引进300MW CFB锅炉分离器入口烟道气固流动特性的试验研究与数值模拟

论文摘要

循环流化床是近20年来发展起来的一种高效清洁燃烧技术,它有效地解决了节能与环保两方面的问题,代表了当今燃烧技术的一大进步。旋风分离器作为保证循环流化床锅炉具有一定颗粒循环倍率、燃烧效率和脱硫效率的关键设备,其性能的优化一直是CFB锅炉发展的一项关键技术。为了适应循环流化床锅炉的大型化,目前世界上出现了多种旋风分离器的改进形式。在分离器入口烟道的改进方面,我国四川白马电厂从法国Alstom公司引进的300MW CFB锅炉中,其分离器入口烟道突破了以前的设计,采用了独特的分离器长进口管,这种措施可确保足够大的颗粒加速度和颗粒预分离,大大地提高了分离效率,降低了烟气中的飞灰含炭量。为了消化吸收国外先进技术,作者以Alstom公司设计的300MW CFB锅炉改进型长烟道和传统型短烟道两种分离器入口烟道为原型,按相应几何比例缩放,制作了两个入口烟道模型,将其安装在一套循环流化床锅炉冷模试验装置上,进行了冷态试验研究,同时以数值模拟对试验研究进行补充,研究的主要内容有:①对长、短烟道气固两相流动特性,包括烟道压降,颗粒的运动轨迹和加速性能进行试验研究。②分离器分别配长烟道和短烟道时,对其分离效率和压降进行对比试验研究。③对长、短烟道内颗粒运动轨迹,两种烟道分别配分离器时,分离器内部流场和分离器分离效率进行数值模拟,并与试验结果进行比较。试验研究得到的主要结论有:①长、短烟道都能对固体颗粒进行加速,且长烟道的加速性能明显优于短烟道的加速性能。②在相同入口风速下,配长烟道的分离器分离效率比配短烟道的分离器分离效率高。③在相同工况下,长烟道的压降比短烟道的压降要大,配长烟道的分离器压降比配短烟道的分离器压降大。在冷态试验的基础上,数值模拟得到的主要结论有:①在流场方面,短烟道内的空气流场比长烟道的空气流场稳定,长烟道在转角处的烟道内壁处会形成回流;配短烟道的分离器内部流场比配长烟道的分离器的内部流场的稳定性和对称性好。②模拟得到的颗粒在长、短烟道内的运动轨迹和试验结果基本一致,认为试验中所选取的示踪粒子是正确的。③配长烟道的分离器分离效率要高于配短烟道的分离器分离效率,这与试验结果一致。同时,从烟道入口不同位置进入的相同粒径的颗粒的分离效率有所不同,且配长烟道的分离器由于射入位置的不同而导致分离效率的差异比配短烟道的分离器要大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 循环流化床锅炉燃烧技术的应用背景
• 1.2 循环流化床锅炉的大型化及大型化进程中所遇到的问题
• 1.2.1 国内外大型循环流化床锅炉的发展概况
• 1.2.2 大型循环流化床锅炉发展中所遇到的技术难题
• 1.3 循环流化床锅炉旋风分离器
• 1.3.1 旋风分离器的结构和工作原理
• 1.3.2 旋风分离器的评价指标
• 1.3.3 旋风分离器的主要类型
• 1.3.4 旋风分离器的结构优化
• 1.4 本课题的研究意义和所做工作
• 2 试验研究概况
• 2.1 实验台介绍
• 2.1.1 实验台原型锅炉
• 2.1.2 冷态试验台概况
• 2.2 实验台辅助系统
• 2.2.1 送风系统
• 2.2.2 测量系统
• 2.2.3 数据采集处理系统
• 2.2.4 摄像系统
• 2.3 实验材料
• 2.4 试验内容
• 2.5 试验操作规程与步骤
• 3 试验结果和分析
• 3.1 冷态流化特性试验
• 3.2 长、短烟道气、固流动特性试验
• 3.2.1 长、短烟道压降试验
• 3.2.2 长烟道中固体颗粒的流动特性试验
• 3.2.3 短烟道中固体颗粒的流动研究
• 3.2.4 长、短烟道粒子加速情况对比
• 3.3 分离器分离效率的研究
• 3.3.1 分离器效率对比试验
• 3.3.2 长、短烟道对分离器压降的影响
• 4 数值模拟概况及结果分析
• 4.1 数值计算的模型与方法
• 4.1.1 几何模型的建立
• 4.1.2 建立计算的数学模型
• 4.1.3 湍流模型的选用
• 4.1.4 颗粒相的计算方法
• 4.1.5 数值模拟步骤
• 4.2 数值模拟的结果分析
• 4.2.1 烟道内气相的速度分析
• 4.2.2 烟道内颗粒运动轨迹模拟
• 4.2.3 分离器内部流场的模拟
• 4.2.4 分离器分离效率的模拟对比
• 5 结论
• 5.1 冷态试验结论
• 5.2 数值模拟结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录