循環(huán)流化床氣固兩相流動特性的宏觀影響因素研究

循環(huán)流化床氣固兩相流動特性的宏觀影響因素研究

0環(huán)流化床體動力特性的問題氣和固兩相流的循環(huán)動力學(xué)特性非常復(fù)雜。雖然氣和固兩相流的循環(huán)動力學(xué)特性取得了很大進(jìn)展，但仍有許多問題需要解決。本文研究了循環(huán)流化床中的物料循環(huán)流動特性,對理解循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的流動特性具有指導(dǎo)意義。1試驗(yàn)系統(tǒng)及測量方法循環(huán)流化床冷態(tài)試驗(yàn)態(tài)如圖1所示,為了清楚的觀察床內(nèi)物料的運(yùn)行情況,實(shí)驗(yàn)臺全部為有機(jī)玻璃構(gòu)成,布風(fēng)板采用風(fēng)帽布置,主床尺寸為長110mm×寬110mm×高2000mm。試驗(yàn)所用循環(huán)物料為石英砂,粒徑范圍為0.09mm~1mm,平均粒徑為0.341mm,密度為2518kg/m3。空氣在壓縮機(jī)的作用下經(jīng)過儲氣罐分為兩路,一路為流化風(fēng)通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)q1進(jìn)入風(fēng)室1,通過布風(fēng)板1送入主床,使物料在床體中流化,被氣體攜帶的固體顆粒經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離后進(jìn)入料腿,另一路分為流化風(fēng)和松動風(fēng),風(fēng)室2是分隔的,流化風(fēng)通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)q2送入風(fēng)室2的左側(cè),松動風(fēng)分別通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)q3、q4送入風(fēng)室2的右側(cè)和回料裝置的右側(cè),使物料通過回料系統(tǒng)返回主床,實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)。試驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),測量床內(nèi)的壓力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要一共設(shè)計(jì)了13個(gè)壓力測量點(diǎn),其中主床沿高度方向布置了間隔為200mm的10個(gè)測量點(diǎn),循環(huán)流化床出口1個(gè)測量點(diǎn),料腿進(jìn)出口各一個(gè)測量點(diǎn)。測壓點(diǎn)的位置如圖1所示。每個(gè)測點(diǎn)每分鐘采入40個(gè)數(shù)據(jù),求取平均值。物料循環(huán)量是一個(gè)非常重要的運(yùn)行參數(shù)。稱重計(jì)量法是最簡單的測量方法,大部分文獻(xiàn)使用此方法在實(shí)驗(yàn)過程中突然關(guān)閉返料器的流化風(fēng)測量物料循環(huán)量,但是由于流化風(fēng)是物料輸送的一個(gè)因素,隨著物料在料腿中堆積主床中的物料會越來越少,因此這種方法破壞了整體的流化情況,是不準(zhǔn)確的。本文測量物料循環(huán)量采用的方法是:在料腿上部設(shè)計(jì)了一個(gè)蝶閥,蝶閥上面開有很多空,再在其上面粘上孔徑為34μm的篩網(wǎng)。這樣做的目的就是當(dāng)測量物料循環(huán)量時(shí),關(guān)閉蝶閥,既可以保持循環(huán)流化床的整體流化情況,又可以使物料在蝶閥上堆積,通過測量堆積一定物料體積所需要的時(shí)間來計(jì)算某一工況下循環(huán)流化床的物料循環(huán)量。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1流化風(fēng)速對孔隙率的影響圖2為流化風(fēng)速為3.5m/s時(shí)不同存料量下空隙率的分布情況。從圖中可以看出,在流化風(fēng)速一定的情況下,在主床高度1000mm的范圍內(nèi),空隙率隨存料量的增加而減小;在主床高度1000~2000mm的范圍內(nèi),存料量的變化對空隙率的影響不大。圖3為物料循環(huán)量為14.077kg/m2s時(shí)不同流化風(fēng)速下空隙率的分布情況。從圖中可以看出,在相同的物料循環(huán)量下隨著流化風(fēng)速的增加床下部區(qū)域的空隙率明顯增加,而上部區(qū)域的空隙率增加不明顯。從圖2、3中可以看出,空隙率沿主床高度分布是不均勻的。在主床高度600mm以下,呈濃相區(qū)的性質(zhì),在主床高度1000mm以上,空隙率沿主床高度變化不大,呈稀相區(qū)的性質(zhì)。透過有機(jī)玻璃也可以看到底部存在一明顯的濃相區(qū),床料上揚(yáng)和回落劇烈,在距離床底1000mm以上床料明顯稀疏。整個(gè)床內(nèi)沿主床高度方向呈底部濃頂部稀的狀態(tài)。2.2床料堆積體積、流化速率、裝料量的測量物料循環(huán)量的計(jì)算公式為:Gs=ρBVl2tGs=ρBVl2t其中ρB=1259kg/m3為床料的堆積密度;V=2.3×10-3m3為床料的堆積體積;l=0.11m為主床的寬度;t為測量時(shí)間。圖4為不同流化風(fēng)速、不同裝料量下計(jì)算得到的物料循環(huán)量。從圖中可以看出,隨著裝料量和流化風(fēng)速增加物料循環(huán)量增大,有的文獻(xiàn)給出了物料循環(huán)量的無因次關(guān)聯(lián)式,得到了循環(huán)量與流化風(fēng)速的3.8次方成正比。本文認(rèn)為裝料量和流化風(fēng)速對物料循環(huán)量均有影響,物料循環(huán)量隨著裝料量和流化風(fēng)速的增大而增大,這與文獻(xiàn)相吻合。2.3壓力平衡關(guān)系在進(jìn)行循環(huán)回路的壓力平衡的研究中,本文選取了循環(huán)流化床上13個(gè)測壓點(diǎn)中的6個(gè),見表1和圖1。圖5示出流化風(fēng)速3.0m/s時(shí),不同的裝料量下循環(huán)回路的壓力平衡關(guān)系。從圖中可以看到,考察圖中任一回路可知,在底部濃相區(qū)壓力明顯降低,在上部稀相區(qū)壓力降低不明顯。循環(huán)回路中的主床、分離器和回料閥各段的壓降在各種裝料量下均靠料腿的壓降來平衡。當(dāng)裝料量增加時(shí),循環(huán)流化床主床的壓降和回料閥壓降均增大,此時(shí)料腿的壓降將會自動調(diào)節(jié)隨之增加,以達(dá)到循環(huán)回路的壓力平衡。從圖5可知,這種壓力平衡關(guān)系是循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)系統(tǒng)所具有的共同特性。3裝料量和流化風(fēng)速對孔隙率分布的影響循環(huán)流化床空隙率隨床高的增大而減小,存在明顯的下濃上稀現(xiàn)象,