[发明专利]用于超临界水流化床两相流动及传热特性测试的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相流技术,特别涉及一种超临界水流化床的测试装置。

背景技术

超临界水流化床反应器是一种用于生物质气化制氢的新型反应器，2003年，Mastsumura首次提出将超临界水流化床应用于生物质气化制氢的概念,该反应器融合超临界水气化和流化床的双重优势：1)超临界水具有高溶解性、高扩散性、高活性等独特物理化学性质而作为溶剂或反应介质直接处理高含湿量生物质，无需干燥过程；2)流化床中颗粒容易搭载催化剂颗粒,强化传热传质,延长生物质的停留时间，使化学反应充分进行。2006年西安交通大学多相流国家重点实验室在前人基础上创新设计并成功研制出一套生物质超临界水流化床部分氧化制氢装置(可参见专利文献ZL200710017691.6)，实现了高浓度生物质的高效气化且未出现反应器结渣堵塞现象，验证了流化床反应器在生物质超临界水气化制氢技术中的应用前景。

由于超临界水流化床采用超临界水为流化介质，传统的气固、液固流化床内两相流动理论及流化床的设计运行理论都受到了极大的挑战，而传统流化床设计的超临界水流化床在使用过程中，也暴露出了流化不完全、产物分布不均匀、床料时有溢出等问题。这些问题的存在都是因为当前对超临界水流化床的床层阻力特性、床层膨胀特性、颗粒分布特性、气泡产生及运动特性、床层与壁面传热特性、床内颗粒和流体传热特性等一些系列复杂的多相流问题知之甚少，缺乏超临界流化床的设计和运行的基本理论。对于流化床来说，表观流速、床层压降、床内空隙率、传热系数是流化床内多相流动及传热的重要参数，获得它们之间的互相关系是表征流化床内流动传热规律的最有效手段，目前，超临界水流化床测试系统存在的主要难点有：

1、压降信号是获得反应超临界水流化床内床层压降、床内空隙率的基础。然而在高温高压变物性的颗粒-流体系统中，压降的测量往往受到取压管内物性波动、颗粒流入取压管、取压管布置方式的影响，如何有效布置取压管实现压降的精确测量是非常关键的问题；

2、在超临界水流化床流动及传热特性的测量中，获得压降、温度等物理量随流量变化的规律是非常重要的，然而在高温高压系统中，流量的改变往往会导致系统中热量不平衡，进而引起温度波动，在保证温度稳定的条件下，实现进入试验段的流量线性升高或降低是超临界水流化床测量系统的难点；

3、超临界水流化床工作在高温高压环境中，在阻力特性的测量过程中，需要保证系统压力和试验段内流体温度稳定，否则就会引发床内流体物性的波动影响测量结果，如何保证试验段入口温度和系统压力的稳定是实现流化床各参数准确测量的基础，也是搭建超临界水流化床测试系统的又一难点。

发明内容

根据超临界水流化床测试系统存在的技术难点，本发明的目的是提供一种可研究超临界水流化床内两相流动及传热的实验装置。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种超临界水流化床内两相流动及传热特性测试装置，由主循环系统和辅助循环系统构成,其特征在于，所述主循环系统包括第一水箱，该第一水箱通过并联的两个柱塞泵与一个脉冲阻尼器的出口端相连，该脉冲阻尼器的出口端同时还连接第一逆流式回热器的冷流体入口，该第一逆流式回热器的冷流体出口与第二逆流式回热器的冷流体入口相联，该第二逆流式回热器的冷流体出口连接一预热器的入口，该预热器的出口连接一螺旋管加热器的入口，该螺旋管加热器的出口分为两路，分别连接流化床A试验段和B试验段的底端，流化床A试验段顶端连接第二逆流式回热器的热流体进口，流化床B试验段的顶端连接第一逆流式回热器的热流体进口，第一逆流式回热器的热流体出口连接第一逆流冷却器的热流体入口；第二逆流式回热器的热流体出口连接第二逆流冷却器的热流体入口，第一逆流冷却器和第二逆流冷却器的热流体出口均依次通过一个过滤器、一个流量调节阀、一个质量流量计后与一个连接第一水箱的背压阀相连；所述流化床A试验段和B试验段的出、入口设有控温热电偶，所述流化床A试验段和B试验段的段内均设有压差传感器和测温热电偶；

所述辅助循环系统包括第二水箱，该第二水箱的出口通过一个循环冷却水泵连接第一逆流冷却器的冷流体入口，该第一逆流冷却器的冷流体的出口与第二逆流冷却器的冷流体入口串联，第二逆流冷却器的冷流体出口通过一个开式冷却塔回流至第二水箱。

上述方案中，所述流化床A试验段或B试验段，竖直放置，外层包覆有保温棉，流化颗粒为石英砂，两端采用垫片法兰密封。

所述压差传感器至少有两个，布置在试验段垂直方向且高于每个测点的位置，并通过公用的取压管连接。