热粘熔颗粒的流化及团聚过程的DEM模拟

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煤、生物质等固体燃料在流化床燃烧、气化过程中,颗粒的高温团聚时有发生,团聚的积累导致床层结焦、结渣、产生失流化现象,影响正常安全生产。为研究低灰熔点燃料结焦、结渣问题,本文运用离散单元法(DEM)研究了流化床内的流化及团聚问题。  为了研究热粘熔颗粒的流化规律,本文设计了一个简单的循环流化床,运用DEM方法模拟了床内的气泡行为,再现了气泡的产生和长大的过程。在模拟的过程中引入了一个与重力相同数量级的粘性因素,考察了粘性对气泡的影响,对比分析了粘性力对气泡的产生及长大的影响,并分析了气泡周围颗粒速度及压力的变化。结果表明,在粘性力的作用下,气泡产生速度变慢、气泡的大小变小。同时发现气泡周围的颗粒速度会明显减小,而气泡周围的压力对粘性则不太敏感。  流化床内的结焦、结渣问题,从本质上分析,就是具有热粘熔性质的煤灰颗粒的在高温情况下的熔融后的流化团聚过程。由于在现有的实验条件下,很难直观的观察高温环境下的煤灰颗粒的流化团聚过程,利用煤灰进行实验相对较困难,因此本文在了解低灰熔点煤灰的熔融特性基础上,运用低温的热粘熔颗粒进行模拟。利用高温热显微镜观察了热粘熔单颗粒粘结过程,得到颗粒粘结与时间及温度的关系,通过拟合得到热粘熔颗粒的粘结机制,并测量了热粘熔颗粒在特定温度下材料的抗拉强度。  为了研究热粘熔颗粒的团聚规律,本文应用DEM方法模拟了内循环流化床内颗粒的团聚行为,并在二维的内循环流化床上进行了实验的初步验证,旨在找到合理的操作参数,延缓死床现象的发生。模拟时主要考虑了温度、布风、以及颗粒配比因素对热粘熔颗粒团聚的影响。实验验证时,主要进行了不同温度和不同风速比的实验。结果表明,温度是内循环流化床内团聚的重要因素,温度越高,越容易团聚;相比较均匀布风,非均匀布风会减缓团聚的形成,且非均匀布风时床内颗粒的混合更好;加入非粘熔颗粒后,颗粒的团聚现象明显减弱,颗粒团聚成块的大小变小。
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