论文总字数：19898字

摘 要

循环流化床在全球的应用越来越广泛，越来越成熟，但是大量的实验与研究反映出循环流化床内的气固流动系统是十分复杂的，它的局部结构和整体结构体现出很大的不均匀性。充分认识和了解循环流化床的流动特性对预测和判断流动系统中流型的变化和可能的化学变化有极其重要的作用。

本文运用学校的循环流化床实验平台研究了低密度B型颗粒的流动结构与其转变规律。实验通过改变固体通量和表观气速，探究了其对上升管内压力降、颗粒浓度的分布的影响和流型转变的规律。

实验得出，随固体通量增大或表观气速减小，快速流化床上升管内的压力降增大。压力降在上升管下部的变化比在中上部的变化更明显。随固体通量增大或表观气速减小，快速流化床上升管内的颗粒浓度增大。而表观气速对颗粒浓度的影响还与固体通量的大小有关。固体通量与表观气速都恒定时，上升管高度z/D与(1-ε)呈指数关系并且孔隙率ε趋近于1。在快速流化床内，保持固体通量不变而增大表观气速，或者保持表观气速不变而减小固体通量，会使上升管内的流型经历环核流动、团絮流动和气力输送的转变。

关键词：循环流化床；流型；快速流态化；孔隙率；压力降；颗粒浓度；固体通量；表观气速

Abstract

Circulating fluidized bed (CFB) in global is applied more and more widely, more and more mature, but plenty of experiments and researches prove that the gas-solid flow system in the circulating fluidized bed is very complicated, and its local structure and global structure reflect a very large inhomogeneity. It is very important for prediction and judging of the flow regime changes and possible chemical changes to understand the flow regime of the CFB.

In this study, the flow regime and transformation of low density B particles are studied by using the CFB experimental platform in Southeast University. The distribution of pressure drop and particle concentration and the transformation of the flow regime in the riser are explored by changing the solid flux and superficial gas velocity.

This experiment shows that, with the increases of the solid flux or the decreases of the superficial gas velocity, the pressure drop in the riser increases. The change of pressure drop in the lower part of the riser is more obvious than that in the middle and upper part. With the increases of solid flux or decreases of superficial gas velocity, the particle concentration in the fast fluidized bed increases. The influence of superficial gas velocity on the particle concentration is also related to the solid flux. When the solid flux and superficial gas velocity is constant, the riser height z/D is exponential with (1-ε), and the voidage ε tends to 1. In the fast fluidized bed, increase the superficial gas velocity at a given solid flux, or decrease the solid flux at a given superficial gas velocity, the flow regime in the riser will transform from core-annular flow to cluster flow, and then transform to dilute flow.

Keywords: Circulating fluidized bed, flow regime, fast fluidization, voidage, Pressure drop, Particle concentration, solid flux, superficial gas velocity

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2 国内外研究动态 2

1.3研究内容与研究目的 7

第二章 实验设备及实验方法 8

2.1 实验设备 8

2.2 总体研究思路 9

2.3 实验步骤与方法 9

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 上升管压降 11

3.1.1固体通量对压力降轴向分布的影响 11

3.1.2 表观气速对压力降轴向分布的影响 12

3.2 颗粒浓度 12

3.2.1 固体通量对颗粒浓度轴向分布的影响 12

3.2.2 表观气速对颗粒浓度轴向分布的影响 13

3.2.3 颗粒浓度沿上升管高度的变化规律 14

3.2.4 快速流化床中实际的空隙率分布 14

3.3 快速流态化内的流动结构 15

3.3.1 固体通量对流动结构的影响 15

3.3.2 表观气速对流动结构的影响 16

3.3.3不同参数下快速流化床典型结构的转变 17

第四章 结 论 19

致 谢 20

参考文献 21

第一章 绪 论

1.1引言

快速流化床 (FFB) 是一种高效的气固反应和传热传质设备，广泛运用在煤加压气化和燃烧、生物质热解、费-托合成(FTS)等能源、化工、冶金等工业领域。在快速流化床中，不同条件下具有不同的气固混合特性，影响着反应器的反应速率，随着流化气速的逐步增加，气固流态化形式由固定床、鼓泡流化、节涌、等低速流化，经过湍动流化，进入团絮流化、环核流化、气力输送等高速流态化。^[1]不同的工业应用、不同的反应对快速床内的运行条件有着不同要求，研究不同气速下的流动结构及其转变，选择合适的输送速度对于快速流化床的实际工业设计和运行有着巨大意义。^[2]

近些年来，循环流化床(CFB)燃烧技术的基础理论越来越被人们深入地研究，因此循环流化床在全球的应用越来越广泛，越来越成熟。大量的实验与研究反映出循环流化床内的气固流动系统是十分复杂的，很难用具体的数学方程去描述它，该系统的特点是颗粒在空间里的分布时不均匀的，因此循环流化床的局部结构和整体结构体现出了很大的不均匀性。充分认识和了解循环流化床的流动特性对预测和判断流动系统中流型的变化和可能的化学变化有极其重要的作用。^[3]

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