聲場流化床流化特性研究.pdf

1、聲場流態(tài)化是將聲波從流化床頂部或底部傳入流化床中，達到改善顆粒流化質(zhì)量的效果。聲場流化床主要有兩大優(yōu)點：(1)聲波能有效降低流化床中顆粒聚團的尺寸，使之在很低的操作速度下實現(xiàn)穩(wěn)定流態(tài)化；(2)聲能不受顆粒物性限制，可以采用輻射方式引入流化床而不需要內(nèi)部構(gòu)件等優(yōu)點。 本論文針對FCC顆粒、石英砂顆粒和生物質(zhì)顆粒的聲場流化特性以及聲場射流流化床的流化特性進行了系統(tǒng)研究。 在內(nèi)徑140mm，高1600mm的鼓泡流化床中，以FC

2、C顆粒和石英砂顆粒為流化介質(zhì)，采用光導纖維探針和差壓變送器分別測定不同軸/徑向位置的顆粒濃度信號和壓力波動信號，考察外加聲場對密相區(qū)顆粒濃度和壓力脈動的影響。結(jié)果表明：聲場的引入可以降低顆粒最小流化速度，聲壓級越大，最小流化速度越??；固定聲壓頻率存在一個最佳頻率范圍顆粒最小流化速度最小。鼓泡床密相區(qū)FCC顆粒濃度沿軸向逐漸減小，沿徑向呈拋物線分布。操作氣速越大，F(xiàn)CC顆粒濃度越小。隨著聲壓強度的增大，床層中心區(qū)和上部密相區(qū)FCC顆粒濃度

3、增大。固定聲壓級，頻率在100～400Hz范圍內(nèi)FCC顆粒濃度較大，頻率低于100Hz或高于400Hz時，聲波的作用效果減弱。 通過統(tǒng)計分析、功率譜分析和小波分析揭示外加聲場對顆粒濃度信號的影響。結(jié)果表明：顆粒濃度功率譜呈現(xiàn)寬頻且有明顯主頻的低頻信號，聲壓越大主頻的峰值越小，顆粒濃度信號的主頻峰值隨頻率先下降后上升。對顆粒濃度信號進行5尺度離散小波變換，聲場流化床中顆粒濃度信號高頻部分增加，低頻部分減小。氣泡尺寸和鼓泡頻率隨聲壓

4、的增大而減小，隨聲波頻率的增大先減小后增大。 在內(nèi)徑53mm，高800mm的聲場鼓泡流化床中，采用壓力探針研究生物質(zhì)顆粒的流化特性，考察添加惰性組分和引入聲場對生物質(zhì)流化質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：添加惰性組分可以顯著改善生物質(zhì)流化質(zhì)量，惰性組分質(zhì)量分數(shù)越大流化質(zhì)量越好。聲場的引入可以使生物質(zhì)在較高質(zhì)量分數(shù)下實現(xiàn)流化，降低生物質(zhì)顆粒的最小流化速度。聲波強度越大，生物質(zhì)顆粒的最小流化速度越小；固定聲壓級，在最佳頻率范圍內(nèi)生物質(zhì)顆粒最小流

5、化速度最小。 以FCC和石英砂顆粒為流化介質(zhì)，采用光導纖維探針考察聲場和射流耦合對顆粒流化的影響。結(jié)果表明：射流深度隨射流氣速、流化數(shù)和射流管徑的增大而增大，隨床料平均粒徑和密度的增加而減小，聲場的引入可以增大射流深度。對實驗數(shù)據(jù)進行多元線性回歸分析，得到了聲場射流流化床水平射流的射流深度關(guān)聯(lián)式，關(guān)聯(lián)式的預(yù)測值與實驗值吻合得較好。顆粒濃度徑向呈拋物線分布，沿軸向高度顆粒濃度逐漸增大，其中射流區(qū)顆粒濃度最小，射流氣速和流化數(shù)越大顆