化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算流體力學(xué)模擬.pdf

1、CO2作為主要的溫室氣體，日益影響著全球氣候和生態(tài)環(huán)境的變化，并威脅著人類的生存環(huán)境。化學(xué)鏈燃燒（chemical looping combustion，CLC）是一種低能耗、低污染實(shí)現(xiàn)CO2高濃度富集的先進(jìn)技術(shù)，本文對以Fe2O3/Al2O3 為氧載體的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，得到了串行流化床反應(yīng)器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)流體動力學(xué)相似原理設(shè)計(jì)并搭建了冷態(tài)試驗(yàn)臺架，通過大量實(shí)驗(yàn)，研究了串行流化系統(tǒng)的穩(wěn)定性、壓力平衡及流體動力學(xué)

2、特性。進(jìn)而，基于計(jì)算流體動力學(xué)軟件(Fluent)，對設(shè)計(jì)方案中的CLC 系統(tǒng)進(jìn)行了冷態(tài)和熱態(tài)模擬，這對設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選取有指導(dǎo)意義。
　　 以快速流化床、鼓泡床分別作為空氣反應(yīng)器（Air Reactor，AR）和燃料反應(yīng)器（FuelReactor，F(xiàn)R），提出一套基于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)平衡、質(zhì)量平衡、壓力平衡、流體動力學(xué)分析等理論的設(shè)計(jì)方案，一定程度上改進(jìn)了現(xiàn)有串行流化床臺架設(shè)計(jì)理論。
　　 根據(jù)流體動力學(xué)相似原理設(shè)計(jì)了

3、40kW 化學(xué)鏈系統(tǒng)對應(yīng)的冷態(tài)試驗(yàn)臺架，AR與FR 高度分別為2.2m、0.39m，直徑分別為0.1m、0.2m，并以平均粒度約為213 微米、顆粒密度2917kg/m3的石英砂作為循環(huán)物料，AR和FR 床料量分別為3.2kg(床高約0.24m)、5.34kg(床高約0.11m)時(shí)，流化風(fēng)速分別控制在1.8~2.4m/s(約1~1.3ut)、0.18~0.22m/s(約4.25~5.19umf)范圍內(nèi)，Loopseal 流化風(fēng)約為1~4

4、 倍最小流化速度(umf)，松動風(fēng)約為0.5~2.5umf，側(cè)吹風(fēng)約為0.5~1umf，能夠滿足設(shè)計(jì)工況，證明該方案可行。
　　 基于Fluent的冷態(tài)模擬結(jié)果表明，對于AR，流化風(fēng)速1.5m/s 時(shí)軸向平均空隙率約為0.945，表現(xiàn)為快速流化床，0.8m/s 時(shí)表現(xiàn)為湍動流態(tài)化，床層的軸向壓降與冷態(tài)試驗(yàn)吻合；對于FR，流化風(fēng)速0.15~0.2m/s 時(shí)軸向平均空隙率約為0.572~0.629，與理論設(shè)計(jì)吻合；采用歐拉模型對FR