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75t/h油页岩CFB锅炉设计及炉内气固两相流数值模拟

韦维  
【摘要】:近年来,能源与环境问题十分严重,紧缺的石油能源已是制约世界各国经济发展的重大难题。油页岩作为一种潜力巨大的重要化石能源,越来越受到人们的重视。但是油页岩是一种高挥发分、固定碳含量低且热值低的劣质燃料,且破碎后成片状颗粒,与常规煤种有着很大的区别。而新兴起的CFB(Circulating Fluidized Bed)燃烧技术,它能够实现低温燃烧,从而降低SO2、NOx的排放,特别适合燃烧油页岩这种低热值的劣质燃料。本文对75t/h油页岩CFB锅炉进行了1:1的三维简化模型进行了模拟,研究了颗粒粒径、流化风速及炉膛锥段倾角对床内片状颗粒流化的影响,结果表明:颗粒浓度分布呈现中心低、近壁高的规律;颗粒轴向速度呈现在中心区域向上、边壁向下的内循环流动结构。粒径小的颗粒固含率低于粒径大的颗粒,沿径向方向,粒径越小的颗粒固含率变化越大,说明粒径小的颗粒流化不均匀性更强,掺混更剧烈。粒径为1mm的颗粒整体流化效果最佳。在相同的炉膛高度下,流化风速越大,颗粒固含率越低,颗粒速度越趋于抛物线分布。流化风速为5m/s时,使得颗粒掺混更加剧烈。炉膛锥段倾角越小,颗粒在边壁越容易聚集,颗粒固含率越高。锥段倾角越大,边壁颗粒固含率越低,但流化风速较小,达不到理想流化效果。炉膛锥段倾角为75°时在中心区域固颗粒上行速度大,而在边壁的下行速度却比较小。综合考虑后,认为炉膛锥段倾角为75°时流化效果最佳,故选取炉膛锥段倾角为75°为优化设计参数。结合数值模拟结论及已运行油页岩循环流化锅炉床的设计经验,完成了75t/h油页岩循环流化床锅炉的结构设计。油页岩发热量较低,在炉膛内不宜布置埋管以及其他对流受热面,以保证油页岩的良好燃烧。油页岩破碎后呈片状颗粒,需适当减小密相区截面积,以提高流化风速。密相区的燃烧份额较低,因此需增加稀相区截面来降低烟速,延长油页岩在炉内的停留时间,以保证锅炉的燃烧效率。通过热力计算校核表明,锅炉设计合理,设计热效率为89.81%。


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