循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)氣固兩相流動特性的實驗與數(shù)值研究.pdf

1、水煤漿流化-懸浮燃燒鍋爐結(jié)合了水煤漿和循環(huán)流化床兩種潔凈煤技術(shù)，該技術(shù)是在循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，取得了良好的經(jīng)濟及社會效益。循環(huán)流化床鍋爐（CFBB：Circulating Fluidized Bed Boiler）以其高效低污染等優(yōu)點在全世界范圍已經(jīng)得到迅速的發(fā)展。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)是典型的氣固兩相流，對其流動特性的研究，是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)研究的重要方面。本文應(yīng)用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對工業(yè)應(yīng)用的循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)縮

2、小模型上部稀相段、下部密相區(qū)及高效分離器內(nèi)氣固兩相流動特性進行研究。 研究結(jié)果表明：爐膛內(nèi)顆粒固含率（濃度）呈中心高，邊壁低的“環(huán)-核”流動結(jié)構(gòu)及顆粒軸向速度中心處向上，邊壁處向下的內(nèi)循環(huán)流動形式。另外，改變操作氣速與質(zhì)量循環(huán)流率，沿軸向爐膛中下部區(qū)域及沿徑向邊壁區(qū)顆粒固含率分布的影響比較顯著。同時，操作條件對顆粒軸向速度的影響都表現(xiàn)為中心區(qū)域顆粒向上速度變化的效果要顯著于邊壁處向下運動速度的變化。邊壁處的氣固兩相流動規(guī)律還有待

3、于進一步研究。不同粒徑的顆粒在爐膛中的運動分布規(guī)律不同，沿爐膛高度方向，顆粒粒徑越大，爐膛下部的顆粒固含率就越大。不同的二次送風結(jié)構(gòu)對爐膛稀相段的氣固宏觀流動特性的影響顯著；二次風進口入射角為與軸向方向成60°向上入射情況下，爐膛內(nèi)氣流對顆粒的擾動作用較明顯，顆粒主要分布在爐膛中上部區(qū)域y=1.5-3.5m范圍內(nèi)，最有利于爐膛內(nèi)的燃燒；二次風的縱向穿透深度也比較大。結(jié)合水煤漿流化-懸浮燃燒所采用的異重比流態(tài)化工藝，模擬密相鼓泡床兩種床料

4、的氣固流態(tài)化特性。在密相區(qū)內(nèi)，床料經(jīng)歷了床層均勻膨脹，氣泡的產(chǎn)生、上升及破裂的發(fā)展過程，不同密度及粒度的床料中氣泡的運動及分布形態(tài)完全不同。 旋風分離器作為循環(huán)流化床鍋爐中重要的氣固分離設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個循環(huán)流化床鍋爐的出力、效率及運行壽命。本文對直切式旋風分離器內(nèi)的分離性能及氣固兩相流動特性進行了實驗和數(shù)值研究。研究結(jié)果表明：隨著入口氣速和入口顆粒濃度的增加，分離效率會出現(xiàn)一個最大值：對粒度相差較大的物料，分離效

5、率隨入口顆粒粒度的增大而增大，而對粒度相差不大的物料，密度對分離效率的影響更為明顯。旋風分離器入口結(jié)構(gòu)的非軸對性以及氣相旋流的不穩(wěn)定性造成氣相流場呈非軸對稱性，主要表現(xiàn)為氣流旋轉(zhuǎn)中心與分離器幾何中心不重合；排氣管內(nèi)切向速度呈強旋流狀態(tài)，軸向速度呈強剪切流特征，這些都是造成排氣管內(nèi)產(chǎn)生流動阻力的重要原因。同時還研究了入口面積比KA、排氣管直徑比dr、排塵口直徑比dc、入口速度V1和溫度T等結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作條件對氣相流場的影響規(guī)律，為旋風分離