滚筒冷渣器传热模型研究

论文摘要

滚筒冷渣器由于其良好的可靠性而被广泛应用于循环流化床锅炉的排渣冷却系统，但目前其设计主要还是凭经验，尚缺乏一套完整的传热计算模型。本文搭建了滚筒冷渣器灰渣横向运动冷态实验台，用定量的方法详细研究了滚筒传热的重要参数动态休止角及其影响因素。对滚筒冷渣器内部灰渣的运动特征和传热特性进行了研究，耦合残碳燃烧、灰渣颗粒非稳态导热以及灰渣宽筛分粒度等影响因素，建立了滚筒冷渣器一维传热整体计算模型。通过滚筒冷态实验发现，除了滚筒转速对动态休止角基本没有影响外，灰渣粒径、滚筒直径、灰渣填充率三个因素和动态休止角之间都是正相关关系。将此结果应用于模型参数的确定。利用5台滚筒冷渣器的工业试验结果对一维传热整体计算模型进行了准确性验证，结果表明，本文建立的滚筒冷渣器一维传热整体计算模型比较准确。利用建立的模型，对滚筒冷渣器的性能进行了预测，发现在灰渣与壁面的换热中，对流换热占主导地位。残碳燃烧和灰渣非稳态导热在含碳量较高、灰渣粒径较大的条件下，对滚筒冷渣器的冷却效果有显著影响。在冷渣器入口处，残碳燃烧放热量很大，可占到灰渣总释热量的一半以上；但随着温度的下降迅速减小，在距离冷渣器入口1m左右，基本为零。为简化宽筛分的计算量，提出了滚筒冷渣器传热平均粒径d_H的概念及其计算式，d_H反映了灰渣颗粒表面积。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 课题背景
• 1.1 循环流化床锅炉的冷渣器
• 1.2 循环流化床锅炉冷渣器的技术现状
• 1.2.1 机械式冷渣器
• 1.2.2 非机械式冷渣器
• 1.2.3 冷渣器技术现状分析
• 1.3 滚筒冷渣器传热研究综述
• 1.3.1 滚筒内的颗粒运动
• 1.3.2 滚筒冷渣器内传热
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 滚筒冷渣器内灰渣的运动
• 2.1 滚筒冷渣器中灰渣颗粒运动分析
• 2.2 滚筒冷渣器中灰渣横向运动的试验装置及试验方法
• 2.3 实验结果及讨论
• 2.3.1 滚筒转速对动态休止角的影响
• 2.3.2 滚筒直径和灰渣粒径对动态休止角的影响
• 2.3.3 填充率对动态休止角的影响
• 第3章 滚筒冷渣器的传热计算模型
• 3.1 滚筒冷渣器内传热分析与模型构建
• 3.1.1 滚筒冷渣器中灰渣与覆盖壁面的换热
• 3.1.2 灰渣与非覆盖壁面的辐射换热
• 3.1.3 气体与渣床表面的对流换热
• 3.1.4 空气与非覆盖壁面的对流换热
• 3.1.5 滚筒外壁面与冷却水对流换热
• 3.2 滚筒冷渣器传热系数计算模型的检验
• 3.2.1 滚筒冷渣器传热系数计算模型
• 3.2.2 传热系数计算模型的检验
• 3.3 滚筒冷渣器内残碳燃烧研究
• 3.3.1 底渣中碳的形成过程分析
• 3.3.2 焦炭燃烧模型
• 3.4 滚筒冷渣器中渣的冷却过程的非稳态分析
• 3.4.1 灰渣颗粒非稳态导热过程分析
• 3.4.2 滚筒冷渣器颗粒非稳态导热子模型
• 3.5 滚筒冷渣器一维传热整体计算模型
• 3.5.1 底渣残碳燃烧与传热模型的耦合
• 3.5.2 颗粒非稳态导热与传热模型的耦合
• 3.5.3 考虑宽筛分粒度构成的滚筒冷渣器传热模型
• 3.5.4 滚筒冷渣器各项换热面积确定
• 3.5.5 滚筒冷渣器一维传热整体计算模型程序框图
• 3.5.6 滚筒冷渣器一维传热整体计算模型的验证
• 3.6 滚筒冷渣器传热性能预测
• 3.6.1 滚筒冷渣器性能的影响因素
• 3.6.2 滚筒冷渣器内残碳燃烧对滚筒冷渣器性能预测的影响
• 3.6.3 灰渣颗粒非稳态导热对滚筒冷渣器性能的影响
• 3.7 滚筒冷渣器传热计算的平均粒径
• 3.7.1 单粒径和多粒径传热模型计算结果对比
• 3.7.2 传热平均粒径计算方法的确定
• 第4章 结论及展望
• 4.1 结论
• 4.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果