冷态双流化床气固流动电容层析成像测量及CPFD数值模拟研究
发布时间：2021-01-20 15:14
煤气化工艺可以实现煤的清洁高效利用,在能源领域具有十分重要的地位,流化床作为众多种类的煤气化装置之一,由于结构简单,操作容易,处理温度适宜,煤种适应性强的诸多优点,得到了广泛的应用。双流化床气化技术是在流化床基础上的延伸和改进,将燃烧和气化过程分别在两个不同的反应器内进行,可以实现燃料的梯级利用及提高合成气的品质。双流化床有很多种分类,其中循环流化床作为燃烧器,鼓泡床作为气化器的双流化床,由于有良好的产热传质效果以及高的气化效率,而得到工程界和学者们的广泛关注。同样相比于单一流化床,双流化床内的气固流动特征更为复杂,为了保证系统的稳定运行和对过程进行有效的调控,需要对系统内部复杂的气固流动进行实验测量和机理研究。过程层析成像技术,作为一种可视化技术,具有非侵入、能够提供实时测量结果的优点,可以与传统的单点测量技术相结合,对流化床进行过程监控。本文结合电容层析成像（ECT）技术和压力测量手段研究双流化床内的气固流动。搭建了一套带有上下U阀、气化器为鼓泡床、燃烧器为循环流化床的实验室尺度双流化床。在提升管底部、鼓泡床底部以及下U阀返料室分别布置了ECT传感器,同时,在全循环回路上布置了12...
【文章来源】： 罗占 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Winkler流化床的概念图[82]
冷态双流化床气固流动电容层析成像测量及CPFD数值模拟研究4只有热量的交换，这样的好处是气化产物和燃烧产物不会相互混合，而且不会增加操作难度，这种方案也被学者称为间接式双流化床，这类方案的缺点是，在气化器内部布置的大量热管等导热设备，会破坏原本的流化床状态，而且热管容易被粘附，由此降低传热效率；图1.2间接双流化床原理图[82]Figure1.2TheprincipleofindirectlyconnectedDFBG第三种方案则是将两个反应器连接起来组成直接双流化床，这种方案的好处是，两个反应器之间存在热量和物质的交换，不会破坏原本气化器内的流动，这种方案能将气化的三个步骤分开在两个反应器内进行，其中一个反应器为另一个提供热量，这样能提高燃料的利用率，另外也可以得到高热值、高纯度的气化产物。在这三种方案中，第三种方案实际操作性高，在工程领域得到较好关注，是传统意义上被公认的双流化床，这也是本研究的重点。在以下几个部分，将进一步总结双流化床的分类，给出双流化床的原理，总结双流化床的研究现状等方面的内容。1.2.2双流化床原理在本小节将给出以蒸汽为气化剂的直接连接式双流化床的工作原理（见图1.3），此类双流化床将热解和气化与燃烧分开在气化室与燃烧室内进行，两个反应区域之间则通过上下连接管连接，具体的工作原理如下：将煤粉（一般在0-8mm范围）或经过细化处理后的生物质通入到气化室，此时将过热蒸汽通入到气化室与煤粉或生物质发生气化反应（裂解反应或部分气化），生成的合成气流出气化室进入后续工艺，未反应的燃料或气化残余物（焦炭、半焦）则随着床料一起通过下连接进去燃烧室进一步与通入的空气发生燃烧反应（一般在燃烧室需要通入辅助燃料），生成的燃烧气进入下一步工艺，被加热的床料则再次进?
第1章绪论5置非机械阀（L阀或U型阀）。此类双流化床成功解决了单一流化床燃料反应不充分燃料利用率不高的缺点，从而得到广泛的关注。图1.3直接接触式双流化床原理图Figure1.3Theprincipleofdirect-connectedDFBG1.2.3双流化床的分类根据不同的分类标准双流化床可以有不同的分类，根据两个反应器之间是否有物质的直接交换，可以分为直接接触式双流化床和间接式双流化床，间接式双流化床最大的优点是两个反应器之间相对独立，从而降低了操作难度。实际运行过程中，导热热管需要深入到气化室密相区，由于气化室内燃料颗粒的运动而受到磨损，甚至被焦油等粘附，从而降低导热热管的使用寿命，并降低传热效率。相对而言，直接接触式双流化床气化室内则是自然流化状态，但是这类双流化床的操作难度很大，这只要是因为在实际运行时需要维持两个区域内正常流化，还要保证两个区域之间的物质与热量的正常交换，在此基础上追求较好的气化效率。早上世纪初工程师和研究人员就开始了这类双流化床的研究，用于不同的气化工艺，针对这类双流化床还可以继续进行分类。1.2.3.1按反应区域内流动状态划分如1.1所述，根据直接接触式双流化床反应区域内气固流态不同，可以有四种组合，如图1.4所示。截止到目前，大部分的组合都已经成功地应用到双流化床技术的设计。在1970s，美国就采用了图（c）的组合方式，即气化器和燃烧室均为高速气力输送器，设计了一套双流化床用于FERCOSilvaGas工艺，采用的气化材料主要是生活垃圾和生物质。在这之后，日本的Ebara公司，将图（b）的组合方式申请了专利，并设计出了相应的双流化床。图（d）的组合，气化器为低速密相流化床，燃烧器为高速气力输送器，这种双流化床在1992年之前，就已经出现在专利内，而在澳大利亚，
【参考文献】：
期刊论文
[1]流化床-气流床耦合反应器中煤气化特性[J]. 陈晓辉,贾亚龙,冯杰,房倚天,李文英. 化工学报. 2011(12)
[2]压力对湍动循环流化床煤气化的影响分析[J]. 段锋,金保升,黄亚继,李斌,孙宇,章名耀. 东南大学学报(自然科学版). 2010(02)
[3]循环流化床煤气化平衡模型研究[J]. 张荣光,那永洁,吕清刚. 中国电机工程学报. 2005(18)
[4]电容成像图像重建算法原理及评价[J]. 彭黎辉,陆耿,杨五强. 清华大学学报(自然科学版). 2004(04)
[5]电容层析成像的BP网络重建[J]. 蔡芹,马宁,苏祥芳,王延平. 武汉大学学报(自然科学版). 1997(01)
博士论文
[1]流化床颗粒制备过程层析成像测量与优化研究[D]. 车汉桥.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]循环流化床双床煤气化工艺试验研究[D]. 于旷世.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[3]电阻抗（ECT/ERT）双模态层析成像技术研究[D]. 何永勃.天津大学 2006
[4]常压循环流化床煤气化试验与模型研究[D]. 张荣光.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2005
硕士论文
[1]气液两相流电容层析成像研究[D]. 梁士国.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]真三维ECT图像重建技术研究[D]. 宁秀坤.沈阳工业大学 2011
[3]ECT/ERT双模态阵列电极优化设计及其正问题研究[D]. 汪婧.天津大学 2008
本文编号：2989277
【文章来源】： 罗占 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Winkler流化床的概念图[82]
冷态双流化床气固流动电容层析成像测量及CPFD数值模拟研究4只有热量的交换，这样的好处是气化产物和燃烧产物不会相互混合，而且不会增加操作难度，这种方案也被学者称为间接式双流化床，这类方案的缺点是，在气化器内部布置的大量热管等导热设备，会破坏原本的流化床状态，而且热管容易被粘附，由此降低传热效率；图1.2间接双流化床原理图[82]Figure1.2TheprincipleofindirectlyconnectedDFBG第三种方案则是将两个反应器连接起来组成直接双流化床，这种方案的好处是，两个反应器之间存在热量和物质的交换，不会破坏原本气化器内的流动，这种方案能将气化的三个步骤分开在两个反应器内进行，其中一个反应器为另一个提供热量，这样能提高燃料的利用率，另外也可以得到高热值、高纯度的气化产物。在这三种方案中，第三种方案实际操作性高，在工程领域得到较好关注，是传统意义上被公认的双流化床，这也是本研究的重点。在以下几个部分，将进一步总结双流化床的分类，给出双流化床的原理，总结双流化床的研究现状等方面的内容。1.2.2双流化床原理在本小节将给出以蒸汽为气化剂的直接连接式双流化床的工作原理（见图1.3），此类双流化床将热解和气化与燃烧分开在气化室与燃烧室内进行，两个反应区域之间则通过上下连接管连接，具体的工作原理如下：将煤粉（一般在0-8mm范围）或经过细化处理后的生物质通入到气化室，此时将过热蒸汽通入到气化室与煤粉或生物质发生气化反应（裂解反应或部分气化），生成的合成气流出气化室进入后续工艺，未反应的燃料或气化残余物（焦炭、半焦）则随着床料一起通过下连接进去燃烧室进一步与通入的空气发生燃烧反应（一般在燃烧室需要通入辅助燃料），生成的燃烧气进入下一步工艺，被加热的床料则再次进?
第1章绪论5置非机械阀（L阀或U型阀）。此类双流化床成功解决了单一流化床燃料反应不充分燃料利用率不高的缺点，从而得到广泛的关注。图1.3直接接触式双流化床原理图Figure1.3Theprincipleofdirect-connectedDFBG1.2.3双流化床的分类根据不同的分类标准双流化床可以有不同的分类，根据两个反应器之间是否有物质的直接交换，可以分为直接接触式双流化床和间接式双流化床，间接式双流化床最大的优点是两个反应器之间相对独立，从而降低了操作难度。实际运行过程中，导热热管需要深入到气化室密相区，由于气化室内燃料颗粒的运动而受到磨损，甚至被焦油等粘附，从而降低导热热管的使用寿命，并降低传热效率。相对而言，直接接触式双流化床气化室内则是自然流化状态，但是这类双流化床的操作难度很大，这只要是因为在实际运行时需要维持两个区域内正常流化，还要保证两个区域之间的物质与热量的正常交换，在此基础上追求较好的气化效率。早上世纪初工程师和研究人员就开始了这类双流化床的研究，用于不同的气化工艺，针对这类双流化床还可以继续进行分类。1.2.3.1按反应区域内流动状态划分如1.1所述，根据直接接触式双流化床反应区域内气固流态不同，可以有四种组合，如图1.4所示。截止到目前，大部分的组合都已经成功地应用到双流化床技术的设计。在1970s，美国就采用了图（c）的组合方式，即气化器和燃烧室均为高速气力输送器，设计了一套双流化床用于FERCOSilvaGas工艺，采用的气化材料主要是生活垃圾和生物质。在这之后，日本的Ebara公司，将图（b）的组合方式申请了专利，并设计出了相应的双流化床。图（d）的组合，气化器为低速密相流化床，燃烧器为高速气力输送器，这种双流化床在1992年之前，就已经出现在专利内，而在澳大利亚，
【参考文献】：
期刊论文
[1]流化床-气流床耦合反应器中煤气化特性[J]. 陈晓辉,贾亚龙,冯杰,房倚天,李文英. 化工学报. 2011(12)
[2]压力对湍动循环流化床煤气化的影响分析[J]. 段锋,金保升,黄亚继,李斌,孙宇,章名耀. 东南大学学报(自然科学版). 2010(02)
[3]循环流化床煤气化平衡模型研究[J]. 张荣光,那永洁,吕清刚. 中国电机工程学报. 2005(18)
[4]电容成像图像重建算法原理及评价[J]. 彭黎辉,陆耿,杨五强. 清华大学学报(自然科学版). 2004(04)
[5]电容层析成像的BP网络重建[J]. 蔡芹,马宁,苏祥芳,王延平. 武汉大学学报(自然科学版). 1997(01)
博士论文
[1]流化床颗粒制备过程层析成像测量与优化研究[D]. 车汉桥.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]循环流化床双床煤气化工艺试验研究[D]. 于旷世.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[3]电阻抗（ECT/ERT）双模态层析成像技术研究[D]. 何永勃.天津大学 2006
[4]常压循环流化床煤气化试验与模型研究[D]. 张荣光.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2005
硕士论文
[1]气液两相流电容层析成像研究[D]. 梁士国.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 2018
[2]真三维ECT图像重建技术研究[D]. 宁秀坤.沈阳工业大学 2011
[3]ECT/ERT双模态阵列电极优化设计及其正问题研究[D]. 汪婧.天津大学 2008
本文编号：2989277
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