爐膛結(jié)構(gòu)對(duì)循環(huán)流化床氣固流動(dòng)特性影響的研究.pdf

1、循環(huán)流化床作為一項(xiàng)高效、清潔的燃燒技術(shù)近年來有了迅速發(fā)展，特別是隨著循環(huán)流化床機(jī)組呈現(xiàn)大型化高參數(shù)化的發(fā)展趨勢(shì)，爐膛結(jié)構(gòu)布置對(duì)爐內(nèi)氣固流動(dòng)特性的影響是該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。本文依托十一五國家科技支撐計(jì)劃子課題項(xiàng)目《超臨界循環(huán)流化床鍋爐整體布置方案》，開展了爐膛結(jié)構(gòu)對(duì)床內(nèi)氣固流動(dòng)分布特性影響的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬計(jì)算工作，為研究開發(fā)設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐提供理論基礎(chǔ)。
　　本文首先在自行搭建的350m

2、×480m×4.9m的矩形截面泠態(tài)循環(huán)流化床試驗(yàn)臺(tái)上，利用高速攝影技術(shù)和粒子圖像測(cè)速(PIV)以及PC6D型光纖顆粒濃度探針，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)密相區(qū)、過渡區(qū)、稀相區(qū)段內(nèi)的顆粒速度濃度分布情況進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量，著重考察了不同結(jié)構(gòu)布置(不同密相區(qū)結(jié)構(gòu)、過渡區(qū)后墻臺(tái)階、二次風(fēng)口、稀相區(qū)掛屏以及爐膛出口大小，布置位置等)對(duì)爐內(nèi)的局部區(qū)域的氣固流動(dòng)分布的影響。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)密相區(qū)采用單側(cè)后墻漸擴(kuò)型結(jié)構(gòu)時(shí)，床內(nèi)底部顆粒的流動(dòng)速度及濃度分布在前后墻

3、方向上均呈非中心對(duì)稱分布，氣泡和顆粒向漸擴(kuò)的后墻方向偏轉(zhuǎn)且返混現(xiàn)象劇烈，后墻附近區(qū)域顆粒濃度明顯高于前墻；過渡區(qū)截面內(nèi)后墻臺(tái)階結(jié)構(gòu)的布置改變了該區(qū)域的氣固流動(dòng)分布，在靠近臺(tái)階區(qū)域，顆粒流動(dòng)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象明顯，臺(tái)階結(jié)構(gòu)的上下兩端均易出現(xiàn)大量顆粒的聚集和碰撞；稀相區(qū)段的氣固流動(dòng)分布則主要受出口效應(yīng)控制，顆粒速度和濃度的最大值分布于出口位置處。加大爐膛出口尺寸后，稀相區(qū)段顆粒相的徑向速度增加明顯，同時(shí)稀相區(qū)顆粒濃度略有增加；稀相區(qū)屏式過熱器的布置增

4、加了該區(qū)域的壁面約束，在掛屏間隔區(qū)域顆粒流動(dòng)呈現(xiàn)類似“環(huán)核”結(jié)構(gòu)的分布情況，同時(shí)在掛屏邊壁區(qū)域有明顯的較高濃度的顆?；亓餍纬伞?br>　　其次本文通過對(duì)循環(huán)流化床內(nèi)氣固流動(dòng)數(shù)值模擬方法和模型的綜述與比較，特別是考慮到前期氣固流動(dòng)模擬中傳統(tǒng)曳力模型的局限，引入了基于能量最小多尺度(EMMS)模型的新曳力計(jì)算方法，并結(jié)合以顆粒動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)的雙流體模型，利用Fluent6.3計(jì)算軟件對(duì)循環(huán)流化床冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)及多結(jié)構(gòu)方案布置的600MW超臨界

5、循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的氣固流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析，重考察了不同出口布置方式，稀相區(qū)掛屏布置方式和底部密相區(qū)結(jié)構(gòu)等對(duì)爐內(nèi)流動(dòng)情況的影響。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明：爐內(nèi)顆粒濃度的軸向分布以褲衩腿高度為分界，在底部褲衩腿區(qū)域，顆粒的濃度分布和速度分布在床層徑向方向上呈現(xiàn)明顯的“W”和“M”形分布：與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)應(yīng)，爐膛出口的布置情況決定了稀相區(qū)截面內(nèi)氣固流動(dòng)分布，在采用出口緊湊布置時(shí)，爐膛各出口流率分布均勻，波動(dòng)較小，增加分離器數(shù)量有利于出口流

6、率的均勻分布；加入掛屏布置后，稀相區(qū)段顆粒濃度整體有所增加，同時(shí)在掛屏非均勻布置條件下，爐膛出口流率不均勻性增加，而采用掛屏均勻布置后，各出口流率變化不大，均勻性較好；采用單爐膛密相區(qū)結(jié)構(gòu)時(shí)，爐膛底部區(qū)域的顆粒濃度要略大于雙爐膛褲衩腿布置方式，另外受二次風(fēng)穿透能力影響，單爐膛布置的底部截面中心位置處顆粒的徑向混合較差，局部的高濃度和低濃度均有出現(xiàn)。
　　最后結(jié)合冷態(tài)試驗(yàn)和實(shí)爐尺寸循環(huán)流化床氣固流動(dòng)數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果，本文給出了60