循环流化床气固两相流动特性的宏观影响因素研究

循环流化床气固两相流动特性的宏观影响因素研究

0环流化床体动力特性的问题气和固两相流的循环动力学特性非常复杂。虽然气和固两相流的循环动力学特性取得了很大进展，但仍有许多问题需要解决。本文研究了循环流化床中的物料循环流动特性,对理解循环流化床锅炉内的流动特性具有指导意义。1试验系统及测量方法循环流化床冷态试验态如图1所示,为了清楚的观察床内物料的运行情况,实验台全部为有机玻璃构成,布风板采用风帽布置,主床尺寸为长110mm×宽110mm×高2000mm。试验所用循环物料为石英砂,粒径范围为0.09mm~1mm,平均粒径为0.341mm,密度为2518kg/m3。空气在压缩机的作用下经过储气罐分为两路,一路为流化风通过转子流量计q1进入风室1,通过布风板1送入主床,使物料在床体中流化,被气体携带的固体颗粒经过旋风分离器分离后进入料腿,另一路分为流化风和松动风,风室2是分隔的,流化风通过转子流量计q2送入风室2的左侧,松动风分别通过转子流量计q3、q4送入风室2的右侧和回料装置的右侧,使物料通过回料系统返回主床,实现物料的循环。试验采用计算机数据采集系统,测量床内的压力。根据实验需要一共设计了13个压力测量点,其中主床沿高度方向布置了间隔为200mm的10个测量点,循环流化床出口1个测量点,料腿进出口各一个测量点。测压点的位置如图1所示。每个测点每分钟采入40个数据,求取平均值。物料循环量是一个非常重要的运行参数。称重计量法是最简单的测量方法,大部分文献使用此方法在实验过程中突然关闭返料器的流化风测量物料循环量,但是由于流化风是物料输送的一个因素,随着物料在料腿中堆积主床中的物料会越来越少,因此这种方法破坏了整体的流化情况,是不准确的。本文测量物料循环量采用的方法是:在料腿上部设计了一个蝶阀,蝶阀上面开有很多空,再在其上面粘上孔径为34μm的筛网。这样做的目的就是当测量物料循环量时,关闭蝶阀,既可以保持循环流化床的整体流化情况,又可以使物料在蝶阀上堆积,通过测量堆积一定物料体积所需要的时间来计算某一工况下循环流化床的物料循环量。2试验结果及分析2.1流化风速对孔隙率的影响图2为流化风速为3.5m/s时不同存料量下空隙率的分布情况。从图中可以看出,在流化风速一定的情况下,在主床高度1000mm的范围内,空隙率随存料量的增加而减小;在主床高度1000~2000mm的范围内,存料量的变化对空隙率的影响不大。图3为物料循环量为14.077kg/m2s时不同流化风速下空隙率的分布情况。从图中可以看出,在相同的物料循环量下随着流化风速的增加床下部区域的空隙率明显增加,而上部区域的空隙率增加不明显。从图2、3中可以看出,空隙率沿主床高度分布是不均匀的。在主床高度600mm以下,呈浓相区的性质,在主床高度1000mm以上,空隙率沿主床高度变化不大,呈稀相区的性质。透过有机玻璃也可以看到底部存在一明显的浓相区,床料上扬和回落剧烈,在距离床底1000mm以上床料明显稀疏。整个床内沿主床高度方向呈底部浓顶部稀的状态。2.2床料堆积体积、流化速率、装料量的测量物料循环量的计算公式为:Gs=ρBVl2tGs=ρBVl2t其中ρB=1259kg/m3为床料的堆积密度;V=2.3×10-3m3为床料的堆积体积;l=0.11m为主床的宽度;t为测量时间。图4为不同流化风速、不同装料量下计算得到的物料循环量。从图中可以看出,随着装料量和流化风速增加物料循环量增大,有的文献给出了物料循环量的无因次关联式,得到了循环量与流化风速的3.8次方成正比。本文认为装料量和流化风速对物料循环量均有影响,物料循环量随着装料量和流化风速的增大而增大,这与文献相吻合。2.3压力平衡关系在进行循环回路的压力平衡的研究中,本文选取了循环流化床上13个测压点中的6个,见表1和图1。图5示出流化风速3.0m/s时,不同的装料量下循环回路的压力平衡关系。从图中可以看到,考察图中任一回路可知,在底部浓相区压力明显降低,在上部稀相区压力降低不明显。循环回路中的主床、分离器和回料阀各段的压降在各种装料量下均靠料腿的压降来平衡。当装料量增加时,循环流化床主床的压降和回料阀压降均增大,此时料腿的压降将会自动调节随之增加,以达到循环回路的压力平衡。从图5可知,这种压力平衡关系是循环流化床锅炉循环系统所具有的共同特性。3装料量和流化风速对孔隙率分布的影响循环流化床空隙率随床高的增大而减小,存在明显的下浓上稀现象,