本文選題：高揮發(fā)分固體燃料　切入點：循環(huán)流化床　出處：《華北電力大學(北京)》2017年博士論文

【摘要】：循環(huán)流化床熱解拔頭工藝可以實現(xiàn)低階煤/生物質等高揮發(fā)分固體燃料的高效分級轉化利用。本論文采用實驗和數(shù)值模擬相結合的研究方法,在顆粒尺度上考察了煤和生物質單獨及共熱解特性,探討了不規(guī)則形狀顆粒與其周圍流體間相互作用機制。然后針對循環(huán)流化床內氣固兩相流動CFD模擬中曳力的重要性,具體分析了基于直接數(shù)值模擬、能量最小多尺度方法和實驗數(shù)據回歸三種不同方法獲得的曳力模型對預報結果的影響,開展了循環(huán)流化床內氣固兩相流動特性的三維全循環(huán)數(shù)值模擬,進而耦合二元顆粒及顆粒與氣相間熱量傳遞模型和熱解動力學模型,預報了流化床內低階煤熱解反應的時空特性。旨在提高對循環(huán)流化床內高揮發(fā)分固體燃料熱解過程復雜多尺度特征的認識。在顆粒尺度上,采用熱重與質譜聯(lián)用法研究了云南小龍?zhí)逗置汉湍茉粗参锾J竹的熱解過程。具體考察了兩種高揮發(fā)分固體燃料熱解過程的熱反應特性及升溫速率的影響行為,獲得了熱解過程氣體產物的析出規(guī)律。通過比較摻混比對共熱解過程的影響,發(fā)現(xiàn)能源植物和褐煤分別在低溫和高溫階段呈現(xiàn)主導作用的原因取決于各自組成特性。通過分析摻混比與升溫速率對混合物熱解的影響,探討了兩種高揮發(fā)分固體燃料共熱解過程的協(xié)同效應。針對褐煤、能源植物及其混合物的復雜體系,基于一系列單一反應假設的分布活化能模型獲得了熱解過程的反應動力學參數(shù)。針對煤和生物質等高揮發(fā)分固體燃料流化床熱解及其他熱化學轉化過程所涉及的不規(guī)則復雜顆粒體系,將格子Boltzmann法與顆粒的數(shù)字化方法進行雙向耦合,在顆粒/介尺度上分析和模擬了流體與單一顆粒及顆粒群間的相互作用力。預報了顆粒雷諾數(shù)0.1到3000范圍單一球形/非球形顆粒的繞流過程,基于文獻實驗數(shù)據和經驗關聯(lián)式探索了數(shù)字顆粒的分辨率、形狀、方位及雷諾數(shù)對曳力系數(shù)的影響規(guī)律,并考察了規(guī)則分布和隨機分布球形顆粒群的Stokes繞流特性。為不規(guī)則形狀顆粒體系流態(tài)化過程CFD模擬相間曳力本構關系的構建提供了一個新的思路�；陔p流體模型建立了描述流化床內氣固兩相流動的CFD數(shù)學模型,詳細比較了顆粒尺度(直接數(shù)值模擬方法)、介尺度(能量最小多尺度方法)和反應器尺度(經典實驗關聯(lián)式)所獲得曳力模型對床層壓降、顆粒相濃度和速度時空分布等流動特性的影響。同時,采用網狀靜電傳感器和壓力傳感器分別考察了流化床內顆粒速度和床層壓降分布特性。定性和定量比較結果驗證了相間曳力模型是決定數(shù)值預測可靠性與準確性的重要因素,基于實驗獲得的經驗關聯(lián)式對于本論文所采用的Geldart B類顆粒體系具有良好的預報能力。在反應器尺度上,通過三維全循環(huán)數(shù)值模擬預測了循環(huán)流化床內氣固兩相流動的多流態(tài)分布特征。結果表明循環(huán)流化床穩(wěn)定運行對操作條件要求十分嚴苛,需要綜合考慮提升管、鼓泡床和溢流閥等各部分間的相互影響,反應器之間的耦合作用主要表現(xiàn)在提升管操作氣速對鼓泡床內氣固流動特性的影響。通過詳細考察顆粒物性與操作條件的影響,明確了提升管操作氣速是控制循環(huán)流化床內顆粒循環(huán)流率的關鍵因素。進而耦合流動、傳遞和反應過程,建立了描述流化床內低階煤流動與熱解過程的CFD數(shù)學模型,初步預報了流化床內低階煤熱解行為。
[Abstract]:寰幆嫻佸寲搴婄儹瑙ｆ嫈澶村伐鑹哄彲浠ュ疄鐜頒綆闃剁叅/鐢熺墿璐ㄧ瓑楂樻尌鍙戝垎鍥轟綋鐕冩枡鐨勯珮鏁堝垎綰ц漿鍖栧埄鐢，

本文編號：1681335