循环流化床提升管颗粒团聚特性的实验研究

摘要

循环流化床燃烧作为一种高效低污染能源利用技术，其床内气固两相流动对燃烧及污染排放控制具有重要影响。目前，关于循环流化床气固两相流的研究主要集中在其宏观特性方面，而对介观尺度下气固两相悬浮流中颗粒团聚物形成、发展和消散过程的研究较少，对提升管内颗粒团聚特性的研究不足，有待进一步系统、深入地研究。
　　本文搭建了气固循环流化床(CFB)冷态试验装置，其提升管截面为100×25mm，高度3.2m，以平均粒径234μm的玻璃珠颗粒为对象，采用高速摄影像及图像处理技术，捕获了循环流化床床内颗粒团聚物的形成、发展及消散的动态演化过程。研究结果表明，在CFB内复杂气流作用下，床内颗粒浓度呈现不均匀分布，进而使得团聚物形态各异，大小不一;在实验条件下，床内团聚物形状有U形、倒U形、彗星状、中心条带状、贴壁条状和双核形;在提升管中心区多为向上运动的倒U形和彗星状团聚物以及向下运动的U形团聚物，而在提升管边壁区则多为贴壁条状团聚物。不同形状的团聚物间会相互转变，且存在径向迁移现象。
　　在气固循环流化床试验装置上，采用非介入式光纤测量手段，研究了Geldart B类颗粒在提升管内的团聚特性及其随操作参数和提升管空间位置的变化规律。结果表明，在径向上，颗粒运动速度呈现出中心大、边壁小的不均匀分布特点，时均颗粒浓度则呈现床层中心区小、边壁处大的特点;在轴向上，床层中心区颗粒运动速度增长迅速，边壁处增长缓慢，故而随着轴向高度的增加，床层截面时均颗粒浓度逐渐降低。团聚物时间分率的径向分布同样呈现出，床层中心区域低，边壁区高的特点;而在轴向上，床层下部，团聚物时间分率受操作条件的影响不明显。与团聚物时间分率的分布特点不同的是，团聚物出现频率中心处最大，沿边壁方向逐渐下降，且随着提升管轴向高度的增加，团聚物出现频率逐渐增大。团聚物浓度与时均颗粒浓度有着相似的分布特点，且在本试验测试范围内，同一位置处，团聚物浓度大约为时均颗粒浓度的5～6倍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 气固两相流测量方法的研究现状

1．2．2 循环流化床内颗粒团聚物的研究现状

1．3 本文的研究内容

1．4 本章小结

第2章 试验装置与测量方法

2．1 气固循环流化床冷态试验装置

2．1．1 循环流化床冷态试验系统

2．1．2 主要部件与几何结构

2．2 测量系统

2．2．1 高速摄像图像采集系统

2．2．2 光纤测量系统

2．3 试验方法

2．3．1 试验物料特性

2．3．2 试验工况与操作条件

2．4 本章小结

第3章 高速摄像及图像采集测试系统与方法的构建

3．1 高速摄像图像采集系统的光电特性研究

3．1．1 CCD摄像机的工作原理

3．1．2 数字化图像的获取

3．2 图形图像处理

3．2．1 图像的预处理

3．2．2 颗粒图像的灰度化

3．2．3 颗粒图像的增强

3．3 图像阈值分割法及分割阈值的确定

3．3．1 直方图阈值法

3．3．2 最佳阈值法

3．4 本章小结

第4章 光纤测量系统和方法的构建

4．1 光纤测量系统的测量原理与参数测量

4．1．1 互相关测速原理

4．1．2 激光消光法颗粒浓度的测量原理

4．1．3 参数测量

4．2 颗粒浓度的标定

4．3 团聚物的确定

4．4 本章小结

第5章 试验结果与分析

5．1 引言

5．2 颗粒团聚的静态分析

5．2．1 颗粒团聚的空间结构

5．2．2 团聚物尺寸

5．3 颗粒团聚的动态分析

5．4 颗粒浓度的轴、径向分布

5．4．1 操作参数对颗粒浓度分布的影响

5．4．2 径向流动结构的轴向发展

5．5 颗粒运动速度的轴、径向分布

5．5．1 颗粒运动速度的径向分布

5．5．2 操作条件对颗粒运动速度的影响

5．5．3 颗粒运动速度径向分布沿轴向的发展

5．6 团聚物的时间分率

5．7 团聚物的平均存在时间

5．8 团聚物的出现频率

5．9 团聚物的轴向尺寸

5．10 团聚物浓度

5．11 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢