片状颗粒在流化床内流化特性实验研究及数值模拟

发布时间：2017-09-28 14:33

  本文关键词：片状颗粒在流化床内流化特性实验研究及数值模拟

  更多相关文章： 循环流化床锅炉 片状颗粒 床层压降 临界流化速度 数值模拟

【摘要】：目前,化石能源消耗持续增加,我国的减排压力形势严峻。越来越多的非常规燃料用于锅炉燃烧,如油页岩、生物质及生活垃圾等,其储量丰富极为丰富,发展潜力巨大。循环流化床燃烧技术(CFBC)具有良好的燃料适应性、低温燃烧、低SO2、NOx排放等优点,为油页岩燃烧、生物质燃烧及垃圾焚烧等技术注入了新的活力。但是与煤不同的是,这些固体燃料颗粒破碎或挤压成型后往往呈片状或针状,颗粒球形度较差,燃烧中容易出现沟流等流化不良现象,影响燃料燃烧。本文在一小型冷态流化床实验台上,研究了不同粒径、密度及布风板形式对片状颗粒流化特性的影响,并采用双流体模型对颗粒在流化床内的气固运动特性进行了三维数值模拟,数值模拟结果与实验现象吻合良好,证明了所选模型的正确性。研究得到的结论如下:通过冷态实验研究发现:实验测得临界流化速度能够与Wen-Yu关联式计算数据很好的吻合,并通过实验数据拟合出适合计算片状颗粒临界流化速度的实验关联式;15°∧型布风板能够增强颗粒横向扩散,改善沟流等流化不良现象;15°∧型布风板临界流化速度较其余布风板小;∧型布风板在近壁处形成内旋流,颗粒浓度达到峰值,颗粒易向一侧聚集,倾角越大,这种趋势越明显,越容易造成翻床现象;因此,倾角较小的∧型布风板能够有效改善片状颗粒流化不良现象。通过数值模拟发现:模拟的床层压降值与实验值吻合良好,说明了非球形颗粒曳力模型的准确性;片状颗粒在流化床内径向分布呈中心区域低,边壁区域高的“环-核”流动结构;颗粒的轴向速度分布呈中心区域速度为正颗粒向上流动、壁面区域速度为负颗粒向下的内循环流动结构;在相同工况下,球形颗粒的床层膨胀高度要明显小于片状颗粒;粒径越大的颗粒,越容易在底部沉积,粒径越小的颗粒,在中心区域的扬析量也越大。15°∧型布风板下气泡从中心区域产生,15°∨型布风板下气泡在两侧区域产生;15°∨型布风板下颗粒速度分布趋势不明显,床内内循环流动现象不强烈;颗粒在30°∧型布风板下不再出现“环-核”流动结构,颗粒沉积在炉膛左侧区域,流化质量差。
【关键词】：循环流化床锅炉 片状颗粒 床层压降 临界流化速度 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.13
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题背景与意义10-11
• 1.2 循环流化床锅炉燃烧技术11-13
• 1.2.1 流态化技术11-12
• 1.2.2 循环流化床燃烧技术12-13
• 1.3 燃用非常规固体燃料的流化床技术发展现状13-19
• 1.3.1 流化床燃用油页岩技术13-14
• 1.3.2 流化床燃用生物质技术14-15
• 1.3.3 流化床燃用垃圾技术15-16
• 1.3.4 非球形固体燃料颗粒研究现状16-19
• 1.4 主要研究内容19-20
• 2 实验装置与结果分析20-35
• 2.1 实验装置与方法20-25
• 2.1.1 实验系统20-21
• 2.1.2 测量方法21-23
• 2.1.3 实验步骤23
• 2.1.4 相似性分析23
• 2.1.5 实验物料23-25
• 2.2 实验结果及分析25-33
• 2.2.1 临界流化速度25-27
• 2.2.2 布风板形式对流化特性的影响27-30
• 2.2.3 布风板倾角对颗粒流化特性的影响30-32
• 2.2.4 布风板倾角对颗粒浓度分布的影响32-33
• 2.3 本章小结33-35
• 3 流化床内气固两相流动数学模型35-41
• 3.1 气固两相流模型35-36
• 3.1.1 拉格朗日法35
• 3.1.2 欧拉法35-36
• 3.2 颗粒动力学理论模型36-39
• 3.2.1 双流体模型基本方程36-37
• 3.2.2 颗粒相的封闭37-38
• 3.2.3 气固两相的封闭38-39
• 3.3 湍流模型39-41
• 4 片状颗粒气固流化特性三维模拟及分析41-59
• 4.1 模型建立及参数设置41-44
• 4.1.1 模型的建立与网格化分41-42
• 4.1.2 模型选择42
• 4.1.3 定义材料42-43
• 4.1.4 流场计算方法43-44
• 4.1.5 模拟工况44
• 4.2 模拟结果分析44-57
• 4.2.1 床层压降结果与实验结果对比44-45
• 4.2.2 片状颗粒流化特性45-47
• 4.2.3 片状颗粒与球形颗粒流化特性比较47-49
• 4.2.4 不同物料片状颗粒流化特性比较49-51
• 4.2.5 布风板形式对片状颗粒流化特性的影响51-54
• 4.2.6 ∧型布风板倾斜角度对片状颗粒流化特性的影响54-57
• 4.3 本章小结57-59
• 5 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-68
• 附录68
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文68
• B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 倪学梓;;对流动粒子炉风帽式布风板特性的计算[J];工业炉;1981年03期

2 胡仁勇;齐后贵;;沸腾炉风帽型布风板改造成板帽结合型布风板[J];小氮肥设计技术;1988年04期

3 朱广现;殷德威;郭永霞;;对锅炉布风状况的研究及探索[J];山东煤炭科技;2006年01期

4 倪学梓;王立;冯世忠;冯旭;;燃气流化床半预混金属风帽式布风板[J];钢铁;1990年03期

5 李生军;流化床布风板的阻力分析和计算[J];有色金属(冶炼部分);1995年03期

6 李荫堂,张西民,张永照;采用切圆射流及旋流布风板改进鼓泡床行为[J];化学工程;1989年03期

7 胡坤后,王胜斌;循环流化床锅炉布风板结构[J];石油化工设备技术;2004年02期

8 李永恒;;湖南省衡山县氮肥厂技术动态二则[J];氮肥技术;1986年06期

9 李慧;王飞;马新辉;;流化床冷模布风板数值模拟研究[J];化工科技;2014年04期

10 罗聿训;程懋圩;罗家骏;;石墨流动粒子炉的几个技术关键[J];太原工学院学报;1980年02期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 胡坤厚;;75t／h循环流化床锅炉布风板结构及其完善[A];湖北省石油学会第十一次优秀学术论文评选会论文集[C];2004年

2 胡坤后;杨帆;;75t/h循环流化床锅炉布风板结构及其完善[A];以石油焦/煤为燃料的大型CFB锅炉优化与环保技术研讨会论文集[C];2005年

3 段钰锋;梅志林;赵长遂;陈晓平;;V型布风板射流流化床煤气化数学模型[A];江苏省能源研究会第八届学术年会论文集[C];2000年

4 杨新;田铂;;锥型布风板内循环流化床颗粒循环特性研究[A];全国第八届电站锅炉专业技术交流年会论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 蔡容容;流化床中重质大颗粒运动规律研究[D];清华大学;2014年

2 张健平;油菜籽流化床干燥传热传质特性与布风板结构参数优化的研究[D];中国科学技术大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 范金龙;大型循环流化床风帽阻力特性和布风板布风均匀性研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2015年

2 张小卫;褐煤流化床干燥器布风板的数值模拟与结构优化[D];中国矿业大学;2015年

3 朱沈瑾;布风板结构对煤气化流化床流动特性的影响研究[D];浙江工业大学;2015年

4 沈贤锋;片状颗粒在流化床内流化特性实验研究及数值模拟[D];重庆大学;2016年

5 赵弦;循环流化床布风板的冷态模化试验及数值模拟[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2005年

6 王文仲;循环流化床锅炉风帽及布风板的实验与数值模拟研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2009年

7 杨新;锥形布风板内循环流化床颗粒循环流率的研究[D];华北电力大学;2013年

8 张志才;锥形布风板双流化床颗粒循环流率实验及模型预测研究[D];华北电力大学;2014年

9 冯冰潇;循环流化床锅炉布风板风帽特性及炉膛传热的研究[D];上海交通大学;2007年

10 闫科委;侧缝可调风帽型流化床布风板实验研究[D];华中科技大学;2009年

，

本文编号：936394