鼓泡床
流化床焚烧炉简介
流化床焚烧炉简介流化床焚烧炉是在炉内铺设定厚度，一定粒度范围的石英砂，通过底部布风板鼓入一定压力的空气，将砂粒吹起处于流化状态。
流化床焚烧炉燃烧温度一般控制在800~900℃,砂床蓄热量大，气一固混合强烈，传热传质速率高，具有极好的着火条件，垃圾入炉后即和炽热的石英砂迅速处于完全混合状态，垃圾受到充分加热、干燥，燃烬率高。
流化床焚烧炉主要有两种形式：鼓泡床焚烧炉和循环流化床焚烧炉。
(1)鼓泡床焚烧炉典型的鼓泡床焚烧炉结构如图所示。
鼓泡床焚烧炉垂直流化速度多在0.6～2m/s之间，而砂床最小深度则取决于必须维持焚烧所需的最低过剩空气量及使废物完全燃烧的条件下的数据加以设计，一般设计高度约在0.6～1.5 m间。
鼓泡床炉体主要由流化床和悬浮段炉膛两部分组成。
典型的鼓泡床焚烧炉结构图(2)循环流化床焚烧炉循环流化床通过高流化速度使炉床所含粗砂和废物颗粒向上浮出，并经固体回收分离装置(一般用旋风分离器)将烟气中的砂粒和燃烧完全或未完全的废物通过高温底管及返料器再循环送入炉内而形成一高度混合的燃烧反应区，使废物能在足够的停留时间内被分解、破坏和焚烧。
典型的循环流化床焚烧炉结构如图所示。
循环流化床的垂直流化速度一般在3.6～9m/s之间，约为鼓泡床的2～10倍。
而单位时间由旋风分离器收集循环进入炉内的固体物料量(含床砂和燃烧过程产生的固体物)除以单位时间内焚烧废物量的值(即固体颗粒循环比)则介于50～100之间。
通过这种方式，流化床温度分布将吏为均匀一致，在一般操作时焚烧温度的上限都维持在850～900℃,整体而言，虽比鼓泡床焚烧炉操作温度低，却具有足以处理有害废物达到比规定的破坏去除率(DRE)更高的能力。
循环流化床燃烧技术是在鼓泡床基础上发展起来，具有更优异的性能。
流化床焚烧炉适合燃烧废油脂，工业有机污泥以及低热值呈颗粒状的废物。
对于尺寸较大的废物，一般需要进行破碎等预处理，使其控制在适合的粒度范围。
流化床焚烧炉不适宜处理含有低熔点盐类较多的废物，焚烧该类废物容易使床料粒子烧结团聚，从而导致流化状态恶化。
气液鼓泡床泡罩式气体分布器流场的CFD模拟
笔 者利 用三 维模 型对泡 罩气 体分 布器 的性能 进行 气 体单 相数 值模 拟 ， 较 系 统 地从 分 布 器 的各 种 设
计 参数 对其 布气 性 能 的影 响进 行 分 析 ， 从 而得 出 各 参数 对分 布器 性 能 影 响 的一 般 规 律 ， 为 泡 罩分 布器 的优化 及设计 提 供基础 理论 和优 化思路 。
３ ４ １ ３正
气 液 鼓 泡 床 泡 罩 式气 体 分 布 器 流 场 的 ＧＦ Ｄ模 拟
巫春 连 魏耀 东 蔡连 波 陈 强
（ １ ． 中国石油大学（ 北京 ） 化工学院 ； ２ ． 中国 石 化集 团 洛 阳石 油化 工 工 程 公 司 ）
摘 要 采 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ商 用 Ｃ Ｆ Ｄ软 件 对 气 液 鼓 泡 床 内泡 罩 式 气 体 分 布 器 单 体 进 行 了数 值 模 拟 。 以Ｕ ＝１ ２ ． ３ ４ ｍ ／ ｓ 的 入 口速 度 对 计 算 模 型 进 行 单 相 三 维稳 态模 拟 。研 究 了 泡 罩 内径 、 泡 罩 齿 片 和入 口管 开孔 分 别 对塔 内 不 均度 和 泡 罩 式 气 体 分 布 器 的 压 降 影 响 规 律 。 研 究 表 明 ， 随 着 泡 罩 内径 的 增 加 ， 塔 内不
／ ａ ，
动 量 方 程－ ￣ （ ｐ ｕ ） ＋（ ｐ ｕ ｕ ） ＝ －Ｉ ＂ －ｐ ＋ ｐ ｇ （ ）
其中， ｒ为 应力 张量 ， 由下 式计 算得 出 ：
譬 ／ ． ｔ Ｔ ： 一 ｕ
＝
／ ｚ ＋
：
ｐ
、
占
４ ；
湍 动能 ｋ的输 运方 程 ：
不 存在 非 常小 的气孔 ， 具有 防堵 塞 的突 出优点 ， 因
气液鼓泡床内的液体流速分布
第 ５ ７卷 第 ７ 期 ２０ ０ ６年 ７月
化
工
学
报
（ ｉａ Ｃｈｎ ）
Ｖ ｏｌ ７ ＮＯ． ＿５ ７ Ｊ ｌ ２ ｕｙ ００６
Ｊ ｕｎ ｌ ｏ Ｃｈ ｍｉａ Ｉ ｄ ｓｒ ａ ｄ Ｅｎ ｉｅｒｎ ｏ ｒ ａ ｆ ｅ ｃ ｌ ｎ ｕ ｔｙ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ
ｂ ｕｂｂｌ ｏ ｕ ｎ ． ｅ ｃ ｍ ｐ ｒｓ ｔ ｅ ｈｅ ｌｑ ｉ ｉｃ ａ ｉ ｎ ｍｏｄ ｌａ ｈｅ ｒ ｐｏ ｔ ｄ ｅ ｅ ｉ ｎｔ ｌｄａ ａ ｅ ｃ ｌ ｍ ｓ Ｔｈ ｏ ａ ｉｏｎ ｂｅ ｗｅ ｎ ｔ ｉ ｕ ｄ ｃｒ ｕｌｔｏ ｅ ｎｄ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘｐ ｒｍｅ ａ ｔ ｓ ｗｓ ｔ ｔｔ ｅ ｌｑ ｉ ｉｃ ａ ｉ ｈｏ ｈａ ｈ ｉ ｕ ｄ ｃ ｒ ｕｌ ｔｏｎ ｍｏｄ ｌｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍ ｏ ｉｉ ｄ ｍ ｏ ｅ ｄｄｙ ｖ ｓ ｏ ｉｙ ｄｉｔ ｉ ｔｏｎ ｎ ｎｌ ｅ ｓ ｄ ｏ ｈ ｄ ｆｅ ｄ ｌｏｆｅ ｉ ｃ ｓ ｔ ｓ ｒｂｕ ｉ ｏｔｏ ｙ
Ｋｅ ｒ ｓ ｂｕ ｙ ｗｏ ｄ ： ｂｂｌ ｏｌ ｍ ｎ；ｅ ｄｙ ｖ ｓ ｏｓｔ ｉ ｔ ｉ ｉ ｅｃ ｕ ｄ ｉｃ ｉｙ ｄ ｓ ｒｂｕｔｏｎ； ｌｑ ｄ ｃｒ ｕｌｔｏ ｉ ｕｉ ｉｃ ａ ｉ ｎ
引 言
鼓 泡 床 是 一 种 重 要 的气 液 或 气 液 固 多 相 反 应
有 很 大影 响 ，特别 是液 体返 混行 为 可 以由液 体循 环
特 性 直接决 定 ．如 何准 确地 描述 和预 测鼓 泡 床 中的
液 体 速 度 分 布 模 型 的建 立
１ １ 基 于 湍 流 黏 度 概 念 的 基 本 模 型 ．
液体 流速 沿径 向的分布 ，关 系 到鼓 泡床 反应 器 的设 计 、放大 和优 化． 因此 ，许 多 年来 它一 直是 人们 致 力探 讨 的重要 课题 之一 ＿ ］ ７． 目前 ，鼓 泡 塔 内液体 流速 分布 的研 究方 法 主要
鼓泡床锅炉省煤器应用问题浅析
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｅｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｚ ｅ ｒ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＢＦＢ Ｂｏ ｉ ｌ ｅ ｒ
Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｙ ａｔ ｉ ａ ｎ
（ Ｆ ｏ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ）Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ １ ２ ２， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｅｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｚ ｅ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｐ ｏ ｐ ｕ ｌ ａ ｒ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｄ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ＢＦ Ｂ ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｓ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｗｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ＢＦＢ ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｂ ｏ ｔ ｈ
ｈ ｏ ｍｅ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｄ ｅ ｃ ａ ｄｅ ｓ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｓ ｏｒ ｆ
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２—２ ８ 作 者简 介 ： 张亚田（ １ ９ ７ １一） ， 男， 辽宁铁岭人， 硕 士， 工程 师， 主 要 从 事 锅 炉 的设 计 及 制 造 相 关 工 作 。
反应工程-鼓泡床反应器流动特性的 CFD 研究进展
流体体积模型(VOF)
建立模型方面
欧拉－欧拉方法
Sattar 等在欧拉模型基础上耦合气泡群体平衡模型研究了 不同直径气泡的分布和平均气泡直径。
Laborde －Boutet 等选用欧拉模型研究了湍流模型对流场、 气含率等模拟结果的影响。
与建立 模型相 关的方
面
与影响 因素相 关的方
面
建立模型方面 研究方法与思路
多想流模型
01
02 湍流模型
相间作用力
03
04 气泡尺寸模型
建立模型方面
1、多相流模型
欧拉－拉 格朗日方 法
液相被视为连续相，采用欧拉观点直接求解时均纳维－斯 托克斯方程，而气泡的运动采用朗格朗日观点的离散相模型 计算得到。
4、气泡尺寸模型
➢ 气泡尺寸的大小和分布不同对曳力的计算会产生很大影响，因此不 同气泡尺寸模型对于模拟结果的准确性也会产生一定的影响。
单一气泡尺寸模型 双气泡模型
假设反应器内的气泡直径为一固定值，由实验测定或经 验关联式计算确定，这是目前使用最多的气泡尺寸模型， 尤其适合均匀鼓泡流情况。
由 Krishna 等提出，此模型假设反应器内气泡分为大气 泡和小气泡 2 种尺寸；该模型适合应用于非均匀剧烈湍 动流情况下。气泡群体平衡模型将气泡尺寸分为 N 组， 并考虑气泡之间的破碎和聚并，从而得到气泡尺寸的分 布。
混合物模型(Mixture)
建立模型方面
欧拉－欧拉方法
Ma等将 VOF 模型与连续表面力模型结合，研究了单个 气泡的形成和动力学，并系统分析了物性、操作条件、 喷嘴直径等对气泡产生、上升、轴向聚并的影响。
鼓泡床反应器的原理是怎样的？
鼓泡床反应器的原理是怎样的？
鼓泡式反应器是指气体在液相中以鼓泡方式造成混和并促进化学反应的反应器。
又称“鼓泡塔”。
属气-液相反应器。
常用的有简单鼓泡塔和气升管式鼓泡塔两种。
鼓泡床反应器是作为分散相的气体以气泡的形式进入连续的液相中的一种多相反应器，具有设计简单、传热传质性能良好、热稳定性高、混合性能佳、动力需求低等优点。
鼓泡床反应器工作原理：
液体分批加入，气体连续通入的称为半连续操作鼓泡塔。
连续操作的鼓泡塔气体和液体连续加入，流动方向可以为向上并流或逆流。
鼓泡塔多为空塔，一般在塔内设有挡板，以减少液体返混；为加强液体循环和传递反应热，可设外循环管和塔外换热器。
鼓泡塔中也可设置填料来增加气液接触面积减少返混。
气体一般由环形气体分散器、单孔喷嘴、多孔板等分散后通入。
气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层以实现气液相反应过程的反应器。
1。
内构件介绍
加氢内构件介绍
筒体及内构件的材料选择
• •
反应器属压力容器，压力容器选材一般根据其操 作条件、介质的腐蚀性和材料的经济性等综合因 素而定。 处于高温临氢工况下的压力容器选材时，还要考 虑使其在整个设计寿命期间不出现下列情况：
应力腐蚀断裂； ◆ 蠕变应变达到不允许的程度； ◆ 脱炭； ◆ 氢侵蚀； ◆ 停工期间损坏。
•
加氢内构件介绍
边壁效应对流体均匀性分布的影响
•
• •
在工业反应器上，由于反应器的直径D与催化 剂的直径DP之比远大于18～25，故边壁效应一 般是可以忽略不计的。 试验室小试因D/DP较小的缘故，影响就较大， 这也是通常小试结果要比大型工业装置效果差 的一个重要原因。 滴流床反应器的轴向返混也是存在的。但根据 Mears的研究，当催化剂床层高度H与催化剂颗 粒直径DP之比大于350时，轴向返混可以忽略 不计。
• 气流均布； • 流体在分、集气管内的流动状态； • 与静压差有关的动量交换系数。
加氢内构件介绍
固定床滴流反应器的流体流动特征
• 流体流动的形态特征
◆ 在滴流床反应器中，流体在轴向穿过催化剂
床层时，随着气、液流速的不同，将呈现出 不同的流动区域，一般可分为四种区域：
• 滴流区域 • 脉冲区域 • 喷洒区域 • 鼓泡区域
包的形式制造了我国第一台热壁加氢反应器。
•
通过消化吸收国外技术和国内自行研制开发，我国制造热 壁加氢反应器的技术日臻成熟，国产化率逐年提高。
加氢内构件介绍
锻焊和板焊式
•
鉴于国内制造厂的卷板能力，器壁厚度在120mm以内 时，反应器壳体就可用钢板卷制，然后焊接成圆筒壳。 以这种方式制造的反应器就称之为板焊式加氢反应器。
鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟
第48卷第1期2021年1月华北电力大学学报Journal of North China Electric Power UniversityVol.48,No.1Jan.,2021doi:10.3969/j.ISSN.1007-2691.2021.01.15鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD 模拟陈鸿伟,刘玉强,刘博朝,梁锦俊,贾建东,宋杨凡,王睿坤(华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003)摘要:鼓泡床密相区颗粒的混合和扩散对炉内反应速率影响巨大,研究冷态鼓泡床密相区的混合情况,对热态锅炉研究提供参考㊂采用计算颗粒流体力学(CPFD )方法,对158mm (长)ˑ158mm (宽)ˑ400mm (高)的长方体模型进行模拟㊂主要研究不同流速下,不同质量分数的压缩木屑㊁稻壳的颗粒体积分数和横向扩散系数㊂模拟结果表明,与稻壳相比,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小;生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小;扩散系数随流化风速㊁生物质的质量分数的增加而增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳㊂关键词:鼓泡床;密相区;CPFD 模拟;多组分床料;横向扩散中图分类号:TK224㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1007-2691(2021)01-0114-07CPFD Simulation of Multicomponent Bed Material Diffusion in Dense Phase Zone of Bubbling BedCHEN Hongwei,LIU Yuqiang,LIU Bochao,LIANG Jinjun,JIA Jiandong,SONG Yangfan,WANG Ruikun(School of Energy Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)Abstract :The mixing and diffusion of particles in the dense phase zone of the bubbling bed have great influence on the reaction rate in the furnace.This paper studied the mixing of particles in dense phase zone of the cold bubbling bed,thereof providing reference for the research of hot boiler.This paper adopted a computational particle fluid dynam-ics (CPFD)method to simulate a 158mm ˑ158mm ˑ400mm cuboid model.In the cuboid model,we studied the par-ticle volume fraction and lateral diffusion coefficient of compressed wood chips and rice husks with different mass frac-tions at different flow rates.The simulation results show that compared with rice husks,the larger the volume fraction of compressed wood chips is,the smaller the degree of expansion of the bed is.As the mass fraction of biomass increases,the volume fraction of particles in dense phase zone is larger,while the expansion of bed and the overall fluidization in-homogeneity of the layer is smaller.The diffusion coefficient increases with the fluidization wind speed and biomass mass fraction.Under the same mass fraction,the diffusion coefficient of compressed wood chips is slightly smaller than that of rice husk.Key words :bubbling bed;dense phase zone;CPFD simulation;multicomponent bed material;lateral diffusion收稿日期:2020-07-14.基金项目:国家自然科学基金资助项目(51606067).0㊀引㊀言㊀㊀我国是能源消费大国,每年煤炭消耗量巨大㊂煤炭主要消费在火力发电㊁冶铁㊁化工和建材行业,其中火力发电占比最大,达到50%以上㊂然而,大规模利用煤炭资源也导致环境污染和全球变暖等问题愈发严重㊂2016年12月,国家发改委印发‘煤炭工业发展 十三五 规划“,氮氧化物㊁硫化物,重金属和粉尘排放问题得到了前所未有的重视㊂流化床锅炉作为一种清洁㊁高效的燃烧㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀设备,具有燃烧效率高㊁燃料适应性广㊁排放污染物较低以及负荷适应能力强的优点[1]㊂在燃烧过程中,流化风携带大量固体颗粒进入炉膛上部,按照炉膛内颗粒浓度自下向上将炉膛分为密相区㊁过渡区和稀相区㊂密相区是气固两相最先接触的区域,与上部快速流化区域不同,密相区内颗粒浓度大,混合剧烈,呈鼓泡状态[2-4]㊂如果床料混合不均匀,将直接导致局部严重缺氧,炉膛燃烧恶化㊂密相区的混合情况直接影响燃烧和反应速率,所以密相区颗粒混合和扩散一直是学者关注的问题㊂本文研究密相区床料扩散规律,为锅炉设计提供参考㊂沈来宏分析了鼓泡流化床内颗粒混合机理,将颗粒混合过程分为,上下运动的尾迹相㊁乳化相和横向扩散的乳化相[5]㊂Leckner等人认为,低流速下仅产生大的单个气泡,高流速下气泡从底部延伸到床层表面,定性地反映了密相区颗粒混合情况[6]㊂张贤等采用示踪颗粒法重点研究了不同宽筛分粒径对横向扩散系数的影响,认为相同条件下,宽筛分颗粒扩散能力低于窄筛分颗粒,所得横向扩散系数在0.0002~0.003之间[7]㊂李斌等模拟了不同床宽㊁不同位置进风对颗粒横向㊁竖向速度的影响[8]㊂Philipp等用干冰示踪剂研究流化床底部区域径向的固体浓度分布,实验发现,颗粒地横向扩散能力明显弱于轴向扩散能力[9]㊂杜奇在冷态实验台上使用热示踪粒子,研究颗粒扩散的影响因素,发现随着给煤口高度㊁风速的增加,颗粒横向扩散系数随之增大[10]㊂由于实验条件和测量方法的限制,目前主要研究流化风速㊁床宽等,对静止床料量以及床料种类研究较少㊂特别是床料种类,不同种类的床料由于密度不同㊁成分不同,相互掺混扩散能力也不同,对床内气固流动产生影响㊂本文采用计算颗粒流体力学(computational particle fluid dy-namics,CPFD)方法模拟密相区多组分床料扩散㊂CPFD采用欧拉-拉格朗日方法,其中流体相采用欧拉法和三维时均N-S方程,针对颗粒相采用拉格朗日方法和MP-PIC(Multi-Phase Particle-in-Cell)多相模型,能够精确地模拟颗粒的组分㊁粒径㊁运动轨迹和相互作用㊂CPFD采用粒子云模型,将相同属性(如密度㊁粒径㊁化学组成)的真实颗粒组成 颗粒团 ,从而减少计算量,快速准确地模拟出结果㊂1㊀数学模型㊀㊀MP-PIC方法[11]流体相采用欧拉法,颗粒相使用拉格朗日法并与流体相方程耦合,达到在三维空间内求解颗粒㊁流体的目的㊂模型中主要使用的控制方程,对于气固两相流θp+θf=1(1)式中:θp为颗粒相体积分数;θf为流体相的体积分数㊂流体相的连续性方程:∂θfρf∂t+∇ˑθfρf u f()=0(2)式中:ρf为流体相密度;u f为流体相速度,流体相动量方程为∂θfρf u f∂t+∇ˑθfρf u f u f()=-∇p+∇ˑθfτf()+θfρf g-F(3)式中:p为流体相压力;F为流体相宏观应力张量;τ为单位体积内流体相和颗粒相的动量交换率㊂颗粒相的动量方程表示为d u pd t=D p u f-u p()1ρp∇p+g-1θpρf∇τp(4)式中:u p为颗粒速度;ρp颗粒密度;τp为颗粒法向应力㊂相间曳力模型:D p=C d38ρfρpu f-u pr p(5)式中:r p为颗粒半径,其中C d=24Reθ-2.65g(1+0.5R e0.687)R e<1000(6)C d=0.44θ-2.65gR eȡ1000(7)㊀㊀连续粒子应力模型为τp=p sθβpmax[(θcp-θp),ε(1-θp)](8)式中:p s为常数,1Pa;β的取值通常在2~5;θcp为堆积密度;ε是一个数量级10-7的数㊂2㊀参数设置及工况设计㊀㊀本文针对密相区及其上部进行模拟,选取较为典型的长方体作为鼓泡床模型㊂模型尺寸为511㊀㊀华北电力大学学报㊀2021年158mm(长)ˑ158mm(宽)ˑ400mm(高)㊂在设置网格时,进行无关性验证㊂网格数量太少时,计算精度不能满足预期要求;网格数量太多时,占用的计算资源过多,耗时太长㊂最终本文选用10 mm精度结构化网格,网格质量较好㊂根据Liang 等人的研究,选取Wen-Yu/Ergun曳力模型可以较好地模拟气固之间作用力[12]㊂计算中,初始状态在重力作用下自然堆积,堆积孔隙率取0.61㊂经过筛分后,床料设置如表1所示㊂表1㊀床料设置Tab.1㊀Bed material settings床料种类粒径/μm密度/(kg/m-3)球形度石英砂200~30022000.86压缩木屑500~60012000.8稻壳500~6007000.8气化流速u mf共选取5种,分别为0.4㊁0.45㊁0.5㊁0.55㊁0.6m/s,初始石英砂高度为80mm,稻壳和压缩木屑的选取量均为石英砂质量的0㊁2%㊁4%和6%,主要模拟多种固体床料在不同风速下流动状态㊂3㊀模拟状态讨论3.1㊀流动状态分析在床层膨胀稳定后,选取3s时的流动状态进行分析㊂图1为石英砂在0.4㊁0.45㊁0.5㊁0.55㊁0.6m/s风速条件下流动状态图㊂从图中可以看出,风速不同流动状态也不同㊂在0.4m/s风速下,产生的气泡较小㊁数量较少,整个鼓泡床的膨胀高度也较小㊂在0.5m/s风速下,可以观察到气泡的体积增大,床层膨胀高度增加,流化床密相区颗粒体积分数沿床高分布较均匀,下层流化较好,中层气泡相夹杂颗粒较少,上层堆积体积分数较大,稀相区的占比明显增多㊂0.6m/s流化状态较复杂,气泡上升速度加快,气泡与气泡之间出现集聚㊂密相区分布大量气泡,床层混乱程度增加㊂在气泡形成㊁上升移动和集聚破碎的过程中,都会促进床料混合,风速越大,混合的程度越大㊂刘典福等通过数字图像处理技术观察流化床中气泡形状,气泡在底部形成,逐渐上升凹陷,受到颗粒撞击变形直至破裂,促进床料混合[13],描述基本一致㊂图1㊀纯石英砂5种风速下流化形态图Fig.1㊀Flow pattern of pure quartz sand under five wind speeds3.2㊀不同种类床料对颗粒混合情况的影响生物质的种类也会对床层流动㊁混合产生影响㊂图2显示纯石英砂和加入不同质量分数压缩木屑㊁稻壳在3s左右的颗粒体积分数云图㊂从图中可以看出,三种质量分数的床料流动状态是相似的㊂压缩木屑的密度远大于稻壳,同等条件下流化所需的曳力更大㊂压缩木屑的膨胀高度略小于稻壳,颗粒体积分数略大于稻壳㊂在截面处出现体积较大的气泡,纯石英砂和稻壳体积分数较均匀,而压缩木屑密相区上层体积分数很大,且膨胀高度也明显低于稻壳㊂相同质量分数下,压缩木屑与稻壳相比,产生的气泡数量更少,气泡体积更大㊂由于密度的差异,压缩木屑更难被流化,气泡在上升过程中集聚,到达床层表面时破裂,将部分颗粒抛射到床层上方㊂当大的气泡之间发生碰撞,存在少量气体以短路的形式穿过床层㊂此时气泡的体积和床层膨胀程度变化不大[14]㊂顾佳雯等使用稻壳㊁锯花㊁花生壳和蔗渣生物质进行流化实验,同样以大气泡为主,气泡破碎带动大颗粒生物质扩散混合[15]㊂3.3㊀生物质物料量对扩散的影响图3表示3s时加入不同质量分数生物质的密相区颗粒粒径图㊂石英砂的粒径为200~300μm,而生物质的粒径为500~600μm,可以根据粒径的大小判断物质种类㊂图3(a)为不同质量分数稻壳的粒径图㊂生物质质量分数的增加,直接增大了床层高度㊂同时床层总质量也在增加,床层所需要的最小临界流化风速增大㊂风速没有改变,但床层所需的曳力增大,最终膨胀程度减小㊂稻壳的密度为700kg/m3远小于石英砂的2200kg/m3,在流化过程中,生物质被带到床层的最上部,发生明显的分层现象㊂由于密度较低,在密相区上方的稀相区,大部分为生物质颗粒㊂611㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀图2㊀不同生物质密相区流动状态㊀Fig.2㊀Flow status of different biomass dense phase zones图3(b)为不同质量分数压缩木屑的粒径图㊂生物质的增加没有明显的改变流化状态㊂由于压缩木屑的密度为1200kg/m3接近石英砂的密度,混合较好,未出现明显分层㊂在实际流化床中,生物质应尽可能均匀地与床料混合,增大接触面积㊂良好地混合有利用加快反应速率,促进生物质反应完全㊂图4显示三种质量分数下,稻壳和压缩木屑图3㊀含不同质量分数生物质的密相区颗粒粒径图Fig.3㊀Particle size map of dense phase zone with differentmass fractions of biomass的颗粒体积分数横向分布图㊂当生物质种类相同时,6%质量分数的生物质体积分数大于4%和2%质量分数的生物质㊂因为质量分数不同,床层重量有明显差异,达到同样流化状态所需要的曳力也不同㊂从图4可以看出,6%质量分数的生物质体积分数相对较大,证明床层膨胀情况较弱,颗粒堆积较为紧密㊂4%和2%质量分数的生物质相对较小,表明膨胀程度较强,床层沸腾剧烈㊂6%质量分数的生物质与4%质量分数的生物质体积分数差距较大,而4%和2%差异不明显,个别位置甚至出现2%质量分数的生物质体积分数更大的情况㊂同时,6%质量分数的生物质体积分数波动较小,整体膨胀较为均匀,而4%和2%质量分数的生物质体积分数波动很大,床层横向混合程度差异较大㊂从整体来看,整个图形呈 W 型,有两个峰值和三个谷值,体积分数变化也较大㊂Javad等人建立了水动力模型,在三个位置的径向颗粒体积分数同样呈现波动状态[3]㊂711㊀㊀华北电力大学学报㊀2021年图4㊀密相区颗粒体积分数横向分布图Fig.4㊀Horizontal distribution of particle volume fraction indense phase region通过比较图4的(a)和(b)两幅图,也发现一些差异㊂虽然两幅图整体都呈 W 型,但稻壳更为贴近,压缩木屑的 W 不是很明显㊂在两幅图中,6%质量分数的生物质体积分数均为最大,在(b)中,6%生物质变化幅度更小,波动情况也更弱㊂但2%和4%质量分数的生物质变化幅度更大,床层不均匀性更强㊂3.4㊀颗粒横向扩散系数讨论颗粒横向扩散系数是衡量密相区扩散混合情况的一个重要参数[16],本文采用示踪粒子法进行模拟㊂在起始点(x0,y0,z0)注入N个理想示踪剂颗粒,每个示踪剂的瞬时位移可表示为X=x(t)-x0(9)㊀㊀N个示踪粒子在t时刻的平均瞬时位移为X-=1NðN n=1X n(10)㊀㊀在t时刻颗粒横向位移的方差为X-2=1NðN n=1X n-X-()2(11)㊀㊀颗粒的横向扩散系数可以表示为D x=12d X-2d t(12)㊀㊀在流动状态稳定后,选取三个时间段颗粒数据计算横向扩散系数,再取平均值㊂图5为纯石英砂和不同质量分数生物质的横向扩散系数D x的计算结果㊂图5㊀扩散系数与流化风速关系Fig.5㊀Relationship between diffusion coefficient and fluid-ized wind speed颗粒地混合主要是由于气泡尾涡中夹带有细小或低密度颗粒,在气泡上升过程中进入大颗粒之间的间隔所致;同时,气泡上升后在流化床中又会在局部留下新的空穴,此空穴马上会被上部和周围颗粒填充,也会促进颗粒混合[17]㊂流化风速增加,气泡产生的速度和体积越来越大,在其上升过程排挤颗粒的能力越来越强;当气泡上升到床层表面时,气泡抛射能力也较强㊂因此,扩散能力随流化风速的增加而增强,横向扩散系数也随之增大㊂三种情况中,纯石英砂的横向扩散系数是最小的㊂在添加生物质后,由于床层质量增加,气泡811㊀第1期㊀陈鸿伟,等:鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟㊀体积变大,上升速度更快,对床层的扰动能力更强,促使更多颗粒横向移动,加大了横向扩散系数㊂并且,生物质质量越多,床层横向扩散能力越强㊂压缩木屑和稻壳相比密度更大,气泡上升过程中,压缩木屑颗粒质量较大所受到的阻力也较大,所以扩散系数相比稻壳略小一些㊂在流化风速增大后,压缩木屑和稻壳扩散系数差别不大,主要是流化风速已经能够满足整个床层完全流化,颗粒的数量和密度影响不大㊂本文通过文献调研,判断横向扩散系数计算结果是否准确㊂学者们针对不同的实验模型和采用不同的实验方法,得到了不同数量级的扩散系数,大都在10-4~10-1数量级㊂本文模拟得到的扩散系数范围在0.006~0.011之间,而胡南等人利用热示踪粒子测量石英砂的扩散系数在0.002~ 0.008,较为接近前人研究成果[18]㊂国内外众多学者在冷态试验台上研究了流化风速和横向扩散系数的关系,得到的结论为:流化风速增加,颗粒横向扩散系数也会增大,与本文模拟所得结论一致㊂4㊀结㊀论㊀㊀本文采用CPFD方法对长方体鼓泡床模型的进行了模拟,主要研究了多组分床料种类和物料量对颗粒扩散的影响,重点分析了不同风速下的颗粒体积分数变化㊁不同物料量时颗粒粒径分布以及多组分横向扩散系数D x㊂主要结论如下: (1)利用CPFD模拟密相区颗粒流动形态,与前人研究结果基本一致,在气泡形成㊁上升移动和集聚破碎的过程中,都会促进床料混合,风速越大,混合的程度越大㊂(2)模拟了不同物料对密相区颗粒体积分数的影响,相比于稻壳,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小㊂(3)模拟结果显示,同种生物质条件下,生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小㊂(4)通过CPFD的方法计算出横向扩散系数,随着流化风速和床料量增加,扩散系数也在增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳㊂通过比较文献,横向扩散系数大都在10-4~10-1数量级,验证计算结果基本正确㊂参考文献:[1]岳光溪,吕俊复,徐鹏,等.循环流化床燃烧发展现状及前景分析[J].中国电力,2016,49(1):1-13.YUE Guangxi,LV Junfu,XU Peng,et al.The up-to-date development and future of circulating fluidized bedcombustion technology[J].Electric Power,2016,49(1):1-13(in Chinese).[2]宋杨凡,卢啸风,高建强.细颗粒鼓泡流化床内气固流动特性数值模拟研究[J].热力发电,2020,49(5):40-49.SONG Yangfan,LU Xiaofeng,GAO Jianqiang.Numeri-cal study on gas-solid flow characteristics in fine parti-cle bubbling fluidized beds[J].Thermal Power Gener-ation,2020,49(5):40-49(in Chinese). [3]JAVAD A,KASRA F.Dynamic two-point fluidizationmodel for gas–solid fluidized beds[J].AdvancedPowder Technology,2018,29(11):2845-2858.[4]OKHOVAT-ALAVIAN S M,SHABANIAN J,NOROU-ZI H R,et al.Effect of interparticle force on gas dy-namics in a bubbling gas–solid fluidized bed:a CFD-DEM study[J].Chemical Engineering Research andDesign,2019,152:348-362.[5]沈来宏,章名耀.鼓泡流化床内颗粒混合的对流扩散模型[J].中国电机工程学报,1995,15(1):45-53.SHEN Laihong,ZHANG Mingyao.Modelling for solidsmixing in bubbling fluldized beds[J].Proceedings ofthe CSEE,1995,15(1):45-53(in Chinese).[6]SVENSSON A,JOHNSSON F,LECKNER B.Bottombed regimes in a circulating fluidized bed boiler[J].International Journal of Multiphase Flow,1996,22(6):1187-1204.[7]张贤,葛荣存,张守玉,等.CFB密相区床料粒径分布对其横向扩散影响的CPFD模拟[J].中国电机工程学报,2018,38(9):2665-2671.ZHANG Xian GE Rongcun,ZHANG Shouyu,et al.Effect of bed material particle size distribution on lateraldispersion in a CFB dense zone using CPFD method[J].Proceedings of the CSEE,2018,38(9):2665-2671(in Chinese).[8]李斌,滕昭钰,张尚彬,等.不同进气方式的流化床内颗粒混合特性的数值模拟[J].动力工程学报,2019,39(2):85-91.LI Bin,TENG Zhaoyu,ZHANG Shangbin,et al.Nu-merical simulation on particle mixing characteristics in a911㊀㊀华北电力大学学报㊀2021年fluidized bed under different intake modes[J].Journalof Chinese Society of Power Engineering,2019,39(2):85-91(in Chinese).[9]SCHLICHTHAERLE P,WERTHER J.Axial pressureprofiles and solids concentration distributions in the CFBbottom zone[J].Chemical Engineering Science,1999,54(22):5485-5493.[10]杜奇.循环流化床密相区颗粒扩散与燃烧研究[D].武汉:华中科技大学,2011.DU Qi.Study on solids diffusion and combustion in thedense-phase zone of a CFB boiler[D].WuHan:Hua-zhong University of Science and Technology,2011(inChinese).[11]ANDREWS M J,O'ROURKE J P.The multiphase par-ticle-in-cell(MP-PIC)method for dense particulateflows[J].International Journal of Multiphase Flow, 1996,22(2):379-402.[12]SINCLAIR J L.Multiphase flow and fluidization:contin-uum and kinetic theory descriptions[J].Powder Tech-nology,1995,83(3):287-287.[13]刘典福,孙雍春,周超群.非均匀布风内循环流化床中气泡特性的可视化研究[J].动力工程学报, 2019,39(1):1-6.LIU Dianfu,SUN Yongchun,ZHOU Chaoqun.Visual-ized research on bubbling characteristics in an internallycirculating fluidized bed with uneven air distribution[J].Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2019,39(1):1-6(in Chinese).[14]张贤,葛荣存,张守玉,等.CFB密相区大颗粒横向扩散系数的CPFD模拟[J].化工学报,2017, 68(10):3725-3732.ZHANG Xian,GE Rongcun,ZHANG Shouyu,et al.Lateral dispersion coefficient of large solid particles inCFB dense zone using CPFD method[J].CIESC Jour-nal,2017,68(10):3725-3732(in Chinese).[15]顾佳雯,仲兆平,王恒.三维流化床内生物质及石英砂混合颗粒的流动特性[J].化工进展,2017, 36(2):473-480.GU Jiawen,ZHONG Zhaoping,WANG Heng.Flowcharacteristics of biomass particles and quartz sands in 3D fluidized bed[J].Chemical Industry and Engineer-ing Progress,2017,36(2):473-480(in Chinese).[16]LIU D,CHEN teral solids dispersion coefficient inlarge-scale fluidized beds[J].Combustion and Flame, 2010,157(11):2116-2124.[17]刘洋,杨勇平.扩散过程对气固反应影响的模型研究[J].华北电力大学学报(自然科学版),2015, 42(4):58-63.LIU Yang,YANG Yongping.Random pore model studyof the effects of gas diffusional process on gas-solid re-action[J].Journal of North China Electric Power Uni-versity(Natural Science Edition),2015,42(4):58-63(in Chinese).[18]胡南,郭兆君,杨海瑞,等.CFB锅炉炉膛内颗粒横向扩散系数研究[J].动力工程学报,2016,36(3):168-171.HU Nan,GUO Zhaojun,YANG Hairui,et al.Experi-mental study on lateral dispersion coefficient of solidparticles in a CFB boiler[J].Journal of Chinese Socie-ty of Power Engineering,2016,36(3):168-171(inChinese).作者简介:陈鸿伟(1965-),男,教授,研究方向为高效㊁清洁燃烧及环境污染控制,E-mail:chenhw66@㊂021。
27079163_鼓泡床中电石渣液相碳酸化反应流动特性表征
中ꎬ每次实验称取 ３０ ｇ 电石渣固体ꎬ根据指定的液固比ꎬ
１－鼓泡床主体ꎻ２ － 布 风板ꎻ３ － 气体质量流量计ꎻ
４－气瓶ꎻ５－压力探头ꎻ６－高速采集卡ꎻ７－计算机ꎻ８－灯
ＣＯ ２ 去除率. Ｌｉ 等 [１０] 在鼓泡床反应器中研究 Ｍｇ( ＯＨ) ２ 的浓度、进气流量和温度对 Ｍｇ( ＯＨ) ２ 浆液 ＣＯ ２ 吸
收性能的影响. 液相直接碳酸化属于加速碳酸化固定 ＣＯ ２ 路径之一ꎬ属于矿化封存 ＣＯ ２ 路径ꎬ它指存在液
相如水的条件下ꎬＣＯ ２ 进行水合作用形成碳酸、矿物或碱性固废等物质中钙和镁等碱性离子在液相中溶
ｓｉｇｎａｌｓ ｂｅｃｏｍｅ ｗｉｄｅｒ ａｔ ０.１０２ ｍｓ －１ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｌ / Ｓ ｒａｔｉｏ. Ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ
ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｎｏｔ ｓｉｍｉｌａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ￣ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｉｓ ｍｏｒｅ ｒａｎｄｏｍ ａｎｄ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ. Ｔｈｅ ｌａｒｇｅ
积) 对 ＣＯ ２ 固定量的影响ꎬ结果表明冷轧废水中转炉渣的最佳碳酸化效率达 ８９.４％ꎬ最佳工况为反应时间
１２０ ｍｉｎꎬ液固比 ２０ ∶１ꎬ在室温下 ＣＯ ２ 流量 １ Ｌｍｉｎ －１ . 鼓泡床作为反应器ꎬ碳酸化效率较高 [１６－１７] ꎬ但该反应
器中三相流动非常复杂ꎬ气液、气固和液固之间的相互作用都会影响三相流动 [１８－２０] ꎬ流动特征的不同会导
据采集系统包括压力传感器ꎬ液相 ｐＨ 与电导率传感器ꎬ
二甘醇乙烯基醚合成常压鼓泡床工艺研究
高、 操作复杂 、 设备投资大等缺点．
本 文 以乙炔 和二 甘醇 为原 料 ， 醇钾 为催 化剂 ， 在 常压 鼓泡 反应 器 中研究 了二甘 醇 乙烯基 醚 的合 成 工艺 ． 研 究 了反应 温度 、 反 应 时间 、 催 化 剂浓 度 、 乙炔流 率 等 因素对 二甘 醇转 化率 和二 甘醇 乙烯 基 醚 收率 的影 响 ， 确定 了合 成 工艺 条件 ． 在鼓 泡 床反 应器中， 乙炔气 体 通 过 筛 板 以鼓 泡 的方 式 穿 过 反 应 液层 ， 形 成气 液 反 应 所 必 需 的 相 界 面并 促 进 液
体呈湍 动状 态 ， 以强化床层 内的反应 、 传质和传 热， 提高了二甘醇转化率和产物收率．
高温高压设备 、 乙炔的爆炸危险及收率低等 问题． Ｒ ｅ ｐ ｐ ｅ 等＿ ５ 发现 采 用 碱 金 属 及 其 氢 氧 化 物 与 相
应 醇 反应 生成 的醇盐作 为催化 剂 ， 催化 活性 很 高 ， 可 降低 反应 压力 ， 成 为该 领域 研究 的热 点． 目前 世 界 上 只 有 德 国 巴斯 夫 公 司 、 美 国 Ｉ Ｓ Ｐ公 司 和 １ ３ 本 丸 善 石 油化 工 公 司拥 有 生 产二 甘 醇 乙烯 基 醚 的技 术及 装 置 ， 国 内产 品 均是 国外 进
第３ ０卷
第 ３期
吉 林 化 工 学 院 学 报
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ ＡＬ Ｏ Ｆ Ｏ Ｆ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ ＮＯ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
Ｖ０ １ ． ３ Ｏ Ｎｏ ． ３ Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
１ 实 验 部 分
１ ． １ 原 料 与仪器
二 甘醇 ， 分 析纯 ； 金属钾 ， 分析纯 ； 乙炔 ， 含 量 ＞９ ９ ． ５ ％； 氮气 ， 含量 Ｉ ＞９ ９ ． ９ ５ ％． Ｇ Ｃ － ７ ９ ０ ０型气 相
二维鼓泡床内气液流动特性实验与数值模拟
锴
００ ２ ） ３ ０ ４
１２４ ；２ ０ ２ ９ ．上海惠生化工工程有 限公 司 北京设计 中心 ，
１０ ０ ；３ ０ １２ ．太 原理工大学 煤科 学与技术教育部和山西省重点实验室 ，山西 太原
摘要： 采用高速摄像法测量 了０ ２ × ．２Ｉ × ．０ｍ拟二维床 内气泡尺 寸分 布和流型等变化规律 ， ．０１ ０ ０ ｌ ２ ０ １ ３ ｌ 结果表 明， 随
Ｔ ｉ ａ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ａ ｕｎ０ ０ ２ ，Ｓ ａ ｘ Ｐｏｉｃ ， ｈｎ ） ａ ｕ ｎＵ ｉｅｓｙｏ Ｔ ｃ ｎｌｙ Ｔ ｉ ａ ３ ０ ４ ｈ ｎｉ ｒｖｎ ｅ Ｃ ｉａ ｙ ｔ ｏ ｙ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｆｏ ｅ ｉ ａｔｒ ｎ ｕ ｂｅ ｓｚ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｉ ａ ｔ — ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｕ ｂｅ ｏｕ ｓｒ ｃ ： ｌｗ ｒｇｍｅ ｐ ｔ ｎ ａ ｄ ｂ ｂ ｌ ｉｅ ｄｓｒ ｕｉ ｎ ｗｏｄｍｅ ｓｏ ａ ｅ ｉ ｏ ｂ ｂ ｌ ｃｌ ｍｎ （ ２ × ０． ０ ｍ
Ｓ Ｇ ｎ － ｎ ，ＷＵ Ｇｕ－ｉｇ ， Ｉ ｉ・ｉ，Ｌ ｉ － ｎ ，Ｚ ＯＮ Ｑｉｇｔ ｇ ａ ｉ ｎ ＪＮ Ｊａｑ Ｕ Ｊａ ｊ ＨＡＮ Ｋａ ｙ ｎ ｕ Ｇ ｉ
（ ． ｔ ｅ ｅ ａ ｏａ ｒ ｆ ａｙＯｌ ｒｃｓｉ ， ｈｎ ｎｖｒ ｔ ｏ ｅ ｏｅｍ （ ｅ ｉｇ ， ｅ ｉ ０ ２ ９ １ Ｓａ ｓ ｙＬ ｂ ｒｔ ｙｏ ｖ ｉ Ｐｏｅｓ ｇ Ｃ ｉａＵ ｉ ｓｙ ｆ ｔ ｌ ｔ Ｋ ｏ Ｈｅ ｎ ｅ ｉ Ｐ ｒ ｕ Ｂ ｉｎ ） Ｂ ｉｎ １ ２ ４ ， ｊ ｊｇ Ｃ ｉａ ２ Ｂ ｉｎ ｅｉ ｅ ｔ ， ｓｎ（ ｈ ｎ ｈ ｉ ｈｍｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇＣ ． Ｌｄ ， ｅ ｉｇ１０ ０ ，Ｃ ｉａ ｈｎ ； ． ｅ ｉｇＤ ｓ ｎＣ ｎｅ Ｗｉ ｊ ｇ ｒ ｏ Ｓ ａｇ ａ）Ｃ ｅ ｃ ｇ ｅ ｎ ｏ ， ｔ． Ｂ ｉｎ ０ １ ２ ｈｎ ； ａＥ ｎ ｉ ｊ
鼓泡床生化反应器中壳聚糖的固定化Penicillium sp.ZD-Z1降解及性能表征
１ 材 料 与 方 法
１１ 材 ． 料
菌种 ： ｅ ｉ ｌ ｕ ｓ ．Ｚ Ｚ 菌 株 ， Ｐ ｎｃ ｌ ｍ ｐ Ｄ－ １ ｉｉ 由泰 山医学
院药学 院实验 室从 土壤 中筛 选优化 得 到 。
１ ２ 方 法 ．
１ ２ １ 细 胞 固 定 化 ． ．
聚糖 的分 子 量 为 ４ ｋ ０ ｕ时 壳 聚糖 ／ ＮＡ 络 合 物 的转 Ｄ
染 效 率最高 ， 因此 如何 降 低 壳 聚糖 的颗 粒 尺 寸 ， 控制
在 灭菌 的 ２ ０ｍＬ Ｌ产 酶 发 酵 培 养 基 的 三角 瓶 ０ ／
Ｐ ｎｃｌ ｕ ｓ Ｄ Ｚ ｅ ｉ ｌ ｍ ｐＺ －１菌 产 酶 降 解 壳 聚糖 反 应 易于 控 制 ， 改 变 壳聚 糖 的化 学 结 构 ， 一 种 有 效 的制 备 高 品 质 壳 ｉｉ 不 是
低 聚 糖 的方 法 。
关 键 词 壳聚 糖 ，固定 化 Ｐ ｎｃｌ ｕ ｐ Ｄ－ １ 鼓 泡床 生 化 反应 器 ｅ ｉｉ ｉ ｍ ｓ ．Ｚ Ｚ ， ｌ
维普资讯
Ｆ Ｏ ＤＦ Ｒ Ｎ Ａ １Ｎ ＩＤ Ｓ Ｒ Ｏ ＤＡＮ Ｅ ＭＥ Ｔ Ｔ０ Ｕ Ｔ Ｎ
鼓 泡 床 生 化 反 应 器 中 壳 聚 糖 的 固 定 化 Ｐ ｎｃｌ ｕ ｐ ｅ ｉｉ ｉｍ ｓ ． ｌ
Ｚ － Ｄ Ｚ１降解及 性 能表 征
１ ７ 、 １ ８ 、 ¨ ２ ５ ３ ３ １的 壳低 聚 糖 。利 用 酶 法 降解 所 得 的 低 分 子 量 壳 聚 糖 在 经 初 步 的分 离 纯 化 后 ， ７５ ９ １ １５ ３ １ ３ 、 ５ 经
流化床设计手册
流化床设计手册【原创实用版】目录1.流化床设计手册概述2.流化床的工作原理3.流化床的类型与结构4.流化床的设计要点5.流化床的应用领域6.流化床的未来发展趋势正文一、流化床设计手册概述《流化床设计手册》是一本关于流化床技术领域的专业工具书。
流化床技术广泛应用于化工、冶金、环保等多个行业，其核心是一种名为“流化床”的设备。
本书旨在为广大工程技术人员提供流化床设计方面的理论依据和实践经验，帮助他们解决在设计过程中遇到的各种问题。
二、流化床的工作原理流化床是一种利用气体或液体将固体颗粒悬浮并使其呈流态化的设备。
在流化床中，颗粒物料在气体或液体的带动下，形成一种类似液体的流态化状态。
这种状态下，颗粒物料的表面积增大，传热、传质效果得到显著提高。
流化床根据气体或液体在床层内的流动状态，可分为鼓泡床、湍动床和快速床等类型。
三、流化床的类型与结构1.鼓泡床：鼓泡床是一种常见的流化床类型，其特点是气体从床层底部引入，使颗粒物料呈鼓泡状流动。
鼓泡床结构简单，操作方便，适用于高温、高压下的气固反应。
2.湍动床：湍动床的特点是气体在床层内形成湍流，使颗粒物料呈湍动状态。
湍动床的传热、传质效果较好，适用于快速反应和精细颗粒物料的处理。
3.快速床：快速床是一种高效流化床，其特点是气体在床层内流动速度很快，颗粒物料呈悬浮状态。
快速床适用于高浓度、高湿度的物料处理，具有节能、环保等优点。
四、流化床的设计要点在设计流化床时，需要考虑以下几个方面：1.床层高度：床层高度是指流化床中颗粒物料的堆积高度。
床层高度的合理设计可以保证颗粒物料的流态化状态，并使气体或液体在床层内均匀分布。
2.气体或液体流量：气体或液体流量是影响流化床工作效果的重要因素。
流量过大或过小都会导致流化床的传热、传质效果降低。
因此，在设计过程中需要合理选择气体或液体流量。
3.颗粒物料特性：颗粒物料的物理、化学特性直接影响流化床的工作效果。
在设计过程中，需要充分考虑颗粒物料的密度、粒径分布、湿度等因素，以保证流化床的稳定运行。
鼓泡床实验讲义
实验讲义一、实验目的1.了解鼓泡床内的流体力学特性及系统的传热、传质特性，加强对反应工程中三传一反的理解2.掌握压差法测气含率的原理及方法二、实验原理本反应器采用压差计对气含率进行测定。
压差计主要根据反应器内由于气体不断流出从而导致反应器压差变化的原理来进行测量。
由于反应器中大小气泡上升速度的差异，导致了反应器内压差随时间变化规律的不同。
对于上升速度近似相同的气泡群（例如大气泡群或小气泡群），反应器的压差随时间均匀变化，近似呈直线变化，所以当反应器内气泡分布发生变化时，反应器的压差变化规律也发生了变化。
差压传感器连接方法的不同，所测量的范围不同，可分为双引脚法和单引脚法。
双引脚法测量气含率，是指压差传感器两端均连接在液位以下，测量的是鼓泡时床层两引脚间的气含率。
单引脚法是指，差压传感器的一端连接在被测点（液位以下），另一端和塔顶相连，测量的是被测点和塔底之间的气含率。
两种方法的连接方式如下图所示。
本实验使用的是单引脚法测压差，差压传感器与反应器的连接方法如图2A图1 图22所示，稳定鼓泡时床层高度如图2B 所示，此时令测压点C 以下床层气含率为ε1，C 点以上部分气含率为ε2，另外固液混合物近似看成浆态，其混合密度为 。
根据鼓泡前后液相质量守恒可得：（2-1） 床层静止时CD 差压为P 0：（2-2）稳定鼓泡时差压为P 1：（2-3） 由于ρg <<ρSL ，所以可以忽略：（2-4） 由上式可得：（2-5）此时测量的为测量点C 点以下的平均气含率。
三、装置介绍如附图A 所示。
本鼓泡塔反应器为一不锈钢圆柱体，全塔总高1900mm ， 由两个部分组成，下端为鼓泡反应段，内径是98mm ，上端为沉降段，属冷凝结构，此部分塔径略大于下端，壳层走冷却水，起沉降气体中夹带的液滴的作用。
这两部分之间用法兰连接。
反应器的温度由导热油加热套加热并由温度控制调节仪进行温度控制，系统压力采用压力调节器进行控制并调节。
不同曳力模型对鼓泡床内气固两相流的模拟研究
半经验模 型 ，典 型 的如 Ｓ ａ ａ ＯＢ ｉｎ 型［ ｙ ｍｌｌ ＇ｒ 模 — ｅ １ 、Ｇｉａｐ ｗ模 型Ｌ ｄｓｏ １ ；另一种 是 基 于气 固相作 用 理论 ， 通过某种 纯数学 方法推 导 得 出 的模 型 ，如 Ｚ ａ ｇ等 的模 型Ｌ ｈｎ ｌ 、Ｋ ｃ— ｌ模 型 Ｌ ｏ ｈ Ｈｉ ｌ １ 胡；第 三种 是 对经 验 或半经验 模型进 行修 正过 的模 型 ，如修 正过 的 Ｓ ａ ａ ＯＢ ｉ ｙ ｍｌｌ ＇ｒ ｎ模 型［ — ｅ １ ，Ｍｃ ｅ Ｋｅｎ模 型Ｌ １ 。
鼓泡床
世界上CFB技术主要技术流派
AHLSTROM 奥斯龙型
LURGI 鲁奇型
BABCOCK 巴布克型
F.W 福斯特.惠勒型
CaO
+
SO2
+
1 —
O2==CaSO4
2
（煤粉炉炉内喷钙脱硫，钙停留时间短，脱硫
剂利用率不到20%）
• 炉膛温度为最佳脱硫反应温度850 oC
– 脱硫最佳温度：850-870 oC；
（但煤粉炉在此温度下不能稳定燃烧，所以其 脱硫不能保持在最佳反应温度下进行。）
2）减少NOx排放：流化床NOx生成
埋管：由于鼓泡床密相区燃烧份额大，放热量
大，防止炉温过高，设置埋管吸收炉内一定热 量。
鼓泡流化床锅炉特点
1、燃料颗粒大，流化风速低 2、床层中有明显的气泡 3、气固两相类似沸腾的水
鼓泡床实验演示
鼓泡床燃烧有以下优点
1.燃料适应性广 2.清洁燃烧 3.负荷调节性能好 4.灰渣综合利用性能好
鼓泡床燃烧优点
流化床的两个发展阶段第一代鼓泡床锅炉第二代循环流化床锅炉流态化流化?当流体液体气体向上流过固体颗粒床层时其速度增大到一定值后颗粒被流体的摩擦力所承托呈现飘浮状态颗粒可以在床层中自由运动所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象这种状态称为流态化
流化床的两个发展阶段
第一代鼓泡床锅炉 第二代循环流化床锅炉
流态化——“流化”
与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势
3、为大型化提供了可能
– 燃烧、传热不仅仅局限于浓相区， 炉膛截面热负荷提高2-3倍，更易 实现大型化；
4、脱硫剂利用率提高
– 脱硫剂颗粒变细（0.1-0.3mm）， 利用率提高；
– SO2气体在燃烧区停留时间延长；
单孔及微孔曝气低气速鼓泡床内气泡行为比较
( L abor atory of M ulti p hase M ass T r ans f er and Chemical Reaction Engineer ing , College of Chemical Engineer ing , S ichuan Univer sity , Chengd u 610065 , Sichuan, China)
R eceived dat e: 2004- 11- 30. Corresponding au th or: Pr of . LIA N G Bin. E - mail: bin lian g @ ct h cn Foundati on it em: su pport ed by th e N at ional N at ur al Science Foundati on of Ch ina ( 20233040) .
[ 10, 11]
1
实
验
本文采用 空气 水体 系. 由 压缩 机来 的空气 , 经计量、稳压后由床底的曝气装置进入鼓泡床内 . 曝气装置采用 d o = 2 36 、10 12 mm 的单孔喷嘴及 平均孔径 0 096 m m 的 PE 烧结棒, 床内径 0 140 m, 液柱 高 1 04 m . 鼓 泡 床内 置 一 标 尺, 采 用 Sony DSC F 717 相机以床内标尺为聚焦对象进行拍 照. 根据照片中标尺的刻度, 可对标尺附近拍摄清 晰的气泡群统计分析 . 由于标尺和被统计的气泡处 于床内同一位置 , 故照 片中的 标尺刻 度真实 反映 了气泡的尺 寸 , 避 免 了 由 于床 体 呈 圆 筒 形、光 线折射所造 成 的拍 摄气 泡 的尺 寸 变形 问 题 [ 1, 5 ] . 对于不规 则的 椭 球形 气 泡 , 参 照前 人 的 处理 方 法 [ 1, 2 ] , 取气 泡长短轴的算术 平均值 作为气 泡的 定性尺寸 . 实验表观气速分为: 0 5、 1 8 、2 7 cm s
膨胀床的原理和应用
膨胀床的原理和应用1. 膨胀床的基本原理膨胀床是一种基于物理原理的床垫系统，其主要原理是利用气体分子间的相互碰撞来产生膨胀效应。
膨胀床通常由两层材料构成，内层为密封的气囊，外层为支撑材料。
当膨胀床不处于压缩状态时，气囊内的气体分子处于正常的自由运动状态。
而当外力作用于膨胀床时，气囊会被压缩，导致气体分子之间的距离变小，同时压缩部分气囊周围的气体分子密度增加。
这时，气体分子之间的相互碰撞次数增加，导致气体分子运动的平均速度增加。
由于气体分子速度与温度成正比，因此膨胀床压缩部分的气囊温度会升高。
当外力解除时，压缩部分的气囊会迅速恢复原有的形状，同时气体分子密度和温度也会迅速恢复正常。
2. 膨胀床的应用膨胀床由于其独特的原理和性能，被广泛用于各个领域。
以下是膨胀床的一些常见应用：2.1 体育运动领域•运动床垫：膨胀床被运动员在训练或比赛过程中使用，以减轻运动员在着陆时的冲击力。
膨胀床能够提供良好的缓冲效果，有助于保护运动员的关节和骨骼免受损伤。
•翻跟斗垫：膨胀床用于翻跟斗训练中，提供柔软的着陆表面，减少运动员受伤的风险。
2.2 医疗领域•床垫：膨胀床的柔软和缓冲性能使其成为医院床垫的理想选择。
膨胀床能够有效减轻长期卧床患者的压力和褥疮的风险。
•手术台垫：在手术过程中，膨胀床垫用于支撑患者的身体，并提供适当的支撑和舒适性。
2.3 工业领域•减震垫：膨胀床的减震性能使其成为工业设备和机械的理想选择。
膨胀床能够减少震动和冲击，保护设备的稳定性和寿命。
•振动隔离垫：膨胀床用于隔离振动源，减少机械运动时对周围环境的干扰。
3. 膨胀床的优势膨胀床相对于传统的床垫系统具有以下优势：•缓冲性能好：膨胀床能够提供良好的缓冲效果，减轻身体的冲击和压力。
•适应性强：膨胀床的弹性使其能够适应不同形状和重量的物体，提供更好的支撑和舒适性。
•耐用性高：膨胀床通常由高强度材料制成，具有较高的耐用性和稳定性。
•方便携带：膨胀床通常可以通过放气折叠，便于携带和储存。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势
3、为大型化提供了可能
– 燃烧、传热不仅仅局限于浓相区， 炉膛截面热负荷提高2-3倍，更易 实现大型化；
4、脱硫剂利用率提高
– 脱硫剂颗粒变细（0.1-0.3mm）， 利用率提高；
– SO2气体在燃烧区停留时间延长；
• 鼓泡床1-2s，循环流化床3-4s;
– 脱硫剂循环利用，停留时间延长。
冷渣口：鼓泡床少部分灰渣通过冷渣口排放，
由于鼓泡床布风板面积大，风量大，所以通过 炉底排放的灰渣被冷却了，温度达400以下。
埋管：由于鼓泡床密相区燃烧份额大，放热量
大，防止炉温过高，设置埋管吸收炉内一定热 量。
鼓泡流化床锅炉特点
1、燃料颗粒大，流化风速低 2、床层中有明显的气泡 3、气固两相类似沸腾的水
世界上CFB技术主要技术流派
AHLSTROM 奥斯龙型
LURGI 鲁奇型
.惠勒型
鼓泡床实验演示
鼓泡床燃烧有以下优点
1.燃料适应性广 2.清洁燃烧 3.负荷调节性能好 4.灰渣综合利用性能好
鼓泡床燃烧优点
1 燃料适应性广
可以燃烧各种煤、煤矸石、焦 碳、油页岩、垃圾等（劣质燃 料）
• 原因：下部密相区提供了燃 料着火和燃烧的最佳条件：
– 充足的热源 – 混合强烈，热质传递快 – 适当高浓度的氧
鼓泡流化床的 缺点
1、埋管磨损严重
2、布风板面积大，不 利于大型化
3、飞灰含碳量高，固 体不完全燃烧损失 大，锅炉热效率低。
循环流化床的 优点
1、不布置埋管
2、风速高，布风板面积 小，利于大型化
3、飞灰再循环，飞灰含 碳量低，固体不完全燃烧 损失小，提高锅炉热效率。
评价：
循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉 基础上发展起来的，但却从根本上解 决了鼓泡床存在的主要缺点，使流化 床燃煤技术发展到一个新的阶段。
流化床的两个发展阶段
第一代鼓泡床锅炉 第二代循环流化床锅炉
流态化——“流化”
• 当流体（液体、气体）向上流过固体颗粒床层 时，其速度增大到一定值后，颗粒被流体的摩擦 力所承托，呈现飘浮状态，颗粒可以在床层中自 由运动，所有固体颗粒表现出类似流体状态的现 象，这种状态称为“流态化”。
• 按流化介质的不同可分为液-固流态化、气-固流 态化（燃煤流化床）。
2）减少NOx排放：流化床NOx生成
量为煤粉燃烧的1/3—1/4
• 燃煤NOx 的主要来源：
– 燃料型：煤中氮元素被氧化； »氧化性气氛中容易生成
– 热力型：空气中的氮在高温下被氧化。 »高温下容易生成
低NOx排放的原因：
a.低温燃烧，减少热力型NOx生成：
1200 oC以下时，热力型NOx生成不明显； （煤粉炉因燃烧温度高，热力型NOx占 总NOx生成量的25%-30%）
用。
4.灰渣综合利用性能好
– 低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程， 活性好，非常适合做水泥填料
鼓泡床锅炉的缺点
1.燃烧损失大
燃料宽筛分（0-10mm)，未燃尽细颗 粒飞出量大
2.埋管磨损严重
为了控制密相区床温，密相区布置有埋 管，但其磨损问题不易解决
3.大型化受到限制
截面热负荷低，为煤粉炉的1/4，如一 台400t/h的鼓泡床截面积约200m2
床层物料中含碳低（2-5%）， 只供热而不争夺氧
2 清洁燃烧
1）高效、廉价脱硫
• 脱硫率达90%
• 脱硫反应
CaO
+
SO2
+
1 —
O2==CaSO4
2
（煤粉炉炉内喷钙脱硫，钙停留时间短，脱硫
剂利用率不到20%）
• 炉膛温度为最佳脱硫反应温度850 oC
– 脱硫最佳温度：850-870 oC；
（但煤粉炉在此温度下不能稳定燃烧，所以其 脱硫不能保持在最佳反应温度下进行。）
b.分级燃烧，减少燃料型NOx生成
空气分级供入，浓相区处于还原性气氛，抑制燃料型 NOx生成
分级燃烧：一次空气从底部给入，它供应燃烧所需氧量的50 －60％（缺氧燃烧），二次风在离一次风有一定距离的炉膛上 方给入（煤粉浓度降低）。因此NOX总体排放量降低。
3.负荷调节性能好
– 低负荷下仍可保持燃烧稳定； – 负荷调节比达4：1，甚至可以压火备
“流化床锅炉——燃料在流化状态下进行燃烧的 锅炉叫流化床锅炉。
第一代流化床锅炉—鼓泡床锅炉
鼓泡床锅炉的工作原理
沸腾燃烧
燃烧温度：850-950 oC
鼓泡床锅炉的主要部件
布风板 风室 埋管受热面 冷渣口与溢流口
溢流口：在床层表面处开的排渣口，鼓泡床
大部分灰渣通过溢流口排放，排渣温度高850900，可以自动排放。
循环流化床实验演示 及 与鼓泡床的对比
鼓泡床
循环床
与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势
1、燃烧效率提高（可达97.5-99%)
– 炉膛沿高度基本恒温（850 oC ）， 延长了燃烧时间；
– 物料通过分离器多次循环回炉内， 延长了燃烧时间；
2、没有埋管，彻底解决埋管磨损 问题
– 密相区燃烧份额小，不需埋管即 可控制床温
4.脱硫剂利用效率低
脱硫剂颗粒大(细颗粒易飞出），利用 率低
第二代流化床锅炉— 循环流化床锅炉
“循环”的概念——飞出炉膛的物料被 气固分离器收集，返回炉膛，循环燃烧 和利用。
循环流化床示意图
循环流化床与鼓泡床相比：
– 颗粒细 – 风速高 – 颗粒空间浓度高 – 颗粒呈条带状 – 颗粒贴壁回流
流化床布风系统