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)，由于其獨特的優(yōu)點，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)趨勢預(yù)測來展開研究。由于聚團(tuán)引發(fā)流化失敗的直接原因是流化風(fēng)對床料顆粒的驅(qū)動力不足以克服顆粒間相對運動阻力，本研究依托國家自然科學(xué)基金項目，將床料顆粒從復(fù)雜的流態(tài)化過程中剝離出來，單獨考察密集顆

2、粒體系內(nèi)部顆粒之間相對運動時的阻力特性，嘗試以此來定量指導(dǎo)流化床內(nèi)聚團(tuán)趨勢的預(yù)測。
　　研究首先根據(jù)連續(xù)介質(zhì)擬流體思路對床料顆粒體系進(jìn)行分析，討論其在剪切時的應(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試實驗臺。借助該實驗臺，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)系時常用的二次多項式對其分析后發(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核心問題，我們開始關(guān)注建立在離散顆?；A(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)行一系列燃燒實驗，探討了床料

4、粒徑、燃燒溫度、燃料特性等參數(shù)對聚團(tuán)產(chǎn)生的影響。通過對燃燒后的底渣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了三種典型的聚團(tuán)現(xiàn)象和機(jī)理。針對稻稈球和煙稈的聚團(tuán)趨勢進(jìn)行了燃燒試驗并獲取了實驗底渣，通過對底渣進(jìn)行剪切實驗發(fā)現(xiàn)，不同對比工況下燃燒稻稈球獲得的底渣顆粒間的運動阻力特性差異能夠較好地在剪切試驗臺上反映出來，對聚團(tuán)趨勢的預(yù)測有指導(dǎo)作用；而針對煙稈燃燒獲取的底渣力學(xué)特性差異則在剪切試驗臺上體現(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