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六个旋风分离器并联布置循环流化床的实验研究和数值模拟

廖磊  
【摘要】:旋风分离器是循环流化床锅炉的关键部件之一,其分离性能将直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计及锅炉的运行性能。大型循环流化床锅炉采用多个旋风分离器与炉膛出口并联布置实现气固分离。入口烟道的布置方式(入口角度和位置)对旋风分离器的性能有显著影响。 本文针对600 MW超临界循环流化床锅炉的冷态模型,采用实验研究和数值模拟相结合的方法,在不同床料量和炉膛表观风速下,研究六个旋风分离器的不同布置方式对分离性能的影响。 冷态实验台以中国科学院工程热物理研究所设计的600 MW超临界循环流化床锅炉方案为原型,参照相似准则按比例缩小搭建而成。在该实验台上,对比研究了六个旋风分离器轴对称布置和中心对称布置两种型式。实验结果表明:采用轴对称布置型式或中心对称布置型式的六个旋风分离器的循环流化床冷态实验台,均能在较宽的床料量和炉膛表观风速下稳定运行;在相同工况条件下,采用两种布置型式的六个旋风分离器之间均存在分配不均现象,其压降分布和返料流率分布规律不同;就均匀程度而言,轴对称布置型式要优于中心对称布置型式。 数值模拟使用Fluent6.3软件,采用雷诺应力模型和离散相模型分别模拟气相湍流和颗粒相,获得和实验相同工况条件下两种布置型式的气相分配和颗粒浓度分布,结果表明:六个旋风分离器采用轴对称布置型式或中心对称布置型式,其气相流量分配均匀,而颗粒相流率分布明显不均;对于两种布置型式,其位于两端的旋风分离器,颗粒贴着入口烟道外壁进入旋风分离器,都处于较好的分离状态,而位于中间位置的旋风分离器,均有部分颗粒冲击入口烟道内壁,不利于分离;数值模拟结果与实验结果基本一致。


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