论文摘要
近年来,循环流化床(CFB)锅炉以其与煤粉锅炉相当的燃烧效率、低廉的脱硫成本、较低的氮氧化物排放水平以及广泛的燃料适应性而得到迅猛发展。大容量CFB锅炉可以提高已有循环流化床发电技术的发电效率,使低成本燃煤污染控制与高效发电结合,促进循环流化床燃烧技术在发电行业中的应用。然而,在CFB锅炉大型化的过程中,还存在或面临着很多问题,如炉膛体积增大与二次风穿透的问题、旋风分离器容量放大与分离器效率降低的问题、渣量增加后冷渣器的处理能力及可靠性问题等。而且,其中的一些问题在现已投运的CFB锅炉中仍未得到很好的解决。为此,本文以国内某410t/hCFB锅炉为原型,按1:10的几何比例,用有机玻璃建立了一套循环流化床锅炉可视化冷模试验系统。在该试验系统上,首先对二次风的喷射特性和新型旋风分离器的性能进行了试验研究和数值模拟。此外,在对选择性流化床冷渣器的流动和排渣性能研究的基础上,设计开发了一种混流式流化床冷渣器。最后,本文还对引进型300MWeCFB锅炉的热平衡和物料平衡进行了初步研究。论文的主要研究内容及创新点是:(1)首次对CFB锅炉的二次风喷射问题进行系统的冷模研究在对二次风所在截面物料浓度进行测量的基础上,采用热电偶网络感知热空气射程的的方法,探寻了该截面处物料浓度随一次风速变化的趋势以及引入二次风对物料浓度分布的影响。同时,详细研究了一次风速、二次风速、物料浓度和二次风喷口直径对二次风射程的影响,并根据试验数据回归了冷态工况下二次风射程的无量纲关系式。(2)考察了中心筒底部缩口斜切对旋风分离器性能的影响对中心筒底部缩口斜切型旋风分离器的压降和效率进行了详细的试验研究和数值模拟,得到了改进型旋风分离器在不同切口朝向时压降和效率的变化规律,相关结果与传统直管型中心筒的旋风分离器进行了对比,并对该类型旋风分离器的性能进行了综合评价。(3)系统研究了选择性流化床冷渣器的物料流动及排渣特性,设计开发出混流式流化床冷渣器通过对选择性流化床冷渣器的物料流动及排渣特性进行系统的冷模试验研究,首次发现了该类型冷渣器和炉膛所组成的系统的压力分布特性对冷渣器各仓的床层压降及床料流动的影响规律。同时,在对现有各种流化床冷渣器的特点进行分析和总结的基础上,设计开发了一种对宽筛分床料具有良好分选作用的新型混流式流化床冷渣器(已获实用新型专利授权),通过冷模试验证明了该流化床冷渣器能够充分发挥现有各种流化床冷渣器的优点,避免大渣堵塞和冷渣器主排渣口排不出渣的不正常现象的出现,降低冷渣器在实际运行中发生结焦的可能性。(4)首次对引进型300MWeCFB锅炉的热平衡和物料平衡进行研究首次以引进型(也是世界第一台)300MW纯烧无烟煤循环流化床示范电站的现场运行数据为基础,采用Visual Basic进行编程,对该CFB锅炉在不同负荷下(290MW、300MW和320MW)的热平衡和物料平衡进行了初步研究,并通过计算得到了锅炉总的热平衡关系以及各部分的循环灰量。相关结果为下一步的现场试验研究奠定了基础。
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中文摘要英文摘要符号说明1 绪论1.1 发展循环流化床燃烧技术的必要性1.1.1 世界能源及环保现状1.1.2 循环流化床燃烧技术的优点1.2 循环流化床燃烧技术的发展现状及大型化过程中存在的主要问题1.2.1 循环流化床燃烧技术的发展现状1.2.2 循环流化床锅炉大型化过程中存在的主要问题1.3 本文的主要工作2 循环流化床试验系统概况2.1 试验系统主体结构2.1.1 试验系统原型简介2.1.2 冷模试验系统2.2 试验装置辅助系统2.2.1 送风系统2.2.2 量测系统2.2.3 数据采集处理系统2.3 试验系统特性的试验与分析2.3.1 试验床料特性2.3.2 炉膛布风板的空板阻力特性及布风均匀性2.3.3 炉膛冷态流化特性2.3.4 临界流化速度的计算3 循环流化床二次风穿透特性的冷模试验研究及数值模拟3.1 循环流化床锅炉二次风的研究现状3.1.1 循环流化床锅炉二次风研究的主要参数3.1.2 二次风对CFB 气-固两相流体动力学的影响3.1.3 二次风对CFB 燃烧换热及气体排放的影响3.1.4 CFB 二次风喷射的模型及数值研究3.1.5 本章的研究意义和主要内容3.2 二次风试验系统简介及研究工况安排3.2.1 二次风喷口的设计3.2.2 二次风压力和流量的测量3.2.3 二次风射程的测量3.2.4 二次风喷口所在炉膛截面物料浓度的测量3.2.5 研究工况安排3.3 CFB 二次风穿透特性的试验结果及分析3.3.1 循环流化床锅炉炉膛物料浓度的测量结果与分析3.3.2 循环流化床锅炉二次风射程的试验及结果分析3.3.3 循环流化床锅炉二次风射程的理论逼近3.3.4 误差分析3.4 循环流化床锅炉二次风的数值模拟3.4.1 数值计算的模型与方法3.4.2 数值模拟结果以及与试验研究结果的对比分析3.5 本章小结4 中心筒底部收口斜切型旋风分离器性能的冷模研究4.1 CFB 旋风分离器的研究及应用现状4.1.1 循环流化床大型化进程中旋风分离器的发展4.1.2 旋风分离器最新结构优化方案4.1.3 本章的研究意义和主要内容4.2 旋风分离器试验系统简介及研究工况安排4.2.1 中心筒底部收口斜切型旋风分离器结构简介4.2.2 旋风分离器分离效率和压降的测量4.2.3 研究工况安排4.3 中心筒底部收口斜切型旋风分离器的冷模试验及结果分析4.3.1 分离器分离效率试验结果及分析4.3.2 分离器压降试验结果及分析4.3.3 误差分析4.4 中心筒底部收口斜切型旋风分离器的数值模拟4.4.1 数值计算的模型与方法4.4.2 数值模拟结果及与试验结果的对比分析4.5 本章小结5 流化床冷渣器的冷模试验研究5.1 引言5.1.1 CFB 锅炉冷渣器的作用5.1.2 选择性流化床冷渣器的工作原理5.1.3 本章的研究意义和主要内容5.2 选择性流化床冷渣器试验装置简介及研究工况安排5.2.1 选择性流化床冷渣器冷模试验装置简介5.2.2 冷渣器进渣管的布风5.2.3 运行参数的测量5.2.4 研究工况安排5.3 选择性流化床冷渣器的冷模试验研究5.3.1 冷渣器布风板的空板阻力特性及布风均匀性5.3.2 系统压力分布对冷渣器各室床层压降的影响5.3.3 冷渣器各室的流化风速对各室床层压降的影响5.3.4 冷渣器进渣管脉冲风量对排渣速率的影响5.3.5 冷渣器各室的流化风速对排渣速率的影响5.3.6 误差分析5.4 选择性流化床冷渣器的数值模拟5.4.1 数值计算的模型与方法5.4.2 数值模拟结果以及与试验结果的对比分析5.5 选择性流化床冷渣器底渣流动特性研究结果的思考5.6 混流式流化床冷渣器的设计开发5.6.1 现有流化床冷渣器的不足5.6.2 混流式流化床冷渣器的设计及工作原理5.6.3 混流式流化床冷渣器的流动特性分析5.7 本章小结6 引进型300MWeCFB 锅炉热平衡研究及物料平衡的计算6.1 引言6.1.1 引进型300MWeCFB 锅炉的主要技术参数6.1.2 引进型300MWeCFB 锅炉燃烧系统6.1.3 引进型300MWeCFB 锅炉的关键部件6.1.4 本章的研究意义和主要工作6.2 引进型300MWeCFB 锅炉满负荷下的热平衡研究6.2.1 计算方法的选择及计算程序的编写6.2.2 计算结果及分析6.3 引进型300MWeCFB 锅炉物料平衡计算6.3.1 基于热平衡与灰平衡的CFB 锅炉静态计算法6.3.2 计算程序的编写6.3.3 计算结果及分析6.4 本章小结7 结论与展望7.1 结论7.2 后续研究工作的展望致谢参考文献附录A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目及得奖情况C. 循环流化床锅炉热效率计算系统源程序D. 300MW 鲁奇型循环流化床锅炉循环灰计算源程序
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