本文選題：CFD模擬 + 顆�；旌�/分級　； 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)》2017年博士論文

【摘要】：雙流化解耦燃燒是一種綜合處理高含水含氮生物質(zhì)殘渣(本文以白酒糟為例)的高值化應(yīng)用技術(shù),該工藝主要包括鼓泡流化床熱解器和提升管燃燒器兩個核心設(shè)備。白酒糟首先通過螺旋加料器進入熱解器,發(fā)生干燥和熱解,生成的半焦再進入提升管燃燒器燃燒。同時,熱解過程產(chǎn)生的熱解氣進入燃燒器,以還原燃燒反應(yīng)過程中產(chǎn)生的NOx,降低NOx的生成和排放。該工藝的設(shè)計過程中,需要保證白酒糟在熱解器中與固體熱載體充分混合,并具有一定的停留時間,以確保熱解轉(zhuǎn)化率;而提升管燃燒器內(nèi)部的氣固流動結(jié)構(gòu)決定了半焦的燃燒效率和NOx的還原效率。本論文通過開展計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)數(shù)值模擬,對以上兩個問題進行了探討,以期為該工藝技術(shù)的放大、優(yōu)化和工程設(shè)計提供理論指導(dǎo)。本論文的具體研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下:(1)鼓泡流化床中顆�；旌�/分級特性研究。本論文第二章通過對比模擬與實驗數(shù)據(jù),系統(tǒng)研究了 CFD模擬中的模型參數(shù)對模擬結(jié)果的影響,以為后期的數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明,數(shù)值模擬中所采用的顆粒溫度方程、顆粒-壁面鏡面反射系數(shù)、顆粒-顆粒彈性恢復(fù)系數(shù)和顆粒摩擦粘度對模擬結(jié)果有重要的影響。對流動結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明,氣泡尺寸和顆粒軸向速度是影響雙組分顆�；旌铣潭鹊年P(guān)鍵因素。當鼓泡流化床尺寸較小時,壁面對大氣泡的生成和顆粒的軸向運動存在明顯的抑制作用,導(dǎo)致顆�；旌咸匦耘c大尺寸鼓泡流化床存在顯著差異。研究發(fā)現(xiàn)存在臨界尺寸(40dp),當鼓泡床厚度大于該值時,顆�；旌�/分級特性與壁面條件無關(guān)。這一結(jié)果為研究鼓泡床內(nèi)顆�；旌咸匦苑糯笮�(yīng)的實驗設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。(2)錯流鼓泡流化床中顆粒停留時間分布研究。本論文第三章通過分析不同床層高度、顆粒循環(huán)流量和操作氣速下的數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),錯流鼓泡流化床中顆粒停留時間分布與床內(nèi)儲料量和顆粒循環(huán)流量密切相關(guān)。通過適當?shù)臄?shù)據(jù)處理,不同操作條件下顆粒停留時間分布曲線的下降段可以歸一為一個具有唯一參數(shù)的指數(shù)函數(shù),且該參數(shù)與操作條件無關(guān)�；谶@一結(jié)果,論文首次提出了顆粒停留時間分布上升段由CFD模擬得到、下降段由該指數(shù)函數(shù)預(yù)測的半經(jīng)驗預(yù)測方法。采用此半經(jīng)驗方法對不同尺寸錯流鼓泡流化床中顆粒停留時間分布特性進行了預(yù)測,所得結(jié)果與實驗結(jié)果很好吻合。進一步的研究結(jié)果表明,此經(jīng)驗方法可推廣到雙組分顆粒的鼓泡流化床系統(tǒng)。由于錯流鼓泡流化床中顆粒停留時間分布存在長拖尾現(xiàn)象,直接基于CFD模擬研究顆粒停留時間分布特性計算量極大,采用該預(yù)測方法可縮短大量計算時間。該半經(jīng)驗方法的建立為計算雙流化床解耦燃燒系統(tǒng)中大尺寸鼓泡流化床熱解器內(nèi)顆粒停留時間分布、定量設(shè)計連續(xù)顆粒流鼓泡流化床反應(yīng)器提供了有效方法。(3)雙流化床解耦燃燒系統(tǒng)中鼓泡流化床熱解器的模擬研究。針對雙流化床解耦燃燒工藝進一步優(yōu)化的需求,本論文第四章對不同結(jié)構(gòu)和布氣條件下熱解器內(nèi)部的流動傳熱現(xiàn)象進行了模擬研究。研究表明,隨著熱解器壁面與水平線角度(60°、77°和90°)的增加,熱解器中的流動死區(qū)逐漸減少,循環(huán)灰與白酒糟的混合程度逐漸增加,顆粒的停留時間逐漸減小;熱解器底部采用非均勻氣速分布時,增加靠近白酒糟入口一側(cè)的操作氣速有利于強化白酒糟與循環(huán)灰的混合。數(shù)據(jù)分析表明,盡管熱解器內(nèi)整體循環(huán)灰與白酒糟呈近似均勻混合狀態(tài),但它們的停留時間分布仍存在顯著差異,循環(huán)灰的平均停留時間要顯著大于白酒糟停留時間。對傳熱機理的分析結(jié)果表明,熱解器內(nèi)氣固相間傳熱為主要的熱量傳遞方式,而且循環(huán)灰與氣體之間的傳熱速率遠大于白酒糟與氣體之間。(4)雙流化床解耦燃燒系統(tǒng)中提升管燃燒器的模擬研究。本論文第五章對提升管中的氣體混合和顆粒流動特性進行了分析,并系統(tǒng)考察了熱解氣入口條件、顆粒循環(huán)量及循環(huán)灰粒徑對流動特性的影響,以期對提升管的操作參數(shù)進行優(yōu)化。研究表明,提升管燃燒器處于非常稀疏的氣力輸送狀態(tài),平均固含率小于0.002;矩形截面提升管的邊壁效應(yīng)明顯,邊角處形成向下流動的顆粒層。對熱解氣入口條件的研究表明,隨著高度增加,熱解氣分布逐漸均勻;保證總氣量相同的條件下,增加熱解氣氣量,可加速熱解氣的均勻分布。當熱解氣與一次風(fēng)氣量比大于0.144時,顆粒速度分布均勻性與熱解氣的分布規(guī)律一致;當風(fēng)量較小時,一次風(fēng)主導(dǎo)顆粒的運動特性。隨著顆粒循環(huán)量和循環(huán)灰粒徑的增加,顆粒停留時間增長。
[Abstract]:The results show that the particle temperature equation , the particle - wall specular reflection coefficient , the particle - particle elastic recovery factor and the particle friction viscosity of the bubbling fluidized bed have a significant influence on the simulation results . The results show that the particle temperature equation , particle - wall specular reflection coefficient , particle - particle elastic recovery factor and particle friction viscosity of the bubble bed are very important to the simulation results . ( 3 ) The simulation of the bubbling fluidized bed pyrolyzer in the dual fluidized bed decoupling combustion system is studied . The results show that , with the increase of the wall of the pyrolyzer and the angle of the horizontal line ( 60 擄 , 77 擄 and 90 擄 ) , the flow dead zone in the pyrolyzer is gradually decreased .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ038.1

【參考文獻】

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本文編號：1785048