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

1、水煤漿流化-懸浮燃燒鍋爐結合了水煤漿和循環(huán)流化床兩種潔凈煤技術，該技術是在循環(huán)流化床鍋爐應用基礎上發(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)流化床燃燒技術研究的重要方面。本文應用實驗與數(shù)值模擬相結合的方法對工業(yè)應用的循環(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)及高效分離器內氣固兩相流動特性進行研究。 研究結果表明：爐膛內顆粒固含率（濃度）呈中心高，邊壁低的“環(huán)-核”流動結構及顆粒軸向速度中心處向上，邊壁處向下的內循環(huán)流動形式。另外，改變操作氣速與質量循環(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。不同的二次送風結構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，最有利于爐膛內的燃燒；二次風的縱向穿透深度也比較大。結合水煤漿流化-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，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。旋風分離器入口結構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)為氣流旋轉中心與分離器幾何中心不重合；排氣管內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等結構參數(shù)和操作條件對氣相流場的影響規(guī)律，為旋風分離