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无烟煤循环流化床内流动、燃烧与磨损的研究

马志刚  
【摘要】: 近年来,CFB锅炉技术得到了迅速发展,其良好的运行特性成为燃烧无烟煤的首选。由于CFB内的流场复杂,造成目前对于CFB内的流动、燃烧以及磨损特性缺乏深入了解;同时现有的研究大多局限于圆形截面流化床,对矩形流化床内的流动、燃烧及磨损特性缺乏系统研究。本文以中国铝业贵州分公司130t/h无烟煤CFB锅炉为原型,对矩形截面流化床内的流场以及磨损特性进行了研究,并在此基础上,对广东粤阳电厂440t/h无烟煤CFB锅炉进行了燃烧优化分析。旨在通过对无烟煤CFB锅炉系统进行全面分析,为合理组织炉内燃烧过程,降低炉内磨损,优化和改善该类型锅炉的运行打下良好基础。 首先根据中国铝业贵州分公司130t/h无烟煤CFB锅炉为原型建立了矩形流化床锅炉冷态试验系统,并采用PIV技术和光纤探针系统测量了矩形冷态流化床内的流场特性。结果表明:炉内结构对流场特性有重要影响。密相区颗粒的运动过程主要是以气泡尾迹携带上升为主。受炉膛后墙渐扩截面的影响,颗粒更容易对后墙形成较大冲刷。过渡区后墙防磨层的存在,加剧了颗粒从截面中心向后墙的横向运动趋势,颗粒对后墙的冲击明显,同时在台阶处形成一个局部高浓度区域,造成因截面突变而引起的台阶效应。稀相区颗粒受角落效应和出口效应的影响,在前墙与左墙的夹角处磨损严重。炉膛出口左墙的颗粒受到出口效应的强烈影响,已经不再呈现环核流动分布;炉膛出口前墙左角的冲刷现象更剧烈。颗粒浓度由中心到边壁处逐渐增加,随着轴向高度的增加,颗粒浓度呈现逐渐减小的趋势。随着截面气速的增加,边壁处的颗粒浓度变化要大于中心区域。 为了研究分级送风对矩形CFB内流场特性以及磨损特性的影响,采用双流体模型对不同截面风速、一二次风配比、上下二次风配比、前后二次风配比、颗粒直径、出口结构、喷入角度、喷入动量下的颗粒运动规律进行了数值模拟。并对不同燃烧工况下的产物分布特性进行了分析和比较,得到了改善炉内燃烧状况以及磨损分布的一些有效措施:合理控制炉内过量空气系数,降低炉内平均截面风速;适当增加二次风的份额;对于前后二次风采用均匀配比;选择合理的给煤粒径分布;减小炉内的不规则区域存在;降低二次风的喷入动量:采用较大的二次风喷入角度。 对燃用无烟煤的CFB锅炉的优化测试结果表明,运行参数对灰渣含碳量、排烟温度和锅炉效率以及污染物排放有很大影响,尤其是氧量、一二次风比、负荷、床温、床压和Ca/S比等。适当增加稀相区的氧气浓度有利于无烟煤的燃尽;煤质改善后有利于提高锅炉效率;适当增加二次风配比有利于改善无烟煤的燃烬。并且根据优化测试结果给出了有利于锅炉良好运行的参数。 改变配风对锅炉运行所产生的影响一方面与锅炉的结构有关,同时还跟锅炉的实际运行状况有关。由于该锅炉布风不均,增加二次风配比对各参数并非都能起到积极作用。因此实际锅炉的良好运行需要结合自己的实际情况才能做出正确判断。


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