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

1、循環(huán)流化床作為一項高效、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)流化床機組呈現(xiàn)大型化高參數(shù)化的發(fā)展趨勢，爐膛結(jié)構(gòu)布置對爐內(nèi)氣固流動特性的影響是該技術(shù)發(fā)展的關鍵問題之一。本文依托十一五國家科技支撐計劃子課題項目《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)對床內(nèi)氣固流動分布特性影響的試驗研究和數(shù)值模擬計算工作，為研究開發(fā)設計具有自主知識產(chǎn)權(quán)的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐提供理論基礎。
　　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)流化床試驗臺上，利用高速攝影技術(shù)和粒子圖像測速(PIV)以及PC6D型光纖顆粒濃度探針，對試驗臺密相區(qū)、過渡區(qū)、稀相區(qū)段內(nèi)的顆粒速度濃度分布情況進行了試驗測量，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)后墻臺階、二次風口、稀相區(qū)掛屏以及爐膛出口大小，布置位置等)對爐內(nèi)的局部區(qū)域的氣固流動分布的影響。
　　試驗結(jié)果表明當密相區(qū)采用單側(cè)后墻漸擴型結(jié)構(gòu)時，床內(nèi)底部顆粒的流動速度及濃度分布在前后墻

3、方向上均呈非中心對稱分布，氣泡和顆粒向漸擴的后墻方向偏轉(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)后墻臺階結(jié)構(gòu)的布置改變了該區(qū)域的氣固流動分布，在靠近臺階區(qū)域，顆粒流動偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象明顯，臺階結(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)段的氣固流動分布則主要受出口效應控制，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)域顆粒流動呈現(xiàn)類似“環(huán)核”結(jié)構(gòu)的分布情況，同時在掛屏邊壁區(qū)域有明顯的較高濃度的顆?；亓餍纬伞?br>　　其次本文通過對循環(huán)流化床內(nèi)氣固流動數(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)模型的新曳力計算方法，并結(jié)合以顆粒動力學理論為基礎的雙流體模型，利用Fluent6.3計算軟件對循環(huán)流化床冷態(tài)試驗臺及多結(jié)構(gòu)方案布置的600MW超臨界

5、循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的氣固流動特性進行了數(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)等對爐內(nèi)流動情況的影響。數(shù)值模擬計算結(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：與試驗結(jié)果相對應，爐膛出口的布置情況決定了稀相區(qū)截面內(nèi)氣固流動分布，在采用出口緊湊布置時，爐膛各出口流率分布均勻，波動較小，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，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)試驗和實爐尺寸循環(huán)流化床氣固流動數(shù)值模擬的計算結(jié)果，本文給出了60