流化床油页岩流化特性的数值模拟研究.pdf

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1、第33卷第5期东北电力大学学报V01．33．No．52013年l0月JournalOfNortheastDianliUniversityOct．．20l3文章编号：1005—2992(2013)05—0010-05流化床油页岩流化特性的数值模拟研究孙佰仲，宫殿臣2(1．中国大唐集团科学技术研究院，北京100033；2．东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：应用CFD软件Fluent对流化床内油页岩的流动特性进行了冷态流场模拟，并研究不同时刻、不同粒径以及不同弹性恢复系数对流化床内流化状态的

2、影响。最终模拟结果表明：随着时间的推移流化现象越来越明显，同时颗粒粒径越小，弹性恢复系数越小更容易使气流稳定，有益于物料的正常流化。关键词：油页岩；流化床；数值模拟中图分类号：TK6文献标识码：A目前，流化床已广泛应用于煤气化、发电、化工产业等方面⋯。良好的流化状态是流化床稳定、高效运行的先决条件]。流化床内流化态的稳定受多方面因素的影响，例如流化风速、物料的粒径、物料的弹性恢复系数等，如若上述操作条件选取的不合理，会严重影响流化床的稳定运行。Fluent作为CFD常用软件因其经济快捷等特点被许多工程设计人员及

3、高校科研人员在流体流动、热传导、化学反应等方面广泛应用]。CFD也应用于研究流化床中颗粒粒径大小、颗粒弹性恢复系数大小等对流化状态的影响等方面。本文利用Fluent商用软件模拟不同时问参数、不同颗粒粒径对流化床内流场特性的影响，为流化床反应器的工程设计提供基础理论数据。蔓1模型建立及网格划分≤、_本文模拟为东北电力大学流化床试验台，流程一＼示意图如图1所示，此流化床模型床高约2m，流化}≥＼床直径为88mm，网格数4200，该实验进料从顶部进≤l料，氮气作为流化气体从底部通人，本文运用Fluent1扁纯氮气；2

4、．转子流量计；3．空气压缩机；4．预热段软件的前处理软件Gambit进行了二维简化的网格划5．热电偶1；6．布风板；7．热电偶2；8．反应段；9．温度控制仪lO．调压器1；11．温度控制仪；12．调压器2分；网格划分情况如图2所示，计算条件如表1图1流化床试验台所示。表1模拟中部分参数及其模型的选择收稿日期：2013一O7—10作者简介：孙佰仲(1973一)，男，黑龙江省五常市人，东北电力大学能源与动力工程学院副教授，搏士，主要研究方向：油页岩资源的开发和利用，中小型工业锅炉的改造以及生物质能源的研究．第5期孙

5、佰仲等：流化床油页岩流化特性的数值模拟研究13图11、12和13分别显示了固相颗粒在的压力值在不同时刻不同弹性恢复系数情况下随流化床高度的变大的分布情况。从图中可以看到，固相颗粒的压力分布和弹性系数的变化没有多少影响。在不同弹性恢复细数下压力值几乎无变化。；羞蛙幽垃圄斑0．00．20．40．60．81．01．21．41．61．82．0床高，m床高／m图10t=3s时沿流化床高度方向固体体积分布图11t=1s时沿流化床高度方向压力分布言一童蛊幽穑榴艋0．00．20．40．60．81．01．21．41．61．82．

6、0床高，m0．00．20．40．60．81．0l‘21．41．61．82．0床高，m图12t=2s时沿流化床高度方向压力分布不同时刻沿流化床高度方向压力分布图13t=3s时沿流化床高度方向压力分布通过对每个参数的分析比较，可以看出弹性恢复系数对固相颗粒沿床层高度上的的压力分布及其体积分数的影响非常小，但是弹性恢复系数越小可以清晰的看出流化状态会越容易实现。3结论利用CFD软件Fluent对流化床内不同时间参数、不同颗粒粒径、以及不同弹性恢复系数的床内流场进行模拟，可以较为全面的反映不同的操作参数对流化床炉膛内气

7、流分布的影响。这对减少实验次数与开发费用，以及研究难以测量的场量，都是十分有意义的。本文主要得出以下结论：(1)欧拉双流体模型对固相颗粒的运动规律能够较为准确的描述出来，并且模拟结果表明固相颗粒在流化床内运动中存在内部颗粒内循环现象。(2)模拟结果表明颗粒平均粒径越小流化床内越容易实现流态化现象，而弹性恢复系数对流化态的影响是：弹性恢复系数越小，颗粒混合越均匀越容易实现流化现象。同时弹性恢复系数的大小对固相颗粒沿床层高度上的压力分布和体积分数的分布没有较大的影响。14东北电力大学学报第33卷参考文献[1]巴苏，

8、弗雷泽．循环流化床的设计与运行[M]．北京：科学出版社，1994．[2]岑可法．循环流化床锅炉理论设计与运行[M]．北京：中国电力出版社，1998．[3]李勇，刘志友，安亦然．介绍计算流体力学通用软件——F1uent[J]．水动力学研究与进展，2001，16(2)，254—258．[4]魏新利，马新辉．应用Fluent软件研究流化床中布风板结构[J]．能源工程，2006，15—19．[