论文题目: 气—固悬浮床流场优化及ECT应用的实验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 动力工程及工程热物理
作者: 王翠苹
导师: 李定凯
关键词: 循环悬浮床,气固流场优化,内构件,电容层析成像,图像重建算法
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以常温循环流化床半干法烟气脱硫与中温循环流化床干法烟气脱硫工艺为背景,从床结构和操作参数两方面对床内气-固两相流场的优化进行实验研究。采用大孔分布射流代替通常的流化床布风板,降低了反应器气体入口段的流动阻力,床内流动呈悬浮床状态。悬浮床内颗粒浓度低以及环核流动的性质,会严重影响脱硫剂的利用率和脱硫效率。因此,提高悬浮床脱硫反应器内固体颗粒的浓度,改善其中气固分布的均匀性,具有重要的意义。建立了截面尺寸为400mm×400mm,高度为3950mm的循环悬浮床冷态实验装置。对不同的进、出口结构和安装内构件的方案,在各种表观气体速度Ug和物料循环流率G s条件下,利用光纤探头沿床高测量了不同横截面内颗粒浓度和速度的径向分布,分析了不同操作参数和几何结构对颗粒浓度和速度场,尤其是边角区颗粒团聚效应的影响,确定了最有利于气固两相接触的床结构和操作参数。本文得到的结论:采用如下工艺简单的床结构,即大孔均布射流进气,顶部设置帽腔,在床出口下沿安装构件,在床中部安装大小组合-上下交叉内构件;实验条件优选的操作参数为Gs= 89kg/（m2·s）,Ug0= 2.8m/s。在以上优选的床结构和操作参数下,床内颗粒浓度和速度分布的均匀性,气固混合等状态最好,达到了流场优化的目的。首次应用电容层析成像技术（ECT）开展了对床内低浓度、大尺寸气固两相流场进行的测量研究。首次将半步Landweber迭代算法、广义模式矢量匹配法和概率统计归纳算法用于ECT逆问题的图像重建的算法,结果表明这几种算法均能提高床中心区域的分辨率,而且全局收敛,其中半步Landweber算法更稳定并适合对悬浮床流动的图像重建。本文选择了综合性能较好的长度200mm的8电极传感器,用于测量悬浮床两个截面上的流动特性。在线重建的图像定性提供了床内全截面上的流动信息。通过提取图像中的数据,分析了截面内有代表性的对称线上的颗粒浓度分布,以及截面平均颗粒浓度的概率密度分布,得到了床内流动的宏观特征和流动特性,验证并弥补了用光纤方法测量的流场优化的结果,并发现了床结构对流场湍动度的影响大于操作参数变化引起的影响。
论文目录:
第1章 引言
1.1 循环流化床烟气脱硫技术的发展
1.1.1 二氧化硫的危害与减排
1.1.2 循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)技术
1.1.2.1 CFB-FGD 技术的发展
1.1.2.2 常温循环流化床半干法烟气脱硫技术原理
1.1.3 气固流场优化的必要性
1.2 烟气脱硫流化床反应器中气固流动行为
1.2.1 气固浓度分布的轴、径向不均匀性
1.2.2 颗粒速度和气流速度分布
1.2.3 床进出口结构对床内流动结构的影响
1.2.4 其它流化床气固流场优化方法
1.3 气固两相流动测量新技术―电容层析成像
1.3.1 气固两相流测量技术及其发展
1.3.2 电容层析成像技术
1.3.3 ECT 图像重建算法
1.3.3.1 重构原理
1.3.3.2 非迭代算法
1.3.3.3 迭代算法
1.3.3.4 通过仿真和实验评估算法
1.4 本论文的研究内容与研究路线
第2章 实验装置与实验技术
2.1 实验装置
2.1.1 装置组成
2.1.2 参数选取
2.1.3 内构件引起的局部流动阻力
2.1.4 测量说明
2.2 实验测量技术
2.2.1 颗粒速度浓度分析仪
2.2.1.1 测量原理及方法
2.2.1.2 标定数据
2.2.2 电容层析成像系统
2.3 实验物料
2.4 本章小结
第3章 气固循环悬浮床流场优化的实验研究(I)
3.1 实验研究方案
3.2 实验结果与讨论
3.2.1 进口结构对床内颗粒浓度的影响
3.2.2 出口下内构件对床内颗粒浓度的影响
3.2.3 表观气速对床内颗粒浓度的影响
3.2.4 循环流率对床内颗粒浓度的影响
3.2.5 影响边角颗粒层厚度的因素分析
3.2.5.1 正向、斜向颗粒层厚度比较
3.2.5.2 表观气速对边角颗粒层的影响
3.2.5.3 颗粒循环流率对边角颗粒层的影响
3.3 气固流场优化初步实验结果的启示
3.4 本章小结
第4章 气固循环悬浮床流场优化的实验研究(II)
4.1 实验研究方案
4.2 相对内构件时的实验结果与分析
4.2.1 无因次颗粒浓度的分布规律
4.2.2 相对内构件对截面上浓度场的影响
4.2.3 颗粒速度概率分布(PD)
4.2.4 相对安装内构件对流场优化的评价
4.3 交叉安装内构件对流场影响的实验研究
4.3.1 构件安装方式对床内压降的影响
4.3.2 交叉安装内构件对床内轴向颗粒分布的影响
4.3.3 构件安装方式对径向颗粒浓度的影响
4.3.3.1 正向分布
4.3.3.2 斜向分布
4.3.4 交叉内构件对无因次颗粒浓度分布的影响
4.3.5 交叉内构件对颗粒轴向速度径向分布的影响
4.3.5.1 正向分布
4.3.5.2 斜向分布
4.4 本章小结
第5章 基于悬浮床应用的ECT 算法研究
5.1 悬浮床内的流动特点要求新的算法
5.2 提高中心区域空间分辨率的新算法
5.2.1 半步Landweber 迭代算法
5.2.1.1 半迭代法原理和算法
5.2.1.2 半步Landweber 迭代法图像重建的效果评价
5.2.2 广义模式矢量匹配算法(GVSPM)
5.2.2.1 GVSPM 原理和算法
5.2.2.2 GVSPM 方法图像重建的效果评价
5.2.3 概率统计归纳算法(SIA)
5.2.3.1 SIA 优化思路和算法
5.2.3.2 SIA 方法图像重建的效果评价
5.3 快速成像的五种算法比较
5.3.1 测试管中复杂分布的图像重建效果评价
5.3.2 悬浮床中固相分布的图像重建效果评价
5.4 本章小结
第6章 悬浮床气固流动特性的ECT 实验研究
6.1 ECT 测试系统的建立
6.1.1 12 电极系统
6.1.2 8 电极系统
6.1.3 8 电极与12 电极系统比较
6.2 ECT 测量悬浮床气固流动的实验
6.2.1 无床中内构件时流动特性的测量
6.2.2 床中安装相对内构件时流动特性的测量
6.2.3 床中交叉安装内构件时流动特性的测量
6.3 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢与声明
附录 A
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
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