CFB富氧燃燒氣氛下飛灰的沉積試驗(yàn)及沉積過程模擬.pdf

1、循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)是新近發(fā)展起來的一種新型的潔凈煤燃燒技術(shù)，它不僅集循環(huán)流化床的優(yōu)點(diǎn)于一身，還有著富氧燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。但流化床富氧燃燒過程中可能在尾部受熱面上產(chǎn)生比常規(guī)流化床燃燒更嚴(yán)重的積灰，而且煤的品質(zhì)越低，積灰情況可能會越嚴(yán)重。積灰的危害很大，不僅會引起鍋爐的安全運(yùn)行和增加經(jīng)濟(jì)成本，還會減少傳熱，降低鍋爐熱效率，嚴(yán)重的時候會降低鍋爐機(jī)組負(fù)荷，導(dǎo)致停爐情況發(fā)生。如何減輕積灰問題對鍋爐運(yùn)行的影響，是國內(nèi)外眾多學(xué)者關(guān)注和研究的重點(diǎn)。<

2、br>　　為了對富氧氣氛下對循環(huán)硫化床鍋爐尾部煙道的積灰問題進(jìn)行研究，本文從飛灰的沉積特性入手，重點(diǎn)考察運(yùn)行參數(shù)對飛灰沉積的影響，并在此基礎(chǔ)上建立飛灰沉積模型，包括飛灰粒子的輸運(yùn)模型、飛灰碰撞效率模型、飛灰黏附率模型以及飛灰粒子的增長模型，并對整個沉積過程進(jìn)行初步的探索和研究。研究內(nèi)容主要包括試驗(yàn)研究和數(shù)值計算研究。
　　試驗(yàn)研究方面。首先建立熱態(tài)飛灰沉積試驗(yàn)臺，利用其模擬鍋爐尾部煙道，采用已申請專利的取樣探針模擬煙道內(nèi)的受熱面，

3、通過調(diào)整探針表面溫度使其接近過熱器、再熱器或者省煤器在尾部煙道內(nèi)的工作條件。試驗(yàn)內(nèi)容主要是對溫度場進(jìn)行測定、研究探針表面的傳熱特性以及探針直徑和煙氣流速對飛灰沉積的影響，為后期數(shù)值計算做準(zhǔn)備。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過探針表面的熱流變化可以對飛灰沉積的過程進(jìn)行一定的預(yù)測；煙氣流速與飛灰的沉積率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，而與飛灰沉積率呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。
　　數(shù)值計算方面。飛灰的沉積過程十分復(fù)雜，為了便于計算，本文簡化了沉積過程，只對其中的飛灰粒子的

4、輸運(yùn)過程、碰撞過程、黏附過程以及沉積增長進(jìn)行研究，并利用fluent軟件對富氧氣氛下飛灰的沉積過程進(jìn)行數(shù)值模擬。首先確定數(shù)值計算參數(shù)，設(shè)定初始條件和邊界條件，選用標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε湍流模型等對穩(wěn)態(tài)的連續(xù)相流場進(jìn)行模擬，之后選取DPM模型進(jìn)行顆粒離散相和氣相連續(xù)相的耦合計算，并采用用戶自定義函數(shù)(UDF)編寫相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)飛灰的沉積過程的研究。研究的主要內(nèi)容是研究不同顆粒粒徑、不同煙氣量、不同一二次風(fēng)速以及不同探針直徑對飛灰沉積的影響。研究的結(jié)果

5、表明，飛灰粒子的碰撞效率與粒徑成正相關(guān)關(guān)系，黏附效率則呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，捕捉效率則取決于兩者的關(guān)系，一般也是呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系；飛灰的沉積率和沉積量也與顆粒粒徑成正相關(guān)的關(guān)系。碰撞效率與煙氣量成正相關(guān)的關(guān)系，而黏附效率和捕捉效率則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系；飛灰沉積率與煙氣量成正相關(guān)的關(guān)系，而沉積量則呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。不同探針直徑對飛灰沉積過程的影響主要體現(xiàn)在碰撞效率、黏附效率和捕捉效率與探針直徑成正相關(guān)的關(guān)系；飛灰沉積量和沉積率亦與探針直徑呈現(xiàn)正相

6、關(guān)的關(guān)系。不同一次風(fēng)對飛灰沉積的過程影響主要體現(xiàn)在飛灰沉積率與一次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系，而沉積量則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系；碰撞效率與一次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系，而黏附效率與捕捉效率則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系。二次風(fēng)對飛灰沉積過程的影響主要體現(xiàn)在飛灰沉積量和沉積率與二次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系；而飛灰顆粒的碰撞效率以及捕捉效率與二次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系，黏附效率則表現(xiàn)出了較為特殊的變化，波動較大，這可能與二次風(fēng)速增大，系統(tǒng)內(nèi)的湍流強(qiáng)度隨之增大以及離散相與連續(xù)相之間的

7、耦合作用有關(guān)。
　　數(shù)值計算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對比。數(shù)值模擬所得的溫度場與實(shí)際測得的結(jié)果十分相近，符合要求。對不同煙氣量以及不同探針直徑下，顆粒的沉積量和相對沉積率的試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值計算結(jié)果存在較大的差別，最重要的原因在于數(shù)值計算結(jié)果是基于二維模型進(jìn)行的，而實(shí)際試驗(yàn)過程則是基于三維實(shí)際情況進(jìn)行，這就使得兩者無法做相應(yīng)的準(zhǔn)確對比，但由于兩者的變化趨勢是一樣的，試驗(yàn)結(jié)果依然可以用來判斷數(shù)值結(jié)果的變