气-固循环流化床的流动特性

第六章气固流态化基础(2024)

流化床反应器利用气体流过固体颗粒床层时使固体颗粒悬浮并呈流态化状态，以实现气固相反应。其特点包括良好的传热传质性能、均匀的温度分布和易于控制反应过程。
类型与结构
根据反应类型和需求，流化床反应器可分为多种类型，如固定床反应器、移动床反应器和循环流化床反应器等。其结构通常包括反应器主体、气体分布器、固体颗粒循环系统和控制系统等。
通过气体或液体以一定速度穿过固体颗粒层，使颗粒之间产生相互作用和能量传递，从而实现流态化。
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气固流态化的重要性
与传统的间歇式生产方式相比，气固流态化技术可降低能耗和生产成本。
气固流态化技术不仅应用于化工、冶金等领域，还可拓展到环保、新能源等领域。
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提高生产效率降低能耗
在气固流态化系统中，通过设置合适的分离装置，可实现气体和固体颗粒的有效分离，以满足不同工艺需求。
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催化剂再生
在石油化工等领域中，催化剂的再生是一个重要环节。利用流态化技术可实现催化剂的高效再生和循环利用。
粉体输送
利用气固流态化的原理，可实现粉体物料的高效输送和分配，广泛应用于化工、冶金等领域。
颗粒粘结
某些物料在流化床内可能发生粘结现象，形成团聚体或结块。粘结可能导致床层塌落、沟流以及传热和传质效率下降等问题。
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气体分布不均与沟流现象
气体分布不均
在气固流态化过程中，气体的不均匀分布是一个常见问题。气体分布不均可能导致床层内的温度和浓度梯度增大，从而影响产品质量和收率。
强化传质方法
强化传质的方法包括增加气体流速、减小固体颗粒粒径、提高床层温度和压力等。此外，采用催化剂或添加反应促进剂等方法也可以提高传质效率。同时，优化流化床结构和

循环流化床气固两相流动模拟

基金项目:国家自然科学基金(50576106)收稿日期:2008-01-18 修回日期:2008-02-27第26卷第3期计算机仿真2009年3月文章编号:1006-9348(2009)03-0272-04循环流化床气固两相流动模拟白志刚,杨晨(重庆大学动力工程学院,重庆400044)摘要:循环流化床已被广泛用于能源、化工、环保等工业领域,但由于流化床内两相流动、传热及化学反应的物理机理和作用规律复杂性,目前为止对流化床的认识还远远不能令人满意,因此了解流化床内流动机理对循环流化床的设计和运行有深远的指导意义。

针对循环流化床燃烧技术,建立了描述其炉内气固运动特性的三维数学模型,用F l uen t 软件作计算工具,利用欧拉双流体模型(EULER I AN-EULER I AN)对流化床内的颗粒浓度分布、颗粒速度分布和床内压力分布等进行了三维数值模拟,计算结果表明:在床内固体颗粒浓度中心区域低、近壁面高的环核结构,固体颗粒在横截面上存在由核心区向环形区的内循环运动,在相同流化风速度下,沿床高压降随循环物料的增加而变大,在相同的物料循环量,沿床高压降随着流化风速的增加而减小。

关键词:循环流化床;气固运动特性;数值研究中图分类号:TK16 文献标识码:ANu m erica l Si m ulati on of Gas -Soli d F l ow i n CFBBA I Zh i-gang ,YANG Chen(Pow er Eng i neer i ng Co llege ,Chongqi ng U nivers it y ,Chongqi ng 400044,China)ABSTRACT :C ircu lati on fl u i d i zed bed (CFB)has been used i n m any fie l d such as energy ,che m ical eng i neeri ngand env iron m ent etc .Bu t the understand i ng o f flui d ized bed is i n a l aggard place because o f the comp licated m echa n is m and i nteracti on a m ong hydrodyna m i cs ,heat transfer and combustion ,so t he understandi ng of co m pli cated hydro dynam i cs in CFB reactor is s i gnificant to the design and ope ration o f CFB.An Eu l e r t w o-flui d model is estab lished to s i m u l a te the gas-partic l e t urbu l ent flo w i n a CFB reactor wh i ch adopts t he techno l ogy o f co m busti on to re tro fit i n th i s pape r .The model is coded to s i m u l a te the t hree-di m ensiona l fl ow i n t he CFB by m eans of FLU ENT CFD soft ware and the affec tion o f the so lid phase concentra tion d i str i bu tion .The so li d phase ve l oc ity and pressure distr i bution of CFB are st udied and ana lyzed .The resu lts show tha t the fl ow pa ttern i n t he secti on of a CFB consists o f a core-annu l a r fl ow reg i m e i n w hich the so li d density near the wa ll reg i on is higher than that i n the cen ter o f the reactor ;t he pa rtic l es m ove fro m the center to t he annu lar zone i n the sa m e section ;at the fi xed fl u i d i zed a i r ve l oc ity ,t he press ure drop in the reactor i ncreases w ith the i ncrease o f c i rculati ng m ass and the pressure drop i n t he reactor decreases w it h the i ncrease o f t he flui d ized a ir veloc it y w it h t he sa m e c irculati ng m ass .KEY W ORDS :Characteristics o f gas-soli d flo w;N u m er ica l si m ulati on1 引言能源与环境是当今世界发展的两大问题,而石油资源日益紧张,使世界各国将能源结构的比例从燃油(天然气)向煤转移,我国是产煤大国,已经探明的煤的储存量达到八亿多吨,目前一次能源消耗中煤炭占76%,在可见的今后若干年内还有上升的趋势,而且这些煤炭中又有84%是直接用于燃烧的,但其燃烧的效率不高,并且燃烧所排出的大气污染物还没有得到有效的控制,可见发展高效的清洁煤燃烧技术是亟需解决的问题。

不同压力下喷动流化床气固流动特性的数值模拟研究

３．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｅｎＣｏｎｔｒｏｌ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｍｉｘｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｐｏｕｔ — ｆｌｕｉｄｂｅｄｗｅｒｅｂａｓｅｄｏｎｕｎ— ｓｔｅａｄｙｅｕｌｅｒｉａｎｍｕｌｔｉ — ｐｈａｓｅｆｌｏｗｍｏｄｅｌａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｋ— Ｅ－ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｐｏｕｔ－ｆｌｕｉｄｂｅｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ
ｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔａｂｌｅｓｐｏｕｔｅｄａｒｅａｉｎｔｈｅｂｅｄｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｌｆｕｃｔｕａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｆｌｏｗ

流化床燃烧技术

鼓泡流化床燃烧技术的主要特点如下。
① 流化床床内混合剧烈，燃烧稳定，其燃料适应性很强，几乎可以燃烧所有燃料。 ② 低温燃烧特性可以实现炉内加脱硫剂进行直接脱硫，而且可以利用低灰熔点的燃料。 ③ 低温燃烧和分级燃烧可以较好地控制煤燃烧过程中NOx的生成。 ④ 通常燃用宽筛分燃料颗粒（如0-8mm，0-10mm），床料的组成也比较复杂。 ⑤ 流化床运行速度较低，一般在2-4m/s之间，燃烧室内运行在鼓泡流化状态，可以明显分为下部高颗粒浓度的流化床区（密相区）和上部颗粒浓度很低的稀相区（悬浮段）。
1.2.3 循环流化床的气固两相流体动力特性
一般来说，循环流化床锅炉炉膛截面积形状大都是矩形或方形的，其高度与截面当量直径之比要小得多，而且炉膛通常布臵垂直的膜式水冷壁以吸收热量。循环流化床锅炉的炉内床料是宽筛分的粗颗粒，如中国循环流化床锅炉常用的煤粒粒径为0-10mm。
项目截面形状直径/m 高度与当量直径比反应器壁面床料分布及平均直径/mm 循环流化床锅炉大都为矩形 4-8(当量直径） <5(10) 膜式水冷壁（垂直管和鳍片）约0.2
为了克服这些问题，通过把燃烧室内的流化床速度从原来的2-4m/s提高到4-6m/s甚至更高后，把更多的床料颗粒从燃烧室下部的密相区带到了上部稀相区，这样不仅使得更多的燃料在上部稀相区燃烧，而且也通过这些携带的大量细灰颗粒从密相区带出了大量热量，从而使得燃烧室上部颗粒浓度增加，燃烧室温度分布均匀，而密相区内则不再需要布臵埋管受热面吸热。同时通过布臵飞灰颗粒分离及回送装臵，把携带出燃烧室细灰颗粒中不完全燃烧的燃烧颗粒或未完全反应的脱硫剂颗粒重新送回到燃烧室内循环燃烧或利用，从而大大提高燃料燃烧效率和脱硫剂利用率。这种状态运行的流化床燃烧技术称为循环流化床燃烧技术，近三十年内得到快速发展的一种新型燃烧技术。

三维旋流喷动流化床气固两相流动特性模拟

三维旋流喷动流化床气固两相流动特性模拟龙新峰;刘意;楼波;钱炜【摘要】为了从理论基础上研究带风帽的旋流喷动流化床干燥器内气固两相流流动特性,采用欧拉多相流模型对一台旋流喷动流化床试验台进行三维数值模拟,分析了各种不同底部进风速度V底与切向进风速度V切比例对旋流喷动流化床干燥器内的气体速度分布和颗粒速度分布特性的影响,以及当V底/V切为30 m· s-1/30 m·s-1时,探讨了气固流动状态随时间的变化规律.研究结果表明:增大V切,有利于增加近壁面区域的气体流动速度和促进气固相的充分混合,增加气体和颗粒相的接触面积,有利于减少气相流动死区,降低黏性物料对筒体壁面的粘附程度.但由于切向风的卷吸作用所形成的负压会导致轴向气流减弱,不利于筒体中心区域气流的轴向发展,降低了轴向风对颗粒层的穿透效果.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)008【总页数】6页(P1210-1215)【关键词】旋流喷动流化床;干燥;气固流动特性【作者】龙新峰;刘意;楼波;钱炜【作者单位】华南理工大学化学与化工学院,广东广州 510640;华南理工大学化学与化工学院,广东广州 510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TQ051.10 引言近年来，由于具有较高的传热和传质效率、干燥效率高、程度深、处理量大和便于操作等优点，流化床干燥器被广泛用于化工、食品、聚合物等行业。

东南大学热能所还将循环流化干燥技术应用于污泥等干燥工程中[1]～[3]。

在实际干燥过程中，干燥器内的气体流动和气固相相互作用规律对于干燥效率有很大影响，但在实际过程中较难测量，因而通过CFD软件对流化床干燥器内气固流动特性进行数值模拟，对了解干燥过程中的颗粒运动很有必要。

目前，对于流化床的数值模拟主要是基于欧拉双流体模型和颗粒动力学理论对喷动流化床进行二维模拟。

第二章循环流化床的基本理论

义为TDH。
2020年4月2日
第二节流态化及其典型形态
一、流态化
1. 流态化现象
固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的现象（气体和液体作为流化介质）
2. 流态化
由于固体颗粒群与气体（或液体）接触时固体颗粒转变成类似流体的状态
3、气固流态化
在流化床锅炉燃烧中，流化介质为气体，固体煤颗粒及其燃烧后的灰渣被流化
➢ （2）腾涌（节涌 —— 发生腾涌时，床面以某种有规律的频率上升、破裂，风压剧烈波动，燃烧不稳定，在床料断层下部易引起结焦
2020年4月2日
第三节循环流化床的流体动力特性
循环流化床装置
下部颗粒密相区和上部上升段稀相区的循环流化床、气固物料分离装置、固体物料回送装置等三个部分组成的闭路循环系统
六、夹带和扬析
3. 夹带、扬析的重要性
➢ 合理组织燃烧和传热 ➢ 保证足够的循环物料 ➢ 烟气中灰尘达到排放标准
4. 输送分离高度（TDH，Transport Disengaging Height）
➢ 粗颗粒ut> u0 →经过一定的分离高度后重新返回床层 ➢ 细颗粒ut< u0 →被夹带出床体 ➢ 自由空域内所有粗颗粒都能返回床层的最低高度（高度从床层界面算起）定
2020年4月2日
一、颗粒浓度分布
1. 各种流态化形态下的颗粒浓度分布
➢ （4）颗粒混返（固体物料内循环） • a. 小颗粒随气流上升，部分碰撞下落，总趋
势向上 • b. 大颗粒中心处上升，一定高度时在边壁处
下落 • c. 床层各截面上，颗粒平均速度沿轴向增大
直至趋于恒定（床层足够高） • d. 若R一定，平均颗粒速度随u0增大而增大；
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床形结构对气固流化床流化质量和气体返混特性的影响

床形结构对气固流化床流化质量和气体返混特性的影响张永民;卢春喜【摘要】用实验方法比较了一个二维床和一个大型三维床内FCC颗粒流化床在鼓泡域和湍动域内的流化质量和气体返混特性.实验结果表明,床形对A类颗粒气固流化床具有非常大的影响.二维床和三维床的流动和气固混合行为既具有相似性,如床膨胀随气速的变化趋势;也具有很大的差异性,既包括三维床流化质量差、轴向气体扩散系数大等量上的不同,又包括压力脉动、轴向气体扩散系数的变化趋势以及湾流模式等质上的不同.总之,在本研究中,二维床体现的是一种具有强烈壁效应的小型流化床的特征,而三维床则体现的是静床高度具有很大影响的大型流化床的特征.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2010(061)009【总页数】9页(P2296-2304)【关键词】床形;流化床;二维;三维;流化质量;返混【作者】张永民;卢春喜【作者单位】中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】O6-332Abstract：The fluidization quality and gas back-mixing property in a two-dimensional and a large-scale three dimensional gas-solids fluidized bedsof FCC particles were compared in the range containing both bubbling and turbulent flow regimes.The experimental results indicated bed shape’s sound effects on fluidized beds of Geldart A particles.The hydrodynamics and gas-solids mixing demonstrated both similar and different properties in the two-dimensional and three dimensional beds.The bed expansion with increasing superficial gas velocity showed similar trends in both beds.However,the fluidization quality and axial gas dispersion coefficient were much lower in the three-dimensional beds.Moreover,there were different trends of pressure fluctuation and axial gas dispersion coefficient with increasing superficial gas velocity and even different gulf streaming patterns in the two beds.In general,it can be concluded that the two-dimensional bed in this study represented a small-scale bed with strong wall effect,while the threedimensional bed represented a large-scale bed with strong effect from static bed height.Key words：bed shape;fluidized bed;two-dimensional;three-dimensional;fluidization quality;backmixing作为一种重要的两相接触方式,气固流态化已经广泛应用于石化、能源、化工等众多国民经济支柱产业中。

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅰ：颗粒体积分数分布特性

观气速的增加而减小．固体通量和操作气速一定的情况下，在增加操作压力可以显著提高上升管内表观颗粒体积分数，并使其轴向分布更加均匀．
关键词：气固两相流；环流化床；循加压；动特性；流颗粒体积分数
中图分类号：Ｋ２Ｔ２２
（ｃｏｌｆＥｅｇｎｎｉｎｎ，Ｓｕｈａｔｉｅｓｙ，ｎｊｇ２０９ＣｉａＳｈｏｏｎｒｙａｄＥｖｒｍｅｔｏｔｅｓＵｎｖｒｔＮａｉ１０６，ｈｎ）ｏｉｎ
（ＥｅｇｅｈｏｏｉｓＲｓａｃｎｔｕｅＵｉｒｔｆｔｎｈｍ，ＮｔｎｈｍＮＧＲＵｎｒｙＴｃｎｌｇｅｅｅｒｈＩｓｔｔ，ｎｖｓｏｔｇａｉｅｉｙＮｏｉｏｔｇａ７２Ｄ，Ｋ）ｉ
ｍｏｅｕｉｏｒｎ．ｒｎｆｒ
Ｋｅｒ：ｇｓｓｌｗｏｐａｅｆｏ；ｃｒｕａｉｇｆｕｉｉｅｅｙｗｏｄｓａ — ｏｉｔ — ｈｓｗｄｌｉｃｌｔｎｌｄｚｄｂｄ；ｐｅｓｒｚｄ；ｆｏｃｒａｔｒｓｉｓ；ｒｓｕｅｉｌｗｈａｃｅｔｃｉ
文献标志码：Ａ
文章编号：０１００（０２０－３８０１０ — ５５２１）２００－５
Ｅｘｅｉｅｔｌｒｓａｃｆｇｓｓｌｄｆｏｂｅａｉｒｐｒｍｎａபைடு நூலகம் ｅｅｒｈｏａ —ｏｉｗｈｖｏｓｌ
类颗粒在提升管内的压降和表观颗粒体积分数分布特性．实验结果表明，升管压降随固气质量上比的增大而线性增加，加的速率随操作压力的增加而增加，基本不受操作气速和固体通量的增且影响．压条件下，加表观颗粒体积分数呈上小下大的分布，随固体通量的增加而增加，且随标态表