本文選題：CFD模擬 + 顆粒混合/分級��； 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)》2017年博士論文

【摘要】：雙流化解耦燃燒是一種綜合處理高含水含氮生物質(zhì)殘?jiān)?本文以白酒糟為例)的高值化應(yīng)用技術(shù),該工藝主要包括鼓泡流化床熱解器和提升管燃燒器兩個(gè)核心設(shè)備。白酒糟首先通過螺旋加料器進(jìn)入熱解器,發(fā)生干燥和熱解,生成的半焦再進(jìn)入提升管燃燒器燃燒。同時(shí),熱解過程產(chǎn)生的熱解氣進(jìn)入燃燒器,以還原燃燒反應(yīng)過程中產(chǎn)生的NOx,降低NOx的生成和排放。該工藝的設(shè)計(jì)過程中,需要保證白酒糟在熱解器中與固體熱載體充分混合,并具有一定的停留時(shí)間,以確保熱解轉(zhuǎn)化率;而提升管燃燒器內(nèi)部的氣固流動結(jié)構(gòu)決定了半焦的燃燒效率和NOx的還原效率。本論文通過開展計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)數(shù)值模擬,對以上兩個(gè)問題進(jìn)行了探討,以期為該工藝技術(shù)的放大、優(yōu)化和工程設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。本論文的具體研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下:(1)鼓泡流化床中顆�；旌�/分級特性研究。本論文第二章通過對比模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),系統(tǒng)研究了 CFD模擬中的模型參數(shù)對模擬結(jié)果的影響,以為后期的數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明,數(shù)值模擬中所采用的顆粒溫度方程、顆粒-壁面鏡面反射系數(shù)、顆粒-顆粒彈性恢復(fù)系數(shù)和顆粒摩擦粘度對模擬結(jié)果有重要的影響。對流動結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明,氣泡尺寸和顆粒軸向速度是影響雙組分顆�；旌铣潭鹊年P(guān)鍵因素。當(dāng)鼓泡流化床尺寸較小時(shí),壁面對大氣泡的生成和顆粒的軸向運(yùn)動存在明顯的抑制作用,導(dǎo)致顆�；旌咸匦耘c大尺寸鼓泡流化床存在顯著差異。研究發(fā)現(xiàn)存在臨界尺寸(40dp),當(dāng)鼓泡床厚度大于該值時(shí),顆�；旌�/分級特性與壁面條件無關(guān)。這一結(jié)果為研究鼓泡床內(nèi)顆�；旌咸匦苑糯笮�(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。(2)錯(cuò)流鼓泡流化床中顆粒停留時(shí)間分布研究。本論文第三章通過分析不同床層高度、顆粒循環(huán)流量和操作氣速下的數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),錯(cuò)流鼓泡流化床中顆粒停留時(shí)間分布與床內(nèi)儲料量和顆粒循環(huán)流量密切相關(guān)。通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理,不同操作條件下顆粒停留時(shí)間分布曲線的下降段可以歸一為一個(gè)具有唯一參數(shù)的指數(shù)函數(shù),且該參數(shù)與操作條件無關(guān)�；谶@一結(jié)果,論文首次提出了顆粒停留時(shí)間分布上升段由CFD模擬得到、下降段由該指數(shù)函數(shù)預(yù)測的半經(jīng)驗(yàn)預(yù)測方法。采用此半經(jīng)驗(yàn)方法對不同尺寸錯(cuò)流鼓泡流化床中顆粒停留時(shí)間分布特性進(jìn)行了預(yù)測,所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好吻合。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明,此經(jīng)驗(yàn)方法可推廣到雙組分顆粒的鼓泡流化床系統(tǒng)。由于錯(cuò)流鼓泡流化床中顆粒停留時(shí)間分布存在長拖尾現(xiàn)象,直接基于CFD模擬研究顆粒停留時(shí)間分布特性計(jì)算量極大,采用該預(yù)測方法可縮短大量計(jì)算時(shí)間。該半經(jīng)驗(yàn)方法的建立為計(jì)算雙流化床解耦燃燒系統(tǒng)中大尺寸鼓泡流化床熱解器內(nèi)顆粒停留時(shí)間分布、定量設(shè)計(jì)連續(xù)顆粒流鼓泡流化床反應(yīng)器提供了有效方法。(3)雙流化床解耦燃燒系統(tǒng)中鼓泡流化床熱解器的模擬研究。針對雙流化床解耦燃燒工藝進(jìn)一步優(yōu)化的需求,本論文第四章對不同結(jié)構(gòu)和布?xì)鈼l件下熱解器內(nèi)部的流動傳熱現(xiàn)象進(jìn)行了模擬研究。研究表明,隨著熱解器壁面與水平線角度(60°、77°和90°)的增加,熱解器中的流動死區(qū)逐漸減少,循環(huán)灰與白酒糟的混合程度逐漸增加,顆粒的停留時(shí)間逐漸減小;熱解器底部采用非均勻氣速分布時(shí),增加靠近白酒糟入口一側(cè)的操作氣速有利于強(qiáng)化白酒糟與循環(huán)灰的混合。數(shù)據(jù)分析表明,盡管熱解器內(nèi)整體循環(huán)灰與白酒糟呈近似均勻混合狀態(tài),但它們的停留時(shí)間分布仍存在顯著差異,循環(huán)灰的平均停留時(shí)間要顯著大于白酒糟停留時(shí)間。對傳熱機(jī)理的分析結(jié)果表明,熱解器內(nèi)氣固相間傳熱為主要的熱量傳遞方式,而且循環(huán)灰與氣體之間的傳熱速率遠(yuǎn)大于白酒糟與氣體之間。(4)雙流化床解耦燃燒系統(tǒng)中提升管燃燒器的模擬研究。本論文第五章對提升管中的氣體混合和顆粒流動特性進(jìn)行了分析,并系統(tǒng)考察了熱解氣入口條件、顆粒循環(huán)量及循環(huán)灰粒徑對流動特性的影響,以期對提升管的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。研究表明,提升管燃燒器處于非常稀疏的氣力輸送狀態(tài),平均固含率小于0.002;矩形截面提升管的邊壁效應(yīng)明顯,邊角處形成向下流動的顆粒層。對熱解氣入口條件的研究表明,隨著高度增加,熱解氣分布逐漸均勻;保證總氣量相同的條件下,增加熱解氣氣量,可加速熱解氣的均勻分布。當(dāng)熱解氣與一次風(fēng)氣量比大于0.144時(shí),顆粒速度分布均勻性與熱解氣的分布規(guī)律一致;當(dāng)風(fēng)量較小時(shí),一次風(fēng)主導(dǎo)顆粒的運(yùn)動特性。隨著顆粒循環(huán)量和循環(huán)灰粒徑的增加,顆粒停留時(shí)間增長。
[Abstract]:The results show that the particle temperature equation , the particle - wall specular reflection coefficient , the particle - particle elastic recovery factor and the particle friction viscosity of the bubbling fluidized bed have a significant influence on the simulation results . The results show that the particle temperature equation , particle - wall specular reflection coefficient , particle - particle elastic recovery factor and particle friction viscosity of the bubble bed are very important to the simulation results . ( 3 ) The simulation of the bubbling fluidized bed pyrolyzer in the dual fluidized bed decoupling combustion system is studied . The results show that , with the increase of the wall of the pyrolyzer and the angle of the horizontal line ( 60 擄 , 77 擄 and 90 擄 ) , the flow dead zone in the pyrolyzer is gradually decreased .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ038.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1785048