循环流化床内结构布置对气固流动特性影响的试验研究

论文摘要

循环流化床(CFB)作为一种洁净煤燃烧技术,近年来在国内外得到了迅速的推广。目前,循环流化床锅炉正在向着高参数大容量的方向发展,但在快速的发展过程中存在着一些问题亟待研究解决,如大型循环流化床锅炉密相区结构、炉膛出口以及二次风口等炉膛结构特征点对炉内流体动力特性的影响。本文在所建的截面为350×480mm2、高4.9m的矩形截面冷态循环流化床试验台上,以反光性能好的玻璃珠为床料,采用高速摄影结合粒子图像测速(PIV)技术PC6D和光反射型颗粒浓度探针,通过对不同工况下的床内的颗粒速度场和浓度场的测试和分析,进行了密相区结构、过渡区结构及偏置出口位置等结构特征点对床内气固流动特性影响的试验研究。试验研究结果表明密相区结构对密相区的气固流动特性具有明显影响。对称渐扩型结构的密相区中的颗粒流动速度和浓度沿径向分布基本是对称的,而单侧后墙渐扩型结构时,密相区内的颗粒流动速度及浓度分布在前后墙方向上均呈非中心对称分布,气泡和颗粒向渐扩的后墙方向偏流及返混现象更剧烈,后墙区域颗粒浓度明显高于前墙。提高截面风速,颗粒的流动速度随之增大,颗粒浓度降低。同时随着二次风率的增加,密相区底部区域的颗粒数量增多,颗粒浓度提高。过渡区的后墙台阶结构改变了该区域的颗粒流场分布,在靠近台阶区域,颗粒流动偏转现象明显,特别是在台阶上沿和下沿的局部区域内,受台阶结构的影响颗粒径向运动明显加剧,而且台阶上下两端均有大量颗粒聚集碰撞,形成局部高颗粒浓度区域；突出布置的台阶受到高浓度颗粒的剧烈冲刷。过渡区二次风的布置对该区域的气固流动结构同样有较大的影响。受其影响过渡区内的颗粒流动不再呈现典型的环核结构,边壁区内的颗粒随二次风射流向中心区流动,颗粒的横向流动速度增加,壁面区域的颗粒浓度明显降低,中心区域浓度增加,颗粒浓度沿径向分布的不均匀性显著降低。二次风口上方截面的颗粒浓度随着二次风率的增加略有变化,但总体变化不大。偏置的出口布置对床层出口区域的颗粒流动结构产生较大的影响。靠近出口的左墙壁面区域的颗粒大都沿壁面向后墙出口流动,仅在靠近前墙的区域还存在典型的边壁区颗粒下降流动。受出口效应及壁面约束摩擦作用,在后墙出口下方处易形成局部颗粒高浓度区域,导致后墙壁面区的颗粒浓度明显大于其他区域。前墙边壁区颗粒受出口效应的影响较弱,加上矩形截面存在的角落效应作用,以及炉顶反弹下来部分颗粒,使得左墙和前墙的角落处颗粒比较密集。前墙侧挂屏的布置一定程度上削弱了出口效应的影响,同时受挂屏布置的影响前墙壁面区的颗粒流动结构有一个再分布过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 循环流化床燃烧技术的发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 课题来源及本文研究工作
• 第二章 国内外的研究现状
• 2.1 循环流化床气固流动特性
• 2.1.1 轴向流动特性
• 2.1.2 径向流动特性
• 2.2 CFB床内结构对气固流动特性的影响
• 2.2.1 密相区结构
• 2.2.2 过渡区台阶
• 2.2.3 二次风对床内气固流动特性的影响
• 2.2.4 CFB出口结构对气固流动特性的影响
• 2.2.5 床层截面形状对气固流动特性的影响
• 2.2.6 床内构件对气固流动特性的影响
• 2.3 粒子图像测速技术及光纤探针技术的特点
• 2.3.1 粒子图像测速技术
• 2.3.2 光纤探针技术
• 第三章 试验研究方法及设备
• 3.1 试验目的及方法
• 3.2 冷态试验台及其系统组成
• 3.2.1 冷态试验台
• 3.2.2 主要的特殊结构
• 3.2.3 试验床料分析
• 3.3 测量系统设备介绍
• 3.3.1 PIV测速系统的试验设备
• 3.3.2 PC6D型光纤浓度探针测量系统
• 3.4 试验工况和坐标系的建立
• 第四章 密相区结构对床内气固流动特性的影响
• 4.1 试验工况
• 4.2 密相区的颗粒流场特性
• 4.2.1 不同结构密相区的颗粒流动结构
• 4.2.2 密相区结构对颗粒流动速度分布的影响
• 4.3 密相区的颗粒浓度场
• 4.3.1 对称渐扩型结构密相区的颗粒浓度分布
• 4.3.2 对称渐扩型结构密相区的颗粒浓度波动
• 4.3.3 密相区结构对颗粒浓度分布的影响
• 4.3.4 矩形截面长度及宽度方向的颗粒浓度分布特性
• 4.3.5 运行参数对颗粒浓度分布的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 过渡区气固流动特性的试验研究
• 5.1 试验工况
• 5.2 过渡区的颗粒流场特性
• 5.2.1 过渡区的颗粒流动结构
• 5.2.2 台阶对全场颗粒流动结构的影响
• 5.2.3 台阶局部的颗粒流动结构
• 5.2.4 台阶对局部颗粒流动速度分布的影响
• 5.2.5 二次风口局部的颗粒流动结构
• 5.2.6 二次风口局部的颗粒流动速度分布
• 5.3 过渡区的颗粒浓度场
• 5.3.1 过渡区的颗粒浓度分布
• 5.3.2 过渡区的颗粒浓度波动
• 5.3.3 后墙台阶布置对颗粒浓度分布的影响
• 5.3.4 二次风的投运对颗粒浓度分布的影响
• 5.3.5 运行参数对颗粒浓度分布的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 偏置出口结构对床内气固流动特性的影响
• 6.1 试验工况
• 6.2 稀相区的颗粒流场特性
• 6.2.1 稀相区全场的颗粒流动结构
• 6.2.2 局部区域的颗粒流动结构
• 6.2.3 偏置出口结构对左墙全场颗粒流动速度分布的影响
• 6.2.4 偏置出口结构对局部颗粒流动速度分布的影响
• 6.3 偏置出口结构对颗粒浓度分布的影响
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与建议
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 主要符号表
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文