【摘 要】
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加压循环流化床（PCFB）具有燃料适应性广、传热传质系数高等特点,它和富氧燃烧技术结合而发展的加压循环流化床富氧燃烧技术,能够进一步降低燃煤电厂烟气CO2捕集能耗,是一种非常有潜力的燃煤电厂CO2捕集技术。尽管已有不少关于PCFB气固流动特性的研究报道,但有关固体循环流率随压力变化规律的研究相对较少,目前对于加压条件下颗粒停留时间分布的认识也有限,而这些特性对于设计PCFB炉膛非常重要。本文结合实
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（No.2016YFB0600802）
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加压循环流化床（PCFB）具有燃料适应性广、传热传质系数高等特点,它和富氧燃烧技术结合而发展的加压循环流化床富氧燃烧技术,能够进一步降低燃煤电厂烟气CO2捕集能耗,是一种非常有潜力的燃煤电厂CO2捕集技术。尽管已有不少关于PCFB气固流动特性的研究报道,但有关固体循环流率随压力变化规律的研究相对较少,目前对于加压条件下颗粒停留时间分布的认识也有限,而这些特性对于设计PCFB炉膛非常重要。本文结合实验和数值模拟,对PCFB固体循环流率和颗粒停留时间进行了系统研究,主要研究内容及结论如下:在提升管内径50 mm,高3300 mm的加压循环流化床实验台上,研究了固体循环流率与各操作参数的关系。采用平均粒径不同四种的Geldart B类颗粒,在较宽的实验范围内（压力=0.1～0.6 MPa,流化风速g=1.5～8.0 m/s,固体循环流率s=20～80 kg/（m~2·s））,发现在相同的压力下,随着颗粒粒径的增加,需要提高流化风速以达到相同的固体循环流率。研究了提升管内气固滑移特性,观察到表观滑移因子随着无量纲滑移速度的增加而增加,在不同平均颗粒粒径和压力条件下,二者对应的数据点汇集在一条近似指数函数曲线上。归纳了描述s和(g-tr)关系的气固流动相图,并拟合得到了将固体循环流率和其它操作参数（颗粒输运速度、颗粒浓度、阿基米德数、弗劳德数等）的关联式。基于多相质点网格模型（MP-PIC）,建立了循环流化床全回路三维模型,以追踪颗粒团的方式模拟流化床气固流动过程。开展全回路循环流化床数值模拟,在提升管内观察到了环核流动结构,发现沿床高方向,环形区域逐渐消失,而核心区域逐渐变大,并向边壁处扩展。研究了压力和流化风速对固体循环流率的影响,发现与常压条件相比,加压下颗粒运动的有序性增强,轴向颗粒浓度分布更加均匀;随着提升管内流化风速的增加,颗粒间碰撞概率增加且更剧烈,颗粒运动的无序性增强。将模拟得到的固体循环流率和实验关联式进行对比,两者吻合良好。进一步分析了加压循环流化床颗粒运动特性。在整个循环系统内颗粒形成了动态平衡。研究了不同压力、流化风速和固体循环流率等条件对提升管内颗粒停留时间分布和轴向扩散系数的影响,发现:随着流化风速的升高,颗粒平均停留时间随之降低,同时导致轴向扩散系数增加;固体循环流率的增加,导致颗粒平均停留时间总体上呈减小的趋势,而轴向扩散系数随之增加;压力的增加会导致颗粒均颗粒停留时间和轴向扩散系数增加。将气固流动相图应用于颗粒停留时间和轴向扩散分析,从流动模式的角度解释了颗粒停留时间分布和轴向扩散系数的变化规律。
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