循环流化床煤粉气化燃烧过程是一个复杂的多尺度气固流动过程,为了保证系统安全、稳定和高效运行,要对反应器内部气固两相多尺度流动特性进行深入的机理研究,组织合理的颗粒浓度分布,使煤粉颗粒和空气或氧气之间有良好的接触面积和反应时间,以便提高系统运行效率和对过程进行调控。
针对循环流化床内部复杂的气固流动,工程热物理所循环流化床实验室开展了基于流体计算和过程层析成像相结合的复杂流动过程研究,研究了煤粉气化过程反应器及气固分离系统内部气固两相多尺度流动特征。数值计算采用MP-PIC方法,基于CPFD计算平台,嵌入EMMS曳力模型。通过三维全循环数值计算分析,获取了反应器内部气固多尺度运动特性,揭示复杂气固流场特性分布及颗粒循环流率变化特性。实验研究通过电容层析成像(ECT),微波多普勒(Microwave Doppler)、压力和光纤信号,结合信号互相关理论,对料腿内颗粒分布状况进行在线实时监测,通过双层电极同步测量和相关性分析,得到颗粒平均流速与循环流率;通过多模式融合测量和数据融合分析,为反应器不同区域提供固体颗粒浓度、速度、压力分布信息;分析获得了循环流化床气固多尺度流动特征。基于计算与测量的融合,获得了复杂炉流动结构下反应器之间固体颗粒质量分配规律,为煤粉气化过程设计和大型化提供在线监测工具和和实验数据库。
研究结果表明:数值计算结果可较好地反映流化床加压气固流场特性;颗粒体积分数及速度分布可反映出颗粒经过四个区域的循环状态;床内压降主要集中在底部密相区,要对压力信号进行频域分析需将芯管内外压力信号分别分析;EMMS曳力模型能够准确预测压力和固体浓度径向分布,但在固体通量预测上,较实验值偏低,今后将在模型上开展更深入的研究。通过该研究,得到了加压气固全循环回路详细动力学特征参数分布,包括循环回路压力平衡和密相区颗粒分布特征等关键参数的变化,实现了加压气固返料流率的非侵入式在线测量,为循环流化床加压气化的工业设计提供了重要参数数据。
上述研究率先在国际上开展了加压气固流动过程层析成像和CPFD数值计算研究,将电容层析成像、微波多普勒和数值计算融合,实现加压复杂气固流动过程在线测量。研究成果应邀分别在国际流态化化会议(International Conference on FLUIDIZATION XVI, Guilin, China – Keynote speaker)和国际能源会议(Energy Engineering and Powder Technology International Conference, Krakow, Poland – Plenary Speaker)做邀请报告2次。并受国际期刊 Applied Thermal Engineering邀请,撰写气固流动过程层析成像测量综述文章一篇,文章标题“Application of electrical capacitance tomography in circulating fluidised beds – A review” (10.1016/j.applthermaleng.2020.115311)。研究成果分别发表在Powder Technology(10.1016/j.powtec.2020.02.047)、Particuology(10.1016/j.partic.2019.05.002, 10.1016/j.partic.2019.11.003)、Measurement Science and Technology(10.1088/1361-6501/aafd7e)、Transaction of Institute on Measurement and Control(10.1177/0142331219851913, 10.1177/0142331218808857)等期刊上。
上述研究得到国家自然科学基金项目(61771455和61811530333)、科技部重大科研仪器项目(2018YFF01013801)、中科院重点对外合作项目、英国皇家学会牛顿高级****基金(Royal Society Newton Advanced Fellowship-NA170124)的资助。
图 1 加压气固全循环回路实验测量
图 2 加压气固全循环回路CPFD计算
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
研究所在循环流化床气固流动研究方向取得新进展
本站小编 Free考研/2020-05-30
相关话题/过程 计算
碳氢组分解耦的煤炭分级气化关键过程实验台进行安装调试
煤炭作为主力能源有力地支撑了我国经济的迅速发展。但是,煤炭的简单粗放型利用方式也导致了高能耗、高污染、高碳排放的三高问题。通过气化反应,煤炭可以转化为合成气,进而组织高效的联合循环或转化为天然气、甲醇等清洁燃料,气化是实现煤炭高效、清洁、低碳利用的关键技术。 相对于传统一步式完全转化的煤气化技术, ...中科院工程热物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30国家重点研发计划“热半焦循环流化床高效低污染燃烧及过程匹配技术” 课题年度进展交流会顺利召开
2019年6月25日,研究所承担的国家重点研发计划课题“热半焦循环流化床高效低污染燃烧及过程匹配技术”年度进展交流会顺利召开。课题所属项目“基于发电的煤炭热解燃烧多联产技术”负责人、浙江大学方梦祥教授、研究所副所长吕清刚研究员出席会议,来自中国科学院工程热物理研究所、浙江大学、上海电力学院、华电电力 ...中科院工程热物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30国家重大科学研究计划项目“全球陆表能量与水分交换过程及其对全球变化作用的卫星观测与模拟研究”通过课题验收
11月6日,国家重大科学研究计划项目“全球陆表能量与水分交换过程及其对全球变化作用的卫星观测与模拟研究”顺利通过课题验收。来自中国农科院、国家遥感中心、清华大学、北京师范大学、中科院青藏高原所、中科院地理所、武汉大学、中科院大气物理所等单位的14位专家组成课题验收专家组。 会上,项目首席、空天信息 ...中科院空天信息创新研究院 本站小编 Free考研 2020-05-30国家重大科学研究计划“全球陆表能量与水分交换过程及其对全球变化作用的卫星观测与模拟研究”召开年度进展会
1月25日,由中科院空天信息研究院(以下简称“空天院”)研究员施建成承担的国家重大科学研究计划“全球陆表能量与水分交换过程及其对全球变化作用的卫星观测与模拟研究”组织召开年度进展会。 会议邀请了中国农科院、清华大学、中科院青藏高原研究所、中科院大气物理研究所、中科院地理所、国家气象信息中心、空天院 ...中科院空天信息创新研究院 本站小编 Free考研 2020-05-30王强研究组揭示胚胎左右不对称发育过程中细胞周期调控纤毛形成的重要机制
动物胚胎如何由一个均一的卵裂球发育为具有头尾、背腹和左右等不对称特征的胚胎,是发育生物学中一个重要的研究领域。为纪念创刊125周年,Science杂志于2005年7月提出了125个重要的科学问题。上述胚胎不对称性建立的机制,即属于其中的科学问题之一。左右不对称(left-rightasymmetry ...中科院动物研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30李卫研究组揭示减数分裂过程中花束期端粒保护新机制
端粒是存在于真核细胞染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体,对于保持染色体的完整性和控制细胞分裂周期具有不可替代的作用。端粒长度反映细胞复制史及复制潜能,被称作细胞寿命的“有丝分裂钟”。端粒在减数分裂过程中同样发挥重要的作用,减数分裂前期存在一个特殊的时相——花束期。此时,端粒聚集在细胞核内特定的区 ...中科院动物研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30康乐组发现一种调控飞蝗聚群过程的“双刹车”神经分子机制
群聚现象广泛地存在于动物中。群聚的个体与独居的个体相比较通常表现出显著的个体间协助和行为可塑性以适应多变的生存环境。飞蝗是世界性的重大农业害虫,具有典型的聚群现象。其多种行为特征,如嗅觉行为及运动活性,可在群居型及散居型间相互转变,是研究聚群行为可塑性的理想模型。我国的科学家曾发现嗅觉、多巴胺途径以 ...中科院动物研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30【前沿论坛】Boris Kaus: 现今和早期岩浆系统的动力学过程
报告人:Boris Kaus | 整理:王欣欣(岩石圈室) 摘要:岩浆系统如何工作,地幔熔体如何运移到地表,地球早期地壳如何生成?这些复杂的动力学演化过程是迄今为止尚未解开的谜题。难点在于问题的时空跨度:地幔演化如此漫长,而岩浆作用相对如此迅速,其空间跨 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30【前沿报道】Science Advances: 利用地震追踪俯冲带流体从源(板片)到汇(地幔楔)的迁移过程
俯冲带是地球系统水循环的关键场所,水的输入、运移、脱出方式和量级对地球表层环境、深部介质性质和动力过程都具有重要影响,因此一直是地球科学的研究前沿和热点(相关前沿报道见《马里亚纳俯冲带携水量估计》《西北太平洋地区俯冲板片含水量的控制因素》)。俯冲板块将地表水等流体带入地球深部,而深部的水又随着岩浆活 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30【前沿报道】Nature Geoscience:地质过程与气候对山区生物多样性的影响
山地是地球表面的重要特征,除南极洲以外,山地面积占地球表面的1/10,其生物数量占陆地生物的1/4,是全球相当一部分生物物种的起源地。造山过程改变了局地和区域气候,造就了多种环境单元,为外来物种的迁移生存、新物种的形成以及物种演化创造了条件。然而,我们对生物多样性的演化、分布与山地形成的关系,仍然知 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30