液固循环流化床换热器中固体颗粒分布

万方数据
・ &1・
化学工程! "##$ 年第 %" 卷第 & 期 表 !" 分布板结构参数 G;A6 &! KC<?)C?<> L<8L><C4>H 8= :4HC<4A?C8<H 分布板 分布板
"
模换热器，每根管长 & ’，内径 %( ’’，呈正三角 形排列。位于中间位置的列管在入口段处向下延伸 &# )’，周边位置的管下延 &( )’，管进口为 $(* 斜 切面，并在延伸部分下端开有 !+ ’’ 的边孔。
&$
图 #" 分布板结构图 3456 &! /8E=45?<;C48E 8= :4HC<4A?C8<
& 号分布板筋板宽度最窄处为 &( ’’，最宽处 为 (# ’’；" 号分布板筋板宽度为 1 ’’。实验的 液相为水（ 室温） ，固相采用不透明的陶瓷球。陶 瓷球平均粒径为 &6 ( ’’，密度为"%+# I5 J ’ 。
万方数据
%
姜! 峰等! 液固循环流化床换热器中固体颗粒分布
・ +B・
个管的固含率平均得到。 !" 实验结果与讨论 循环流化床换热器中影响固体粒子分布的因素 很多。本文在进口段和出口段高度与结构不变的情 况下，初步探讨了分布板结构和操作条件对粒子分 布的影响。 根据实验观察，多管流化床的流态化转变过程 与单管流化床相同，在较低液速下，液固两相处于 散式流化状态，逐步提高液速，床层膨胀逐渐增 加，直至有颗粒带出，进入循环流化区。在循环流 化区内，相同径向位置上的固相速度与体积分数轴 向均匀分布，这与单管循环流化床的实验结果是相 同的。由于轴向分布均匀，选择床高（ 管束高度） 为 "# $% 的床层截面，研究固相速度与固含率的径 向分布（ 即固相速度与固含率在管束中的分布） 。 ! & #" 固相速度和固含率径向分布 ! & # & #" 无分布板的情况 如图 ’ 和图 ( 所示，在低流量（ ! ) * +, % - .） 时，固相速度沿径向分布较均匀，固相体积分数分 布则表现为床中心高，四周低；液速升高，固相速
分布板 开孔率 #6 "$(" #6 "(2(
分布板 孔径 J ’’ &# &#
中心挡板 直径 J ’’ &## .#
种类 面积 J ’ & 号分布板 #6 #&2+2 " 号分布板 #6 #&"%(
管束中不同轴、径向的固含率粒子运动速度由
［ .］ //0 测量系统测定 。由于冷模流化床换热器管
束中的每根管内径为 %( ’’，与整个流化床床层截 面直径 $## ’’ 相比很小；而在测定管中局部平均 固相速度 与 固 含 率 时，测 量 高 度 为 %( ’’ 左 右， 远小于管束高度 & ’。故可将等直径等高圆柱形测 量体积元看作是整体流化床的一个质点，将其平均
， Y4 @N4 X2337FAB
［ "］
， 04
等对所研制的换热器在海水脱盐等两
相流换热过程中的性能进行了研究。>$ 年代，张
［ % —< ］ 利斌等 开发研究了汽液固三相循环流化床蒸发
装置，应用于高粘度、易结垢溶液沸腾蒸发过程， 具有良好的防、除垢和强化传热效果。流化床换热 器已成功地应用于制糖、海水淡化等工业，并具有
化床换热器管束中固体颗粒分布的不均匀程度。 （ & ）固相速度的不均匀度 ! M !M " & $ %$ ) (( $ [ &$ )] )
&$ " # # "& #& (
（&）
wk.baidu.com
式中 $ # 为流化床换热器某一轴向位置上第 # 根管的 固相速度， ’ J H； $ 为流化床换热器同一轴向位置 ) $ 上的径向平均固相速度， )" & $ # ，单位 ’ J H。 &$ ( # "&
&$
（ " ）固相体积分数的不均匀度 ! " H ! "H "
[
& " H# % " * H ( &$ # " & " * H
&$
(
)]
"
#& (
（"）
式中 " H# 为流化床换热器某一轴向位置上第 # 根管的
（ ;）& 号分布板! ! ! ! ! （ A）" 号分布板
固相体积分数，即固含率；" 为流化床换热器同一 * 轴向 位 置 上 的 径 向 平 均 固 相 体 积 分 数，" * H " & " H# 。 &$ ( # "& （ % ） 流化床换热器径向位置上的固相速度与 固含率 流化床换热器径向位置 ’ ( ) （ 其中 ’ 为径向距 离，’；) 为流化床半径， ’ ） 上的固相速度由具 有相同径向距离的各个管的固相速度平均得到；同 理，径向位置上的固含率由具有相同径向位置的各
图 $" 无分布板时固相速度的径向分布 /01& ’! 234035 67504 8957$0:; 406:<0=>:07? @0:.7>: 406:<0=>:7<
［ 1］ 的方法来表征流 轴向分布。本文采用不均匀度
向系统加入一定量的固体粒子，开启泵将水由 贮槽输送入系统，调节转子流量计，使水保持一定 的流速，与旋液分离器分离下来的固体颗粒和少量 液体混和进入流化床换热器的进口段，经分布板分 配进入管束，再从管束上方流出，进入旋液分离 器，固体粒子在此被分离下来，水则由此返回贮槽 实现循环。 实验中采用的两种类型分布板均为多孔板，由 + ’’ 厚的 F/G 硬塑料制成，如图 " 所示。分布板 的主要参数如表 & 所示。
& , 贮槽； " , 泵； % , 转子流量计； $ , 旋液分离器； ( , 倒置 - 型管； + , 冷模流化床换热器；. , //0 摄像机； 1 , 计算机； 2 , 监视器； &# —&$ , 阀门 图 !" 流化床换热器冷模实验流程 3456 &! 3789 :4;5<;’ 8= )87: ’8:>7 8= =7?4:4@>: A>: B>;C >D)B;E5><
固相速度和固含率看作是流化床在这一点处的局部 固相速度和固含率。这样在流化床换热器管束径向 截面上每根管子可作为一个质点来处理，固体粒子 在管束中的分布即可看作为流化床换热器床层截面 上固相速度和固相浓度的径向分布；每根管中固体 粒子的轴向分布即可看作为整个流化床换热器床层 截面同一径向位置上，固相速度和固相体积分数的
!"#$%"&’$"() (* #(+", -.%$"/+0 ") +"1’",2#(+", /"%/’+.$")3 *+’","40, &0,
56789 :0)3，567 ;"2<’)，;6= >")32<.)，;6 ?"’2+’) （ @AB223 2C ’B6DEAF3 )GHEG66IEGH，:EFGJEG KGEL6IMENO，:EFGJEG !$$$8" ，’BEGF） 7&#$%./$：:B6 ’’9 EDFH6 D6FMPI6D6GN FGQ QFNF RI2A6MMEGH MOMN6D SFM PM6Q N2 MNPQO NS2=RBFM6 C32S RI2R6INE6M 2C DP3NE=RER6 AEIAP3FNEGH C3PEQET6Q 76Q4 :B6 EGC3P6GA6 2C QEMNIE7PN2I MNIPANPI6 2G NB6 B23QPR FGQ L632AENO QEMNIE7PNE2G 2C RFINEA36M FGQ NB6 RI6MMPI6 QI2R 2C NB6 3EUPEQ=M23EQ NS2=RBFM6 C32S SFM QEMAPMM6Q PGQ6I NB6 A6INFEG B6EHBN FGQ MNIPA= NPI6 2C NB6 EG36N FGQ 2PN36N ABFD76IM4 )VR6IED6GNF3 I6MP3NM MB2S NBFN NB6 R6IC2IFN6Q=R3FN6 QEMNIE7PN2IM ，SBEAB FI6 RI2R6I3O FIIFGH6Q EG NB6 EG36N 2C ABFD76I 2C NB6 3EUPEQ=M23EQ AEIAP3FNEGH C3PEQET6Q 76Q B6FN 6VABFGH6I ，SENB NB6 FI6F 2C R6IC2IFN6Q=R3FN6 MDF336I NBFG NBFN 2C NB6 76Q，FGQ NB6 MB6QQEGH FI6F EG NB6 A6GN6I 2C NB6 76Q 3FIH6I NBFG NBFN EG NB6 6QH6 2C NB6 76Q ，AFG 6CC6ANEL63O EDRI2L6 NB6 PGEC2ID QEMNIE7PNE2G 2C NB6 L632AENO 2C RFINEA36M，FGQ Q6AI6FM6 NB6 G2GPGEC2ID QEMNIE7PNE2G 2C RFINEA36M EG NB6 RER6 7PGQ36 PGQ6I BEHB C32S IFN64 @0< A(%,#：3EUPEQ=M23EQ AEIAP3FNEGH C3PEQET6Q 76Q；B6FN 6VABFGH6I；QEMNIE7PN2I & & 流化床换热器具有强化传热和防除垢性能，是 "$ 世纪六七十年代发展起来的一种新型换热技术。 W$ 年 代， 94 /4 X3FI6G 0FPN6G7FAB
［ !］ ［ #］
分布是流化床换热器稳定操作的关键，目前，这一 问题尚未得到良好解决。本文利用 ’’9 测量系统， 采用实验的手段，对冷模液固循环流化床换热器的 分布板结构进行了初步探讨，以寻求可使固体颗粒 均匀地分配到管束中的分布板结构和操作条件。本 文研究结果已用于天津市汉沽盐场万吨级三相循环 流化床新型卤水蒸发装置的换热器下管箱的粒子分 布板设计，获得良好效果。 BC 实验 实验装置如图 # 所示。为了便于观测，整套实 验设备由有机玻璃制成。实验用内设 #% 根管的冷
［ ! —? ］ 广阔的应用前景 。其结构和流化方式已历经散
式流化床、内循环流化床，并发展到外循环流化 床。无论何种结构，控制固体粒子在管束中的均匀
“ 九五” 国家重点科技攻关项目（ W?=?#$="#=$# ） " 基金项目：
作者简介：姜峰（ #>8< —） ，男，博士，)=DFE3：YEFGH56GHZ 6O2P4 A2D；李修伦，通讯联系人。
［ C］ 匀，表现为床中心速度高，床四周速度低 。由
此引起固相速度的径向分布也很不均匀，也表现为 床中心速度高，床四周速度低。由于颗粒倾向于向 低液速区，即床四周聚集，所以高液速处颗粒体积 分数低，低液速处颗粒体积分数高，床层截面固含 率分布呈现床中心低，四周高的趋势。 ! & # & !" 有分布板的情况 由图 # 至图 C 可知，在低流量下（ ! ) * +, %’ .） ，即无粒子循环的条件下，分布板的存在对床 层固相速度的径向分布趋势影响不大，固相速度的 径向分布较均匀。固含率则表现为床中心处较高， 床四周较低。
’
度的径向分布很不均匀，床中心高，床四周低，固 含率分布则转变成床中心低，四周高。这主要因为 低液速下，没有粒子循环，处于散式流化状态，液
［ B］ 速分布较均匀 ，导致固相速度分布亦比较均匀。
同时，由于液速低，入口段高度有限，液固两相流 动没有完全发展，致使入口段内中心处颗粒体积分 数高，边缘处颗粒体积分数低，所以管束内固含率 分布也为床中间高四周低。而在较高液速下，已有 粒子循环，床层处于循环流化状态，液速分布不均
第 !" 卷 第 # 期 "$$% 年 " 月
化& 学& 工& 程 ’()*+’,- )./+.))0+./（ ’(+.,）
1234 !" .24 # 5674 "$$%
液固循环流化床换热器中固体颗粒分布
姜& 峰，贾丽云，刘明言，李修伦
（ 天津大学 化工学院，天津& !$$$8" ） &
"
摘要：利用 ’’9 图像测量与数据处理系统对多管液固循环流化床换热器中的两相流动特性进行了研究。探 讨了下管箱中的分布板结构对固体粒子的体积分数分布、固体粒子的速度分布，以及液固两相流压降的影 响。实验结果表明：在循环流化床换热器进口段安装适当结构的多孔板分布器，即多孔板的面积小于床层 截面积，且床中心处的遮挡面积大于边缘处的遮挡面积，可以有效地提高固相速度的均匀程度，在较高流 速下，能较好地改善固体颗粒在管束中的不均匀分布。 关键词：液固循环流化床；换热器；分布板 中图分类号：:; <8"& & & 文献标识码：,& & & 文章编号：#$$<=>><% （ "$$% ） $#=$$#8=$?