化学工程与技术专业优秀论文化学工程与技术专业优秀论文 新型组合流化床石油焦燃烧器内气新型组合流化床石油焦燃烧器内气固流动行为研究固流动行为研究关键词：石油焦化关键词：石油焦化 组合燃烧器组合燃烧器 气固密相环流烧焦气固密相环流烧焦 快速床管式烧焦快速床管式烧焦 流体动力流体动力 学学 数值模拟数值模拟摘要：针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性，在经过大量试验研究 的基础上，提出了一种采用气固密相环流烧焦技术与快速床管式烧焦技术合理 组合的新型燃烧器结构，该结构把鼓泡床、湍动床、快速床及循环流化床的流 动特性耦合在一起，可实现颗粒在燃烧器内高浓度、强返混、长停留时间及高 循环倍率的燃烧要求。 为了便于试验研究，本文设计建立了一套大型的组合 燃烧器的冷模实验装置(环流段外筒体尺寸为 476 mm2500mm，导流筒尺寸 为 330mm1300 mm，烧焦管尺寸为 186 mm10000mm)，在不同操作条件 (导流筒区表观气速 0.7721.674 m/s，环隙区表观气速 0.2230.519 m/s， 烧焦管表观气速 3.1565.989 m/s，颗粒外循环强度 40.8229.4 kg/(mlt;#39;2gt;s)及两种颗粒体系下，采用光纤测量仪 及磷光颗粒示踪法对组合燃烧器内气固两相的流体力学特性进行了系统的试验 研究，然后采用计算流体力学的方法对环流段内气固流动规律进行了数值模拟。 试验采用的第一种颗粒体系为石英砂颗粒，平均粒径 78m，颗粒密度 2462 kg/mlt;#39;3gt;；第二种颗粒体系为石英砂颗粒与细粒径的 FCC 颗粒的混合颗粒(FCC 颗粒质量分率为 10)，FCC 颗粒的平均粒径 30.9m，颗粒密度 1500 kg/mlt;#39;3gt;。重点对空气一石 英砂体系进行了试验。通过试验与数值模拟研究，得出以下认识： 1.针对气 固密相环流烧焦段内颗粒的流体力学特征及结构特点，将环流段内的流场空间 划分为四个流动区域：导流筒区、环隙区、底部区及颗粒分流区。试验获得了 环流段四个流动区域内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率、颗粒局部返混比 在床层径向的分布规律；建立了导流筒区局部固含率的径向相似性分布模型及 导流筒区截面平均固含率的关联式；试验结果表明，颗粒的环流推动力和环流 速度随导流筒区表观气速的增大而增大；各流动区域内颗粒的整体返混比参数 沿轴向的分布各不相同，其大小顺序依次为；环隙区gt;颗粒分流区 gt;底部区gt;导流筒区，并给出了各流动区域内颗粒整体返混比的 关联式；操作条件范围内颗粒环流比在 816 之间变化；根据质量守恒原理建 立了描述导流筒区与环隙区整体固含率相互关系的数学模型；基于环流段内部 流场的压力平衡原理得出了颗粒环流速度的半经验半理论模型。 2.试验获得 了烧焦管内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率的径向分布规律；建立了局部 固含率的径向相似性分布关联式及截面平均固含率沿轴向分布的关联式。 3. 针对磷光颗粒示踪法测得的烧焦管内颗粒停留时间分布数据，提出了一套合理 的磷光颗粒示踪测量修正方法，建立了描述烧焦管内颗粒沿轴、径向扩散的二 维数学模型，分析了操作条件对颗粒扩散特性的影响规律，并给出了颗粒沿轴、 径向扩散的 Peclet 准数关联式。 4.在环流段试验研究的基础上，选择与试 验操作条件相同的计算工况，对环流段单一颗粒体系下的全流场空间内气固流 动规律进行了数值模拟，并用试验数据验证了计算结果，发现两者吻合较好， 表明本文建立的数值模拟方法是可靠的；在此前提下，进一步考察了较宽操作条件对局部时均固含率和颗粒时均速度分布的影响规律；颗粒速度矢量图表明， 应在颗粒分流区上面再增加一约束返混区，计算结果表明颗粒分流区的高度应 在 0.85 m 以上；同时计算了颗粒在环流段内的停留时间分布规律；从瞬态的角 度分析了环流段全流场空间内的压力脉动值的轴、径向分布规律，并进行了全 流场空间内瞬时固含率和瞬时速度的时间序列分布及其概率密度分析，为试验 研究的宏观时均测量结果找到了微观的合理解释依据。 5.通过试验与数值模 拟相结合的研究方式对环流段进行了研究，加深了对环流段内气固流动规律的 认识和理解，但今后的研究工作还需补充对不同混合比例的双颗粒体系的试验 与模拟的研究，以便为组合燃烧器的结构优化提供更宽范围的指导。正文内容正文内容针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性，在经过大量试验研究的 基础上，提出了一种采用气固密相环流烧焦技术与快速床管式烧焦技术合理组 合的新型燃烧器结构，该结构把鼓泡床、湍动床、快速床及循环流化床的流动 特性耦合在一起，可实现颗粒在燃烧器内高浓度、强返混、长停留时间及高循 环倍率的燃烧要求。 为了便于试验研究，本文设计建立了一套大型的组合燃 烧器的冷模实验装置(环流段外筒体尺寸为 476 mm2500mm，导流筒尺寸为 330mm1300 mm，烧焦管尺寸为 186 mm10000mm)，在不同操作条件(导 流筒区表观气速 0.7721.674 m/s，环隙区表观气速 0.2230.519 m/s，烧焦 管表观气速 3.1565.989 m/s，颗粒外循环强度 40.8229.4 kg/(mlt;#39;2gt;s)及两种颗粒体系下，采用光纤测量仪 及磷光颗粒示踪法对组合燃烧器内气固两相的流体力学特性进行了系统的试验 研究，然后采用计算流体力学的方法对环流段内气固流动规律进行了数值模拟。 试验采用的第一种颗粒体系为石英砂颗粒，平均粒径 78m，颗粒密度 2462 kg/mlt;#39;3gt;；第二种颗粒体系为石英砂颗粒与细粒径的 FCC 颗粒的混合颗粒(FCC 颗粒质量分率为 10)，FCC 颗粒的平均粒径 30.9m，颗粒密度 1500 kg/mlt;#39;3gt;。重点对空气一石 英砂体系进行了试验。通过试验与数值模拟研究，得出以下认识： 1.针对气 固密相环流烧焦段内颗粒的流体力学特征及结构特点，将环流段内的流场空间 划分为四个流动区域：导流筒区、环隙区、底部区及颗粒分流区。试验获得了 环流段四个流动区域内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率、颗粒局部返混比 在床层径向的分布规律；建立了导流筒区局部固含率的径向相似性分布模型及 导流筒区截面平均固含率的关联式；试验结果表明，颗粒的环流推动力和环流 速度随导流筒区表观气速的增大而增大；各流动区域内颗粒的整体返混比参数 沿轴向的分布各不相同，其大小顺序依次为；环隙区gt;颗粒分流区 gt;底部区gt;导流筒区，并给出了各流动区域内颗粒整体返混比的 关联式；操作条件范围内颗粒环流比在 816 之间变化；根据质量守恒原理建 立了描述导流筒区与环隙区整体固含率相互关系的数学模型；基于环流段内部 流场的压力平衡原理得出了颗粒环流速度的半经验半理论模型。 2.试验获得 了烧焦管内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率的径向分布规律；建立了局部 固含率的径向相似性分布关联式及截面平均固含率沿轴向分布的关联式。 3. 针对磷光颗粒示踪法测得的烧焦管内颗粒停留时间分布数据，提出了一套合理 的磷光颗粒示踪测量修正方法，建立了描述烧焦管内颗粒沿轴、径向扩散的二 维数学模型，分析了操作条件对颗粒扩散特性的影响规律，并给出了颗粒沿轴、 径向扩散的 Peclet 准数关联式。 4.在环流段试验研究的基础上，选择与试 验操作条件相同的计算工况，对环流段单一颗粒体系下的全流场空间内气固流 动规律进行了数值模拟，并用试验数据验证了计算结果，发现两者吻合较好， 表明本文建立的数值模拟方法是可靠的；在此前提下，进一步考察了较宽操作 条件对局部时均固含率和颗粒时均速度分布的影响规律；颗粒速度矢量图表明， 应在颗粒分流区上面再增加一约束返混区，计算结果表明颗粒分流区的高度应 在 0.85 m 以上；同时计算了颗粒在环流段内的停留时间分布规律；从瞬态的角 度分析了环流段全流场空间内的压力脉动值的轴、径向分布规律，并进行了全 流场空间内瞬时固含率和瞬时速度的时间序列分布及其概率密度分析，为试验研究的宏观时均测量结果找到了微观的合理解释依据。 5.通过试验与数值模 拟相结合的研究方式对环流段进行了研究，加深了对环流段内气固流动规律的 认识和理解，但今后的研究工作还需补充对不同混合比例的双颗粒体系的试验 与模拟的研究，以便为组合燃烧器的结构优化提供更宽范围的指导。 针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性，在经过大量试验研究的基础 上，提出了一种采用气固密相环流烧焦技术与快速床管式烧焦技术合理组合的 新型燃烧器结构，该结构把鼓泡床、湍动床、快速床及循环流化床的流动特性 耦合在一起，可实现颗粒在燃烧器内高浓度、强返混、长停留时间及高循环倍 率的燃烧要求。 为了便于试验研究，本文设计建立了一套大型的组合燃烧器 的冷模实验装置(环流段外筒体尺寸为 476 mm2500mm，导流筒尺寸为 330mm1300 mm，烧焦管尺寸为 186 mm10000mm)，在不同操作条件(导 流筒区表观气速 0.7721.674 m/s，环隙区表观气速 0.2230.519 m/s，烧焦 管表观气速 3.1565.989 m/s，颗粒外循环强度 40.8229.4 kg/(mlt;#39;2gt;s)及两种颗粒体系下，采用光纤测量仪 及磷光颗粒示踪法对组合燃烧器内气固两相的流体力学特性进行了系统的试验 研究，然后采用计算流体力学的方法对环流段内气固流动规律进行了数值模拟。 试验采用的第一种颗粒体系为石英砂颗粒，平均粒径 78m，颗粒密度 2462 kg/mlt;#39;3gt;；第二种颗粒体系为石英砂颗粒与细粒径的 FCC 颗粒的混合颗粒(FCC 颗粒质量分率为 10)，FCC 颗粒的平均粒径 30.9m，颗粒密度 1500 kg/mlt;#39;3gt;。重点对空气一石 英砂体系进行了试验。通过试验与数值模拟研究，得出以下认识： 1.针对气 固密相环流烧焦段内颗粒的流体力学特征及结构特点，将环流段内的流场空间 划分为四个流动区域：导流筒区、环隙区、底部区及颗粒分流区。试验获得了 环流段四个流动区域内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率、颗粒局部返混比 在床层径向的分布规律；建立了导流筒区局部固含率的径向相似性分布模型及 导流筒区截面平均固含率的关联式；试验结果表明，颗粒的环流推动力和环流 速度随导流筒区表观气速的增大而增大；各流动区域内颗粒的整体返混比参数 沿轴向的分布各不相同，其大小顺序依次为；环隙区gt;颗粒分流区 gt;底部区gt;导流筒区，并给出了各流动区域内颗粒整体返混比的 关联式；操作条件范围内颗粒环流比在 816 之间变化；根据质量守恒原理建 立了描述导流筒区与环隙区整体固含率相互关系的数学模型；基于环流段内部 流场的压力平衡原理得出了颗粒环流速度的半经验半理论模型。 2.试验获得 了烧焦管内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率的径向分布规律；建立了局部 固含率的径向相似性分布关联式及截面平均固含率沿轴向分布的关联式。 3. 针对磷光颗粒示踪法测得的烧焦管内颗粒停留时间分布数据，提出了一套合理 的磷光颗粒示踪测量修正方法，建立了描述烧焦管内颗粒沿轴、径向扩散的二 维数学模型，分析了操作条件对颗粒扩散特性的影响规律，并给出了颗粒沿轴、 径向扩散的 Peclet 准数关联式。 4.在环流段试验研究的基础上，选择与试 验操作条件相同的计算工况，对环流段单一颗粒体系下的全流场空间内气固流 动规律进行了数值模拟，并用试验数据验证了计算结果，发现两者吻合较好， 表明本文建立的数值模拟方法是可靠的；在此前提下，进一步考察了较宽操作 条件对局部时均固含率和颗粒时均速度分布的影响规律；颗粒速度矢量图表明， 应在颗粒分流区上面再增加一约束返混区，计算结果表明颗粒分流区的高度应