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双循环流化床颗粒循环流率的冷态实验研究与预测

更新时间:2016-07-05

符号说明

Hc——收集装置中的堆积高度,m

ρb——石英砂堆积密度,kg/m3

Gs——快速床中单位面积颗粒循环流率,kg/(m2·s)

Ssp——立管横截面积,m2

Sfb——快速床横截面积,m2

在《我从事革命斗争的略述》的字里行间,我们可以看到,在方志敏的人生经历中,遇到的困难和遭到的挫折都比一般常人要多。然而方志敏为党的事业、人民的幸福而贡献一生的人生价值观的坚定性和乐观性,则是一般常人所难以达到的。正是有了这种坚定的、乐观的为党的事业和人民的幸福而贡献一生的人生价值观,才有了方志敏的宽阔的政治胸襟、高尚的思想情操、执着的革命精神,也才有了方志敏面临死亡却仍然“抱着积极奋斗的人生观”。

Utr,0.21——dp=0.21 mm颗粒进入快速流态化时的速度,m/s

双循环流化床装置包括鼓泡流化床(生物质气化反应区)和快速流化床(燃烧反应区)。在鼓泡流化床(以下简称鼓泡床)中,生物质与水蒸气等气化剂进行反应,生成的CH4、CO和H2等气化产物经分离、净化装置后进行储存,而生物质未完全气化的半焦等与惰性热载体(提供气化反应所需热量)一并进入快速流化床(以下简称快速床),在该区与空气混合燃烧,释放的热量被热载体吸收。燃烧形成的飞灰经分离装置后与烟气进入后续处理装置,而分离装置分离下来的热载体再次进入鼓泡床,为气化反应提供热量,持续进行两床间的循环[9]

Ub——鼓泡床流化风速,m/s

Utr,0.35——dp=0.35 mm颗粒进入快速流态化时的速度,m/s

Hb,int——鼓泡床静床层高度,mm

我的工作其实很简单,就是跟吴小哥讲一讲古家庄的事。比如,吴小哥会回忆起村里的两个水湾,一个种着芦苇,一个长着莲藕。每当吴小哥讲的时候,我就听着,其实,古家庄和李家庄也没有什么大的区别,都是有水湾,而湾边必定有几棵老柳树,树上有老鸹窝,水呢必定是澄清的,能看到鱼游来游去,人们吃水都去湾边的井台去挑。讲完了水井,便讲村里的住房,房顶上挂了红色的瓦片,这就省了雨季泥屋的活计。院子里总有几棵老榆树和几丛蓖麻,蓖麻的荫凉里,一只老母鸡领着一群刚抱窝的小鸡仔,一些公鸡还会张开翅膀扑拉拉飞到房顶上。村南是大片的玉米地,过了八月十五,金黄的玉米就挂在屋檐下,有的人家一直要挂到来年的立夏。

dft——返料管直径,mm

Utr,0.49——dp=0.49 mm颗粒进入快速流态化时的速度,m/s

Δt——物料达到一定高度时的时间,s

Ufb,s——快速床二次风速,m/s

由图4可以看出,随着Hb,int的增加,3种粒径颗粒的循环流率均有不同程度的增大,但增大速率略微不同。以dp=0.21 mm颗粒为例,当Hb,int为200 mm时,颗粒循环流率为17.43 kg/(m2·s);当Hb,int为240 mm时,颗粒循环流率为20.41 kg/(m2·s);当Hb,int为280 mm时,颗粒循环流率为21.45 kg/(m2·s)。这是因为Hb,int增加,引起鼓泡床物料量增加。相同工况下,返料管进口处上方的物料数量和浓度均有不同程度的增大,返料口处的压力升高,推动更多的物料进入返料管和快速床中参与循环。颗粒循环流率的增大速率存在差异可能与颗粒特性和床体结构等有关。

随着社会的发展,人类对能源的需求量不断增加,但煤等化石燃料仍是主要的能源供给原料。由于煤特别是优质煤的储量不断下降,劣质煤种燃烧产物又存在难以消除的缺点,如何实现煤的高效清洁燃烧和寻求新的能源替代成为众多研究者关注的重点[1]

Xfb,f——快速床中一次风量比例

Ufb——快速床总流化风速,m/s

Ufb,f——快速床一次风速,m/s

总而言之,我国国库集中支付制度推广了十几年,这项制度对高校财务管理造成了较大影响,有利于高校财务管理体系的构建。从当前情况来看,很多高校在财务管理系统方面仍不够完善,在未来的发展中,高校领导要转变观念,充分认识到国库集中支付制度的优点、注重高校内部预算管理的科学化、优化财务管理组织机构、建立完善的财务信息管理系统、拓宽办学资金来源,以高校国库集中支付给财务管理制度带来的变化为出发点,强化自身财务管理体系的构建,实现高校的正常运行和教育目的。

她用做暑期工的钱买了一张去上海的火车票,和用姨妈最后一点怜悯心换来的一堆营养品送去福利院,然后去了上海,在静安区一家餐厅做服务员,开始了新生活。

Hb——鼓泡床反应器高度,mm

4G试点正稳步推进。2018年第四批试点支持4G网络建设,已于6月底前完成申报、评审、资金下达工作,后续由相关省份正式确定具体实施企业并签订合同。

1)滚筒体。为了实现填料同穴盘窝穴对应,需要结合穴盘的尺寸参数对滚筒体进行设计。目前市场上72孔穴盘在蔬菜生产中应用最普遍,本文采用6列12行72孔穴盘作为育苗容器。穴盘的尺寸为长540mm,宽280mm,高45mm。

我国可再生能源中生物质能源储存丰富,生物质气化技术的产物热含量在12~20 MJ/m3,其利用率高,是替代化石能源利用的新型技术[2]。循环流化床燃烧作为近几十年的新兴燃烧方式,在热量、质量和强化传递过程,固体物料稳定循环及低温的动力控制燃烧等方面具有明显的优势。在此基础上,国内外学者耦合不同形式的流化床,进行生物质气化研究[3-8],发现双循环流化床装置因强化气化过程中的反应分区,可以有效提高最终产物的生成效率和质量。

dp——颗粒平均粒径,mm

双循环流化床系统中两床间合理的物料循环流率是高效完成生物质气化过程的关键,并在一定程度上反映床内运行水平[10]。合理的物料循环流率可维持床内流态稳定,保证两床间较小的温度差值,提高产气效率。因此,笔者在自行设计的双循环流化床冷态系统上进行不同控制参数和颗粒特性下的颗粒循环流率实验研究,分析各参数对颗粒循环流率的影响,并建立其计算关联式,以期为双循环流化床系统的设计和运行提供参考。

1 实验系统

鉴于不同粒径区间物料颗粒的流化特性会对双循环流化床的物料循环产生影响,尤其是临界流化风速Umf会对不同分区内物料流态的变化起决定作用,最终影响整个系统的稳定运行,因此首先对表1中3种粒径颗粒的临界流化风速Umf进行测定,在单独的鼓泡床中采用“降速”进行不同粒径区间临界流化风速的测量。具体方法是在实验开始阶段首先通入较高流化风速(高于临界流化风速)的空气,然后逐渐降低流化风速,并记录每个流化风速下的床层压降,所绘制的压力-流速特性曲线如图2所示。

1-送风机; 2-蝶阀; 3-转子流量计; 4-快速床风室; 5-鼓泡床风室; 6-快速床布风板; 7-鼓泡床布风板; 8-快速床反应区; 9-旋风分离器; 10-立管; 11-物料收集装置; 12-鼓泡床反应区; 13-旋风分离器; 14-下部返料管; 15-二次风进口

图1 双循环流化床冷态实验系统

Fig.1 Cold state test apparatus of a double-circulating fluidized bed

2 实验方法与物料

实验时,首先在鼓泡床中加入一定高度的循环物料量后开启风机,调整风量稳定后,启动快速床侧风机,依次开启二次风控制蝶阀和一次风控制蝶阀,待工况稳定后,快速关闭立管处的收集装置,该装置上开有75 μm的小孔,即可顺利通过空气,同时对循环物料进行有效收集。测量一定时间Δt内,收集装置内物料所能达到的高度Hc,根据物料堆积密度和各装置的尺寸,最终由式(1)计算快速床区域的颗粒循环流率。实验过程中各参数的选取见表1。

(1)

表1 实验参数汇总

Tab.1 Experimental parameters

参数数值鼓泡床流化风速/(m·s-1)0.75,0.84,0.94,1.03,1.13,1.22快速床总流化风速/(m·s-1)4.40,4.72,5.04,5.36,5.68,6.00一次风速/(m·s-1)0.32,0.63,0.94,1.26,1.57二次风速/(m·s-1)4.09,4.40,4.72,5.04,5.36,5.68鼓泡床静床层高度/mm200,240,280颗粒平均粒径/mm0.21,0.33,0.49

3 实验结果与分析

3.1 临界流化风速

自行设计搭建的双循环流化床冷态实验系统见图1。为便于观察实验过程中的物料流化现象,选用6 mm厚的有机玻璃搭建实验系统,其主要构件包括快速床、旋风分离器、立管、鼓泡床、下部返料管以及其他辅助装置。其中鼓泡床为圆柱形,内径为200 mm,高度为2 m;快速床内径为75 mm,高度为6 m;立管内径为50 mm,下端距离鼓泡床布风板10 cm,运行过程中保证立管下端出口位于物料中;下部返料管内径为30 mm,布置角度为55°,上端进口与鼓泡床布风板的距离为8 cm。布风装置采用密孔板式,开孔率为25%,开孔直径为6 mm,为防止物料进入风室,在密封孔板上铺设一层孔径为160 μm的筛网。快速床二次风进口布置在距离布风板15 cm的高度位置,采用4个风口切向布置的方式,单个喷口横截面积为4.906×10-3 m2。实验系统中不同分区的送风由2台风机分别提供,风机型号为9-26No5.6,送风管道上设有转子流量计和蝶阀,分别测量和控制空气流量,调整不同分区的流化风速。实验中循环物料选用石英砂,其真实密度为2 450 kg/m3,堆积密度为1 480 kg/m3,球形度为0.57,颗粒粒径范围为 0.150~0.550 mm,对其进行物料筛分,根据不同比例配比获得不同颗粒平均粒径(dp=0.21 mm、0.33 mm和0.49 mm)的物料。采用吹空法[11-13]对3种颗粒平均粒径下的颗粒在本实验系统中达到快速流态化时起始输送速度进行测定,可得Utr,0.21=2.85 m/s,Utr,0.33=3.36 m/s,Utr,0.49=4.06 m/s。

图2 不同颗粒平均粒径物料的压力-流速特性曲线

Fig.2 Pressure-flow rate characteristics curve of materials under different dp

由图2可以看出,各粒径区间石英砂颗粒均具有较好的流化特性,适合作为双循环流化床系统中的流化介质,可以强化生物质颗粒的流化特性。由图2还可以看出,dp=0.49 mm、0.33 mm和0.21 mm 3种粒径区间物料对应的临界流化风速分别为0.515 m/s、0.246 m/s和0.163 m/s,随着dp的增大,单颗粒物料重力增加,流化所需的曳力和气体对颗粒的浮力增加,从而使完全流化时对应的Umf相应增加[13]。在临界流化风速测定结果的基础上对双循环流化床冷态实验系统的各参数进行选取,以保证实验时物料完全流化。临界流化风速的测定结果对双循环流化床气化、燃烧工况的控制参数选取具有指导作用,便于整个颗粒循环流率的控制。

3.2 鼓泡床流化风速的影响

在本实验系统中鼓泡床区域主要进行生物质气化反应。其反应效率与生物质颗粒、流化介质间的混合和流动特性有关,因此通过实验来研究鼓泡床流化风速对颗粒循环流率的影响,实验方法为固定其他控制参数,依次改变鼓泡床流化风速Ub,测量各流化风速下的颗粒循环流率Gs(见图3),其中Hb,int=240 mm,Ufb,f=1.26 m/s,Ufb,s=4.72 m/s。

由图3可以看出,随着鼓泡床流化风速的增加,颗粒循环流率呈缓慢增大趋势,但增幅较小,且在某些工况下出现波动。如3种粒径下颗粒循环流率增幅最大的为dp=0.49 mm,Ub从0.75 m/s增加到1.22 m/s时,颗粒循环流率从14.21 kg/(m2·s)增大到15.5 kg/(m2·s),增幅仅为9.11%。造成该种现象的原因是实验条件下Ub大于Umf,整个床层进入完全流化状态。即使流化风速增加,床层压力基本保持不变[14],返料管进口处的压降和提供给物料颗粒在两床之间循环的动力压降基本为定值,因而颗粒循环流率基本保持不变。

图3 鼓泡床流化风速对颗粒循环流率的影响

Fig.3 Effect of Ub on Gs

3.3 鼓泡床静床层高度的影响

鼓泡床静床层高度Hb,int代表整个系统内循环物料量,其值的大小影响到床层浓度以及两床之间的压差,进而影响到颗粒循环流率的大小。分别对3种Hb,int下的颗粒循环流率进行实验测量,得到静床层高度对颗粒循环流率的影响见图4,其中Ub=0.84 m/s,Ufb,f=0.63 m/s,Ufb,s=4.40 m/s。

Umf ——临界流化风速,m/s

图4 鼓泡床静床层高度对颗粒循环流率的影响

Fig.4 Effect of Hb,int on Gs

3.4 颗粒平均粒径的影响

循环物料颗粒平均粒径直接体现其流化特性,从而影响到双循环流化床系统内的颗粒循环流率。不同工况下颗粒循环流率与颗粒平均粒径的关系见图5,其中Ub=0.84 m/s, Ufb,f=0.94 m/s,Ufb,s=4.72 m/s。

由图5可以看出,在3种不同静床层高度下,随着dp的增大,颗粒循环流率减小。当Hb,int为240 mm,dp从0.21 mm增大到0.49 mm时,颗粒循环流率从22.5 kg/(m2·s)减小至10.77 kg/(m2·s),减小趋势明显,且床层越高时,颗粒平均粒径对颗粒循环流率的影响越大。这是因为当颗粒平均粒径较小时,颗粒的临界流化风速较小,在相同流化风速时,较多的颗粒能够经返料管进入快速床中。在快速床中,又因其具有较小的终端速度,密相区流化状态较好,较多的物料可由飞溅区进入到稀相区,最终经旋风分离器,进入鼓泡床参与整个循环[15]。随着dp的增大,流动阻力相应增大,气固间相对速度减小,颗粒不易流化,使得可进入燃烧室的物料量减少,且燃烧室中能够进入稀相区参与循环的物料量减少,都会导致颗粒循环流率减小。此外返料管对颗粒平均粒径较大颗粒的阻力作用明显大于对颗粒平均粒径较小颗粒的阻力作用,也在一定程度上加剧了颗粒循环流率的减小趋势。

图5 颗粒平均粒径对颗粒循环流率的影响

Fig.5 Effect of dp on Gs

3.5 快速床配风的影响

快速床内的风分为一次风和二次风2种形式,2种风量比例在一定程度上影响了床内颗粒的流动特性,从而影响整个系统内的颗粒循环流率。在快速床给风量相同时,对不同一次风量比例下的颗粒循环流率进行测量。实验过程中将一次风速、二次风速统一折算到快速床横截面积下进行计算。

图6给出了不同一次风量比例Xfb,f对颗粒循环流率的影响,其中Ub=0.84 m/s,Ufb=5.68 m/s。由图6可以看出,当快速床总流化风速一定时,随着一次风量比例的增加,颗粒循环流率总体呈增大趋势,但增大速率逐渐减小,以dp=0.21 mm,Hb,int=200 mm工况为例,当Xfb,f为5.55%时,颗粒循环流率仅为7.10 kg/(m2·s);当Xfb,f为11.1%时,颗粒循环流率迅速增大至22.42 kg/(m2·s);而当Xfb,f为27.8%时,颗粒循环流率只增大了4.42 kg/(m2·s)。其原因可能是一次风量的增加将增大飞溅区出口处的物料浓度,到达稀相区和快速床出口的物料量增加,快速床携带颗粒的能力增强,参与两床间循环的概率增大,从而导致总的颗粒循环流率增大。另一方面,当一次风量比例达到一定程度后,继续增加一次风量,一次风会对返料管中物料的进入产生一定的阻力,从而控制由返料管进入到快速床中的物料量趋于稳定,且在总风量一定的情况下,因一次风作用由飞溅区进入稀相区的物料量变化不大,最终共同导致颗粒循环流率增大速率随快速床总流化风速的增加而逐渐变缓。

And his mother fell across the edge of the brick bed,sobbing and cursing.

图6 快速床中一次风量比例对颗粒循环流率的影响

Fig.6 Effect of Xfb,f on Gs

dp=0.21 mm,Hb,int=240 mm,Ub=0.84 m/s,Ufb=5.68 m/s时,不同一次风量比例下快速床的压力分布见表2。由于二次风进口及其下方压力波动较大,p1为快速床二次风进口上方2 cm位置处压力值,p2为快速床出口位置处压力值,其具体位置布置见图1。

表2 快速床的压力分布与压降

Tab.2 Pressure distribution and drop in the fast fluidized bed

Xfb,f/%p1/Pap2/Pa(p1-p2)/Pa5.55135072063011.1154581073516.6176094082022.21850100085027.818801020860

由表2可以看出,随着快速床中一次风量比例的增加,物料通过二次风进入飞溅区,参与循环的总物料量增加,因此快速床进口和出口压力均有一定程度的升高,且整个快速床的压降逐渐趋于稳定值,这与韩磊[16]的研究结果一致。实验工况下压力的变化过程表明整个快速床的气体对颗粒的携带能力趋于饱和,从而导致当Xfb,f超过27.8%后,颗粒循环流率增大不明显。

3.6 快速床总流化风速的影响

快速床总流化风速主要对快速床中物料浓度和流动特性等产生影响,从而影响颗粒循环流率。采用依次增加二次风速(保证一次风速为固定值)的方法研究快速床总流化风速对颗粒循环流率的影响,结果见图7,其中Ub=0.84 m/s。

集中式新能源发电产生的纯技术问题基本都与新能源发电和传输中使用电力电子器件相关,体现为:遇交流系统故障时,换流站容易出现换相失败;换流站交流出线重合闸失败时,交流出线断路器可能不能成功开断短路电流,从而导致故障范围扩大;新能源发电的某些电力电子特征会影响电压稳定及产生次/超同步振荡;新能源发电相关设备的非线性、直流与非工频性会带来谐波。

由图7可以看出,颗粒循环流率随着快速床总流化风速的增加而增大,且在较小风速下的增幅较大,达到某一风速后,颗粒循环流率的增幅逐渐变缓。以dp=0.49 mm,Hb,int=200 mm,Ufb,f=0.63 m/s为例,当快速床总流化风速从5.04 m/s增加至5.36 m/s时,颗粒循环流率增大了4.496 kg/(m2·s);而在快速床总流化风速从5.36 m/s增加至6.00 m/s的过程中,颗粒循环流率只增大了2.140 kg/(m2·s)。其原因是快速床总流化风速(二次风速)增加在一定程度上减小了快速床稀相区物料浓度,导致快速床整体压降降低,与鼓泡床间的相对压降升高,提供给物料循环的动力增加。在快速床总流化风速较小时,其值的改变对稀相区物料浓度的影响较大,从而使得两床间相对压降较高,驱动较多物料进行循环,故颗粒循环流率增幅较大;而在快速床总流化风速较大时,其值的改变对稀相区物料浓度的影响减弱,相对压降变化不再明显,因而颗粒循环流率的增幅逐渐变缓。

石英占矿物总量的56.1%,主要呈他形、半自形粒状以及粒状集合体分布(图1a、图1c),粒度约为0.1~8 mm。黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和磁黄铁矿等硫化物矿物常分布于石英粒间以及多个石英颗粒组成的粒间孔洞中;黄铜矿、闪锌矿和方铅矿等硫化物矿物集合体常发育于石英裂隙和粒间孔洞中(图1a、图1b),由于受到应力作用的影响,粒径较大的石英常具波状消光及应力裂纹。

无线充电技术(Wireless charging technology)成为一种必然趋势已被业内广泛认同[1]。其是在不借助金属导线以及其他物理连接的条件下,基于电磁感应或其他交流感应理论,在发射端和接收端之间实现电能传输的技术[2]。

“我的电影中各种对立的电影词汇、桥段、元素和经验都会相互碰撞,2D和3D只是其中的一种。”毕赣说,《路边野餐》是一部关于时间的电影,很多人误以为里面的那个长镜头是一个梦,这是一个超现实段落,但它肯定不是梦,又有梦的特征和质感。在他看来,《地球最后的夜晚》到了后半段,是一部关于梦和记忆的电影,记忆的质地、梦的质感,跟3D的立体感非常像。

图7 快速床总流化风速对颗粒循环流率的影响

Fig.7 Effect of Ufb on Gs

3.7 颗粒循环流率预测

双循环流化床冷态实验系统中颗粒循环流率与鼓泡床流化风速、静床层高度、颗粒平均粒径、快速床总流化风速及一次风量比例有关,在已测得的各工况下颗粒循环流率数据的基础上,采用多元回归方法建立计算关联式:

Gs=

(2)

颗粒循环流率实验值与模型预测值的比较见图8。由图8可以看出,两者的误差在-18.2%~20.4%,说明该关联式能够较好地预测颗粒循环流率,可为双循环流化床系统的设计和运行控制提供参考。

我不知道我跟林昏晓之间是怎样克服了种种障碍而维持着长久关系的,但我知道林昏晓闯入我的生命中来,不是一个偶然因素,而是出自于古意的背后安排。

图8 颗粒循环流率实验值与模型预测值的比较

Fig.8 Comparison between test value and model prediction

4

(1) 随着鼓泡床流化风速的增加,颗粒循环流率变化不明显;随着快速床中一次风量比例和总流化风速的增加,颗粒循环流率均增大,但达到一定值后,其增幅逐渐变缓。

(2) 颗粒循环流率与鼓泡床静床层高度和颗粒平均粒径均有一定关系,随着静床层高度的增加而增大,随颗粒平均粒径的增大而减小,且颗粒平均粒径的影响程度较大。

(3) 通过对各工况实验数据进行回归,建立了颗粒循环流率的预测模型关联式,由关联式计算所得的颗粒循环流率与实验值的误差在-18.2%~20.4%,该关联式能够较好地预测颗粒循环流率,可为双循环流化床系统的设计和运行控制提供参考。

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陈鸿伟,杨新,梁占伟,许文良,孙超
《动力工程学报》 2018年第05期
《动力工程学报》2018年第05期文献

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