CFB富氧燃燒下飛灰沉積的試驗和數(shù)值模擬研究.pdf

1、循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)是目前公認(rèn)的最具應(yīng)用前景的CO2的減排技術(shù)之一。該技術(shù)結(jié)合了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)與富氧燃燒技術(shù)雙方的諸多優(yōu)點，達到“強強聯(lián)手”的效果，在其商業(yè)化的進程中更具競爭力。但在將這種技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于電站鍋爐前，很有必要對一些潛在的問題開展基礎(chǔ)性研究。本課題主要針對循環(huán)流化床富氧燃燒條件下鍋爐尾部受熱面上的飛灰沉積問題進行了試驗和模擬研究。
　　首先，本文選取晉城無煙煤和朔州煙煤兩種典型的煤種，在一個小型流化床試驗臺上開

2、展了燃燒和沉積試驗。比較了空氣、21％O2/79%CO2和30%O2/70%CO2三種燃燒氣氛下飛灰的沉積特性。研究結(jié)果表明：流化床富氧燃燒方式對飛灰的沉積特性有明顯的影響；30%O2富氧燃燒條件下，PM10的濃度明顯高于空氣燃燒條件下，尤其在0.3微米以下，這種差異性更加明顯，并且具有略大的粒徑分布。分析認(rèn)為，流化床富氧燃燒對飛灰形成的影響可能是導(dǎo)致飛灰沉積加劇的原因之一。
　　其次，基于流化床燃燒試驗臺，重點研究了晉城無煙煤在

3、空氣和30%O2富氧燃燒條件下，在沉積灰形成的初始階段內(nèi)，添加石灰石脫硫?qū)︼w灰的沉積特性的影響?？疾炝蒜}硫摩爾比，探針表面溫度和燃燒氣氛等因素對飛灰沉積特性的影響。研究結(jié)果表明：添加石灰石脫硫?qū)︼w灰的沉積特性有明顯影響；飛灰的沉積傾向與沉積灰中堿金屬含量呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，并與探針的表面溫度和煙氣溫度之間的差值呈明顯的線性關(guān)系。
　　在前面研究的基礎(chǔ)上，本文比較了兩種煤種在流化床空氣燃燒和富氧燃燒條件下的SO2釋放和脫除特性。研究

4、結(jié)果表明：氧濃度（21-50%）對SO2釋放有顯著影響，而床溫（840-920℃）對其無顯著影響；對于晉城無煙煤，空氣和30%O2富氧燃燒氣氛下的最佳脫硫溫度均為880-900℃，而對朔州煙煤，兩種燃燒氣氛下的最佳脫硫溫度均為860℃；石灰石的利用率與燃燒方式和煤種有關(guān)。
　　為了進一步理解飛灰的沉積機理，本文建立了一套完整的熱態(tài)飛灰沉積試驗和測量系統(tǒng)，研究了飛灰的沉積過程，考察了探針表面溫度、煙氣流速和探針尺寸等因素對飛灰沉積的

5、影響。初步考察了沉積灰的碳酸化現(xiàn)象，并設(shè)計了一種簡便的方法現(xiàn)場測量了沉積灰的有效熱導(dǎo)率。研究結(jié)果表明：飛灰的沉積過程是一個動態(tài)過程；在400-770℃范圍內(nèi)，沉積灰溫度對沉積灰的有效熱導(dǎo)率無明顯影響；煙氣流速、探針表面溫度、探針尺寸對飛灰沉積過程影響明顯；在模擬富氧燃燒氣氛下，CaO顆粒所形成的沉積物的碳酸化反應(yīng)現(xiàn)象明顯，這表明在富氧條件下，有必要考慮碳酸化反應(yīng)對沉積量的貢獻；在模擬富氧燃燒煙氣氣氛下，沉積灰的有效熱導(dǎo)率要高出模擬空氣燃

6、燒煙氣氣氛條件下約0.02W/m/K。
　　最后，采用Fluent14.5商業(yè)軟件，以熱態(tài)飛灰沉積試驗臺為模擬對象，采用基于法向彈性力、重力和范德華力之間關(guān)系的沉積模型，考察了Fluent的參數(shù)設(shè)置，以及探針表面溫度、煙氣流速和煙氣氣氛等因素對飛灰沉積過程的影響，并與飛灰沉積試驗結(jié)果進行了對比分析。模擬研究結(jié)果表明：湍流擴散對顆粒的運動軌道有顯著影響，而顆粒的軌道數(shù)對顆粒軌跡沒有明顯影響；沉積顆粒的分布呈現(xiàn)探針中心處低而兩側(cè)高的“