【摘 要】
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加压富氧燃烧联合碳捕集技术被视为锅炉电站碳捕集方法中最具应用前景的技术之一,且其在燃用城市固体废物及生物质等属于Geldart-D类的粗重燃料颗粒上具有较大潜力。以加压流态化的方式发送燃料颗粒具有较好的稳定性和输送效率等优点,是加压富氧燃烧工艺的关键过程之一。对颗粒加压流化特性的研究对加压流化发料装置的设计、优化及工业过程的安全、稳定运行具有指导意义。研究从实验和数值模拟两个方面对Geldart-
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加压富氧燃烧联合碳捕集技术被视为锅炉电站碳捕集方法中最具应用前景的技术之一,且其在燃用城市固体废物及生物质等属于Geldart-D类的粗重燃料颗粒上具有较大潜力。以加压流态化的方式发送燃料颗粒具有较好的稳定性和输送效率等优点,是加压富氧燃烧工艺的关键过程之一。对颗粒加压流化特性的研究对加压流化发料装置的设计、优化及工业过程的安全、稳定运行具有指导意义。研究从实验和数值模拟两个方面对Geldart-D类干、湿颗粒的加压流化特性进行了考察。首先建立了可视化加压流化床实验系统,包括一个准二维加压流化床（150mm×30mm×500mm）,用于观察颗粒流型、测量床层压降,以及一个三维流化床（内径150mm,高度800mm）,用于测量颗粒最小流化速度。开展了Geldart-D类干颗粒加压流化特性的实验研究,在操作压力为P=0.1～0.4MPa范围内考察了操作压力P、流化风速Uf等操作参数对流型、床层压降ΔP、颗粒最小流化速度Umf等流化特性的影响规律。研究发现:在相同流化风速Uf下,随操作压力P的提高,颗粒运动更加剧烈;在相同流化数Umf/Uf下,随操作压力P的提高,Geldart-D类干颗粒运动更加平缓,气泡直径减小,流化行为得到改善,流化质量得到提高,D类颗粒流化行为向B类颗粒转变;在相同流化风速Uf条件下,随操作压力P的增加,床层压降的标准差及主频的功率谱密度增加;在相同流化数Umf/Uf条件下,随操作压力P的增加,床层压降的标准差及主频的功率谱密度减小;Geldart-D类干颗粒的最小流化速度Umf随操作压力P的增加而减小,随颗粒粒径dp增加而增大;结合理论分析与实验结果,获得了预测高操作压力条件下Geldart-D类干颗粒最小流化速度Umf的计算关系式Remf（28）（7）15.69 ~2（10）0.02 41?Ar（8）~0.~5-15.6 9,其平均误差小于20%。开展了Geldart-D类湿颗粒的加压流化实验,在操作压力为P=0.1～0.4MPa范围内考察了操作压力P、床层含液量S、流化风速Uf等操作参数对流型、床层压降△P、颗粒最小流化速度Umf等流化特性的影响规律。实验结果表明:Geldart-D类湿颗粒在流化过程中容易聚团结块,提高操作压力P有助于破坏颗粒聚团,改善湿颗粒流型,提高湿颗粒的流化质量;随操作压力P或床层含液量S的提高,床层压降主频的功率谱密度增加;相同操作参数下,Geldart-D类湿颗粒的最小流化速度Umf高于干颗粒的最小流化速度Umf,且随操作压力P的增加而减小;在床层含液量为S=0～0.1范围内,Geldart-D类湿颗粒最小流化速度Umf随床层含液量的增加而增加,在S=0.1～0.3范围内,Geldart-D类湿颗粒最小流化速度Umf几乎不随床层含液量S的改变而发生变化。使用CFD-DEM方法,对操作压力P=0.1～1.2MPa,温度20～300℃范围内Geldart-D类干颗粒的加压流化特性进行了数值模拟研究,结果表明:相同流化风速Uf下,流化床内Geldart-D类干颗粒平均运动速度随操作压力P的增加而增加;在操作压力为P=0.1-0.8MPa范围内,随操作压力P增加,气泡直径增加,颗粒流化行为更加剧烈,最小流化速度Umf明显降低;在高操作压力条件下P=0.8-1.2 MPa,随操作压力提升,颗粒流型变化不大,颗粒最小流化速度Umf降低幅度减小;在相同流化风速Uf下,随温度的增加,颗粒平均运动速度降低,气泡直径减小;颗粒最小流化速度Umf随温度的增加而增加。
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