基于顆粒間力學(xué)特性的生物質(zhì)流態(tài)化燃燒聚團(tuán)趨勢(shì)研究.pdf

1、循環(huán)流化床燃燒作為一種成熟的流態(tài)化燃燒技術(shù)，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在生物質(zhì)燃燒方面應(yīng)用廣泛。由于生物質(zhì)燃料特有的性質(zhì)，在采用CFB鍋爐燃燒的過程中會(huì)出現(xiàn)床料聚團(tuán)這一特殊的堿金屬問題。由于聚團(tuán)可直接導(dǎo)致流化失敗，危害嚴(yán)重，本文主要圍繞聚團(tuán)的產(chǎn)生機(jī)理和聚團(tuán)趨勢(shì)預(yù)測(cè)來展開研究。由于聚團(tuán)引發(fā)流化失敗的直接原因是流化風(fēng)對(duì)床料顆粒的驅(qū)動(dòng)力不足以克服顆粒間相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力，本研究依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，將床料顆粒從復(fù)雜的流態(tài)化過程中剝離出來，單獨(dú)考察密集顆

2、粒體系內(nèi)部顆粒之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力特性，嘗試以此來定量指導(dǎo)流化床內(nèi)聚團(tuán)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。
　　研究首先根據(jù)連續(xù)介質(zhì)擬流體思路對(duì)床料顆粒體系進(jìn)行分析，討論其在剪切時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系。求取思路經(jīng)歷了斜槽法、錐板法、旋轉(zhuǎn)圓筒法等嘗試過程，最后選取了單圓筒法并搭建了測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)。借助該實(shí)驗(yàn)臺(tái)，獲取了原始石英砂顆粒的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)其本構(gòu)關(guān)系不符合常規(guī)流體的變化規(guī)律。在采用描述泥石流本構(gòu)關(guān)系時(shí)常用的二次多項(xiàng)式對(duì)其分析后發(fā)現(xiàn)其能夠較好地

3、描述石英砂的本構(gòu)關(guān)系。由于密集顆粒在剪切過程中表現(xiàn)出的特性與流體差異較大，為了抓住聚團(tuán)過程中顆粒間作用力這個(gè)核心問題，我們開始關(guān)注建立在離散顆粒基礎(chǔ)之上的顆粒物質(zhì)力學(xué)特性，研究變顆粒濃度下顆粒剪切時(shí)的力學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)較小的顆粒粒徑、光滑的表面、良好的球形度將顯著減小顆粒剪切過程中的力鏈強(qiáng)度，并增加顆粒從自然堆積過渡到緊密堆積所需的時(shí)間，而這些因素也正是影響顆粒流化性能的關(guān)鍵要素。
　　通過在鼓泡床上進(jìn)行一系列燃燒實(shí)驗(yàn)，探討了床料

4、粒徑、燃燒溫度、燃料特性等參數(shù)對(duì)聚團(tuán)產(chǎn)生的影響。通過對(duì)燃燒后的底渣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了三種典型的聚團(tuán)現(xiàn)象和機(jī)理。針對(duì)稻稈球和煙稈的聚團(tuán)趨勢(shì)進(jìn)行了燃燒試驗(yàn)并獲取了實(shí)驗(yàn)底渣，通過對(duì)底渣進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同對(duì)比工況下燃燒稻稈球獲得的底渣顆粒間的運(yùn)動(dòng)阻力特性差異能夠較好地在剪切試驗(yàn)臺(tái)上反映出來，對(duì)聚團(tuán)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)有指導(dǎo)作用；而針對(duì)煙稈燃燒獲取的底渣力學(xué)特性差異則在剪切試驗(yàn)臺(tái)上體現(xiàn)不出來。通過研究還發(fā)現(xiàn)球形床料跟形狀不規(guī)則床料在聚團(tuán)形成方式上表現(xiàn)出了