油頁巖流化床內(nèi)流體力學(xué)和干燥特性數(shù)值模擬.pdf

1、油頁巖資源將是未來常規(guī)能源的替代物，但其高濕分會對大規(guī)模開發(fā)造成不利影響。本文提出一種高效的流化床干燥技術(shù)，以高溫低含氧量的煙道氣為干燥和流化介質(zhì)，應(yīng)用到油頁巖的深度脫水預(yù)處理中。
　　首先，基于歐拉模型和顆粒動力學(xué)理論數(shù)值分析了顆粒的彈性恢復(fù)系數(shù)、壁面條件及操作條件對流化床內(nèi)油頁巖顆粒冷態(tài)流化特性的影響。研究表明，當(dāng)esw取0.2及ess為0.9時(shí)，數(shù)值模擬的床層壓降及膨脹高度與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，同時(shí)初始?xì)馀莩叽缗cChiba的經(jīng)驗(yàn)

2、值誤差較小。當(dāng)壁面滑移系數(shù)增加時(shí)，床層壓降和壁面切向應(yīng)力均增加；當(dāng)增加彈性恢復(fù)系數(shù)時(shí)，床層膨脹高度和顆粒速度均減?。辉黾恿骰俣?，有利于增大初始?xì)馀莩叽?，同時(shí)加快氣泡變化，有利于增加床層膨脹高度；同時(shí)模擬的床層壓降與實(shí)驗(yàn)值的誤差分別為4.02%，4.32%，5.39%。隨著顆粒尺寸的增加，所形成的初始?xì)馀莺痛矊优蛎浉叨入S之減小。
　　數(shù)值研究了流化床中高溫?zé)煹罋馀c濕油頁巖顆粒的傳熱特性?！胺植及鍏^(qū)域”的兩相溫度存在較大梯度，為最有

3、效的傳熱區(qū)域。其理論值(47.48mm)和數(shù)值模擬值(52mm)吻合較好，相對誤差為8.7%，驗(yàn)證了Mladen模型用于流化床內(nèi)油頁巖顆粒傳熱過程的可靠性。氣固傳熱系數(shù)與顆粒分布、雷諾數(shù)及兩相溫差均有關(guān)。碰撞恢復(fù)系數(shù)的增加，有利于提高床層的傳熱系數(shù)和有效傳熱區(qū)域。
　　數(shù)值模擬了不同溫度下油頁巖的干燥特性并與實(shí)驗(yàn)值對比，確定了以干燥溫度和活化能為函數(shù)的濕分?jǐn)U散系數(shù)及其臨界含濕量?？偨Y(jié)了工藝參數(shù)對油頁巖在流化床內(nèi)干燥過程的影響。提高

4、煙道氣溫度，直接給予油頁巖脫水更大推動力；增加流化速度，提高床層內(nèi)的氣固流化質(zhì)量；明顯提高了氣固相間的對流傳熱傳質(zhì)系數(shù)，因此，提高了油頁巖的干燥強(qiáng)度；減小顆粒粒徑，意味著傳熱面積越大，顆粒內(nèi)部濕分遷移路徑變短，直接減小濕分傳遞阻力；同時(shí)，減小初始床層高度的增加，意味著運(yùn)行載荷減小，明顯縮短了干燥時(shí)間。在恒速干燥階段的熱效率明顯高于降速階段；在恒速干燥階段，當(dāng)增加煙道氣溫度和流化速度，可以直接提高煙道氣能量的利用量；增加初始床層高度時(shí)，能