高揮發(fā)分固體燃料循環(huán)流化床內(nèi)流動(dòng)及熱解特性.pdf

1、循環(huán)流化床熱解拔頭工藝可以實(shí)現(xiàn)低階煤/生物質(zhì)等高揮發(fā)分固體燃料的高效分級(jí)轉(zhuǎn)化利用。本論文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，在顆粒尺度上考察了煤和生物質(zhì)單獨(dú)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(jī)制。然后針對(duì)循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸三種不同方法獲得的曳力模型對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果的影響，開展了循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)特性的三維全循環(huán)數(shù)值模擬，進(jìn)而

2、耦合二元顆粒及顆粒與氣相間熱量傳遞模型和熱解動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)報(bào)了流化床內(nèi)低階煤熱解反應(yīng)的時(shí)空特性。旨在提高對(duì)循環(huán)流化床內(nèi)高揮發(fā)分固體燃料熱解過(guò)程復(fù)雜多尺度特征的認(rèn)識(shí)。
　　在顆粒尺度上，采用熱重與質(zhì)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(guò)程。具體考察了兩種高揮發(fā)分固體燃料熱解過(guò)程的熱反應(yīng)特性及升溫速率的影響行為，獲得了熱解過(guò)程氣體產(chǎn)物的析出規(guī)律。通過(guò)比較摻混比對(duì)共熱解過(guò)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

3、導(dǎo)作用的原因取決于各自組成特性。通過(guò)分析摻混比與升溫速率對(duì)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(guò)程的協(xié)同效應(yīng)。針對(duì)褐煤、能源植物及其混合物的復(fù)雜體系，基于一系列單一反應(yīng)假設(shè)的分布活化能模型獲得了熱解過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
　　針對(duì)煤和生物質(zhì)等高揮發(fā)分固體燃料流化床熱解及其他熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程所涉及的不規(guī)則復(fù)雜顆粒體系，將格子Boltzmann法與顆粒的數(shù)字化方法進(jìn)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

4、粒群間的相互作用力。預(yù)報(bào)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(guò)程，基于文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)關(guān)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(duì)曳力系數(shù)的影響規(guī)律，并考察了規(guī)則分布和隨機(jī)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(guò)程CFD模擬相間曳力本構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建提供了一個(gè)新的思路。
　　基于雙流體模型建立了描述流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的CFD數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)比較了顆粒尺度（直接數(shù)值模擬方法）、介尺

5、度（能量最小多尺度方法）和反應(yīng)器尺度（經(jīng)典實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式）所獲得曳力模型對(duì)床層壓降、顆粒相濃度和速度時(shí)空分布等流動(dòng)特性的影響。同時(shí)，采用網(wǎng)狀靜電傳感器和壓力傳感器分別考察了流化床內(nèi)顆粒速度和床層壓降分布特性。定性和定量比較結(jié)果驗(yàn)證了相間曳力模型是決定數(shù)值預(yù)測(cè)可靠性與準(zhǔn)確性的重要因素，基于實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式對(duì)于本論文所采用的Geldart B類顆粒體系具有良好的預(yù)報(bào)能力。
　　在反應(yīng)器尺度上，通過(guò)三維全循環(huán)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)了循環(huán)流化床內(nèi)氣