【摘要】：內(nèi)循環(huán)流化床(Internally circulating fluidized bed, ICFB)由兩個相互連通、處于不同流化風(fēng)速的流化床構(gòu)成,兩床被設(shè)置有循環(huán)口的隔板或中心管分開,床料通過隔板或中心管上的循環(huán)口以及床層上方區(qū)域在兩床間形成規(guī)則的內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)流化床除了具備一般流化床傳熱傳質(zhì)快等優(yōu)點,還能夠有效組織和控制顆粒在床內(nèi)的宏觀運(yùn)動以及不同區(qū)域的停留時間,從而能夠?qū)Ψ磻?yīng)進(jìn)行分級控制。內(nèi)循環(huán)流化床因其內(nèi)部特殊的流動結(jié)構(gòu)以及突出的優(yōu)點而得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。顆�；旌详P(guān)系到床內(nèi)熱量的分布以及氣固反應(yīng)的效果,是流態(tài)化基礎(chǔ)研究的重要課題之一。對于內(nèi)循環(huán)流化床而言,顆�；旌习▋煞矫妫耗骋粋�(cè)床內(nèi)存在橫向和縱向的顆�；旌希簝蓚�(cè)床之間還存在著宏觀的顆粒混合,即內(nèi)循環(huán)。本文采用熒光大顆粒示蹤和圖像處理法,跟蹤床內(nèi)示蹤顆粒的運(yùn)動,分析包括顆粒運(yùn)動軌跡、速度分布場、速度統(tǒng)計分布以及停留時間和循環(huán)時間等運(yùn)動特征,定性地揭示內(nèi)循環(huán)床內(nèi)顆粒混合特性。當(dāng)高速床流化風(fēng)速高于4倍初始流化風(fēng)速時,低速床中存在明顯的死區(qū),主要在靠近隔板區(qū)域以及循環(huán)口以下區(qū)域。顆粒的速度分布概率受流化風(fēng)速的影響較大,且顆粒橫向和縱向速度分布概率的特征顯著不同。顆粒速度在低速床中主要集中在0-0.2m/s,而高速床在0～0.8m/s區(qū)間分布。低速床中,顆�？v向速度超過50%分布在負(fù)值區(qū)域,表現(xiàn)出向下運(yùn)動的特征。顆粒內(nèi)循環(huán)流率的大小直接影響著反應(yīng)器內(nèi)傳熱、傳質(zhì)以及反應(yīng)效率,因而針對它的研究一直備受關(guān)注。本文直接跟蹤和估算循環(huán)口處顆粒流率,為了便于測算,實驗在循環(huán)口處設(shè)置40mmm導(dǎo)流方管。實驗考察了循環(huán)口尺寸、床料粒徑等設(shè)計參數(shù)以及低速床流化風(fēng)速、高速床流化風(fēng)速、靜止床高等操作參數(shù)對于循環(huán)流率的影響,還提出了循環(huán)流率與各個參數(shù)的預(yù)測關(guān)聯(lián)式。研究發(fā)現(xiàn),循環(huán)口處壓差是顆粒從低速床向高速床流動的主要驅(qū)動力。靜止床高、流化風(fēng)速以及孔口面積的增加都有利于顆粒內(nèi)循環(huán)流率的增加,循環(huán)流率主要在10～60Kg·m-2·s-1區(qū)間變化。而床料粒徑增加(A、B和D類顆粒),循環(huán)口處流動的阻力增加,不利于孔口處顆粒流動。另外,本文還在給定床體幾何尺寸、床料特性等設(shè)計參數(shù)和床料量、兩床的流化風(fēng)速等操作參數(shù)的情況下,建立顆粒內(nèi)循環(huán)流動流體動力學(xué)模型,計算內(nèi)循環(huán)流率。與已有實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,驗證模型有效性。最后,利用該模型研究各個參數(shù)變化對內(nèi)循環(huán)的影響,給出了流化風(fēng)速和床料量等參數(shù)的操作范圍。
[Abstract]:The inner circulating fluidized bed (Internally circulating fluidized bed, ICFB) consists of two interconnected fluidized beds with different fluidized wind speeds. The two beds are separated by compartments or central tubes with circulating openings. The bed material forms regular internal circulation between the two beds through the circulation opening on the separator or central tube and the area above the bed. The inner circulating fluidized bed not only has the advantages of fast heat and mass transfer, but also can effectively organize and control the macroscopic movement of particles in the bed and the residence time in different regions, so that the reaction can be controlled by stages. Internal circulating fluidized bed has been widely used in industry because of its special flow structure and outstanding advantages. Particle mixing is one of the most important research topics in fluidized bed, which is related to the distribution of heat in bed and the effect of gas-solid reaction. For the inner circulating fluidized bed, particle mixing includes two aspects: transverse and longitudinal particle mixing in one side bed and macroscopic particle mixing between two sides bed, that is, internal circulation. In this paper, the movement of tracer particles in the bed is tracked by means of fluorescent large particle tracing and image processing. The motion characteristics of the particles are analyzed, including the movement trajectory, velocity distribution field, velocity statistical distribution, residence time and cycle time, etc. The mixing characteristics of particles in the inner circulating bed are revealed qualitatively. When the fluidization velocity of high speed bed is higher than 4 times of initial fluidization velocity, there is an obvious dead zone in low speed bed, mainly near the partition area and below the circulation opening. The velocity distribution probability of particles is greatly affected by fluidized wind speed, and the characteristics of velocity distribution probability of particle transverse and longitudinal are significantly different. The particle velocity in the low velocity bed is mainly 0-0.2 m / s, while the high velocity bed is distributed in the 0~0.8m/s region. In the low velocity bed, the longitudinal velocity of particles is more than 50% in the negative region, showing downward motion. The size of the circulating flow rate in the particle directly affects the heat transfer mass transfer and reaction efficiency in the reactor so the research on it has been paid more and more attention. In this paper, the particle flow rate at the circulation port is directly tracked and estimated. In order to be easy to measure, the 40mmm diversion tube is installed at the circulation port. The effects of the design parameters such as the size of circulation port, the particle size of bed material, the velocity of fluidization in low speed bed, the velocity of fluidization in high speed bed and the height of static bed on the circulating flow rate are investigated experimentally. The prediction correlation between circulating flow rate and each parameter is also put forward. It is found that the pressure difference is the main driving force of particle flow from low velocity bed to high speed bed. The increase of static bed height, fluidization wind speed and pore opening area is beneficial to the increase of circulating flow rate in particles, and the circulation rate mainly changes in the 10~60Kg m ~ (-2) s ~ (-1) region. However, with the increase of particle size of bed material (Agna B and D particles), the flow resistance at the circulation mouth increases, which is not conducive to the particle flow at the orifice. In addition, the hydrodynamic model of circulating flow in particles is established and the internal circulation flow rate is calculated under the condition of given the design parameters such as the geometric size of bed body, the characteristics of bed material, and the operating parameters such as fluidization velocity of two beds and so on. Compared with the existing experimental data, the validity of the model is verified. Finally, the influence of various parameters on internal circulation is studied by using the model, and the operating range of fluidized wind speed and bed material is given.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.13

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本文編號：2319823