近日，工程热物理所循环流化床实验室针对双流化床这一复杂多相流动体系开展的研究取得了重要成果，相关研究内容发表在Chemical Engineering Journal (IF: 13.273)上。 

　　双流化床技术作为一种简单、可靠且经济高效的方法，在生物质气化和燃烧方面具有很大的吸引力。该技术具有高效的颗粒循环量、燃料转化率和低焦油生成量的特点，被认为是大规模生物质气化的最佳选择。但是双流化床系统包含了提升管和鼓泡床两种不同流动型态的床体，是一个复杂的多相流动体系。其全回路的流动特性是系统稳定运行的关键，同时也对系统的运行效率起着重要的影响。尽管目前已对双流化床进行了一系列的研究，但是大多集中在局部参数测量或者局部流动模拟，尚缺乏全回路的气固流动特性信息，尤其是双流化床启动阶段的气固流动特性对整个系统达到稳定运行的影响尚无相应的研究，需要特别关注。 

　　针对此，工程热物理研究所循环流化床实验室对双流化床进全循环回路气固流动特性进行了数值模拟研究，同时，采用电容层析成像和压力传感器对自主搭建的双流化床系统进行了流场的测量和验证。数值模拟针对全回路的气固流动特性进行了整体分析，同时对各个关键部件内的气固流动特性进行了详细深入的剖析。 

　　结果发现，在系统启动阶段，提升管内的床料会随着颗粒的不断排出而迅速减少，当下U阀开始正常工作时，系统平衡才开始建立，提升管内的颗粒体积分数开始达到稳定状态。鼓泡床内存在多个形状和大小不同的气泡。根据气泡和颗粒的行为，可以将鼓泡床划分为四个区域，气泡形成区，气泡上升和合并区，气泡破碎区和颗粒飞溅区。通过气泡的不断演变，颗粒被携带向上运动，在飞溅区实现扩散和转移，进而实现颗粒的内循环。同时，下斜管内的流化空气进入鼓泡床内，起到二次风作用，助力于气固的充分混合。下U阀连接提升管和鼓泡床，只有当下U阀内的压力平衡建立之后才能实现整个系统平衡的建立。 

　　在系统启动阶段，提升管将经历由填充床过渡到鼓泡床，最后到湍流床，而鼓泡床将经历由填充床到鼓泡床的过程，因此在流态演变过程，两床之间会有一个时间差，而这个时间差是系统启动时间的一部分。另外，提升管内的自平衡和鼓泡床内的自平衡也存在一定的时间差。分析发现，可以将双流化床假设为一个改进的循环流化床，提升管为固体颗粒循环提供驱动力，而鼓泡床和下U阀作为一个部件进行工作，起到颗粒缓冲区的作用。当提升管和鼓泡流化床之间达到平衡时，系统才能达到稳定运行。因此，为了使整个系统能够顺利、安全、有效的启动，最好将启动时间缩短。 

　　研究工作得到国家自然科学基金（No.52006222），国家重点研发计划（2018YFF01013801）和中科院国际合作的支持。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129835 

　　图1. 双流化床示意图. 1. 空气压缩机 2.气柜 3.烘干机 4.质量流量控制器 5.进料口 6.方形鼓泡床

7.机械阀 8.过滤器 9.旋风分离器 10.立管 11.上U阀 12.斜管 13.下U阀 14.提升管 15.罗茨风机 

图2. 鼓泡床内气泡和颗粒行为划分 

图3. 提升管和鼓泡床启动时间差