加压鼓泡流化床压力及颗粒浓度波动特性研究

摘要

加压富氧流化床燃烧是一种非常有前景的CO2捕集技术。探明压力对流化特性的影响，对于加压流化床反应器的设计非常关键。另一方面，加压流化床强化了气固传质，在化工和能源等领域得到了一定的应用。本文研究加压流化床波动特性，选题具有重要的工程价值和学术意义。 总体来说，目前对于常压流化床的研究非常广泛、认识充分，对于加压流态化的研究，文献中已有一些报道，但不是非常多。对于加压流化床的一般性规律已有达成共识，如临界流化风速随着压力的增加而减小，但是在加压流态化动态特征以及定量化的认识方面还很不充分。本文设计搭建了加压鼓泡流化床实验台，研究了压力对临界流化速度、床层差压、局部空隙率的变化影响规律，主要结论如下： （1）分别设计了高颗粒浓度和低颗粒浓度装置，为在较宽的颗粒体积分数范围内标定光纤颗粒浓度仪奠定了基础。 （2）采用降速法测量了三种床料（粒径为637μm、373μm、252μm的玻璃珠）在不同压力下（0.1MPa-0.6MPa）的临界流化风速，临界流化风速随压力的增加而减小，但是减小的梯度随压力的增加而减小。颗粒粒径越大，临界流化风速受压力的影响越明显。例如，在压力升高相同的情况下，粒径最大的颗粒的临界流化速度减少量为0.123m/s，粒径最小的颗粒减小量只有0.028m/s。 （3）在确定三种物料在不同压力条件下的临界流化风速的基础上，进行了加压流化床中气固流动特性的实验。工况设定压力：0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa，流速：1.5μmf-5.0μmf，每隔0.5μmf设置一个工况，共计72个工况。在每个工况下，采用差压变送器和光纤探针测量床程差压和颗粒浓度，随后详细分析了差压和颗粒浓度的时序数据。 （4）对于不同粒径、流化风速、压力条件下的流化，床层差压波动值随流化风速的增加而增加，随床料粒径的增加而略微增加，随压力的增加而减小。由差压波动特性，可以反映气泡运动的剧烈程度。 （5）提高压力，有利于提高乳化相的空隙率，同时降低气泡出现频率，一定程度抑制了气泡的运动。颗粒体积分数波动主频主要分布在3Hz附近。提高流化风速，颗粒体积分数波动主频和幅值均呈现减小的趋势。

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