高,颗粒临界流化风速减小,但是大粒径颗粒的临界流化风速受压力的影响比小粒径颗粒更加明显。随着操作压力的升高,在相同流化数条件下,床层膨胀高度减小,对于大粒径的玻璃珠颗粒,气泡平均尺寸随操作压力的升高而减小,而对于小粒径的玻璃珠颗粒,操作压力对气泡尺寸没有明显的影响,Cai公式计算的气泡尺寸与实验值差别较小。随着操作压力的升高,气泡上升速度减小,依据Shen公式计算出的结果与实验值误差较小。对实验中得到的气泡平均尺寸和气泡平均上升速度进行拟合,得到了在不同操作压力下的实验关联式,随着操作压力的升高,关联式中的比例系数k值减小。其次,利用CFD-DEM模型对加压鼓泡流化床进行了数值模拟,研究了操作压力(1bar、6bar、10bar)及流化数等对床层差压时序信号、气固流型转变速度、气泡份额、气泡尺寸、气泡上升速度、颗粒流率及颗粒混合等方面的影响,并与实验结果进行了比较分析。结果表明,随着操作压力的升高,从鼓泡流态化向湍动流态化转变的风速减小。随着操作压力的升高,气泡尺寸变小但气泡运动更加剧烈,气泡上升速度减小,气泡份额略有下降,气泡流所占的体积分数增大,穿过乳化相气流体积分数的变化较小,穿流的体积分数逐渐减小,同时穿流体积分数随流化数的增加而增大。加压条件下的固体颗粒流率和混合速率均大于大气压条件下的固体颗粒通量和混合速率,这种差异在低流化数时更为显著。最后,搭建冷态加压循环流化床实验台,研究了操作压力(1bar6bar)、流化风速及固体通量等对颗粒浓度轴径向分布、表观气固滑移速度、无量纲气固滑移速度及表观气固滑移因子等方面的影响,并与文献结果进行了比较分析。发现,随着操作压力的升高,为达到相同的固体通量,所需的流化风速显著降低。在相同固体通量条件下,不同操作压力条件下的颗粒浓度沿轴向分布规律较为一致,即颗粒浓度沿轴向分布逐渐减小。当同一轴向位置的颗粒浓度相同时,加压条件下的表观气固滑移速度明显减小。在不同操作压力条件下,表观气固滑移因子随表观气固滑移速度的变化速率随操作压力的增大而减小,表观气固滑移因子与无量纲气固滑移速度间的关系比较相似,表观气固滑移速度均随着无量纲气固滑移速度的增大成指数形式增大。通过对实验数据的统计计算,得到颗粒循环通量与滑移速度、颗粒浓度的间的实验关联式。
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