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循环流化床锅炉大型化的数值模拟

雍玉梅  
【摘要】:循环流化床(CFB)锅炉的大型化是其技术成熟和商业化的标志,对CFB锅炉大型化的研发具有重要的理论价值和实践意义。本文从煤种对CFB锅炉整体性能的影响、容量放大CFB炉膛内参数变化规律和准三维CFB模型的建立三个方面进行了数值模拟研究。 首先本文建立了一个CFB锅炉燃烧系统的整体数学模型,所建模型有机地集成了前人对CFB锅炉内部各种单独过程及模型化的研究成果,以小室模型为基础,详细考虑了CFB内气固两相的流动、挥发分的释放和燃烧、焦炭的燃烧、有害物质SO_2和NOx的生成和还原、颗粒的爆裂和磨损、高温旋风分离器分离特性和后燃、外置换热器、流化床冷渣器等CFB锅炉内部进行的主要过程和循环回路主要部件,使得该模型能够较全面地反映不同容量、不同煤种的CFB锅炉循环燃烧特性。 为了研究煤种对CFB锅炉燃烧系统整体特性的影响,本文加入了和煤种有关的煤爆裂模型。燃烧模型将等密度缩核模型和等径缩核模型结合起来,引入了和煤种有关的灰层阻力扩散速率,动力反应速率引入了煤种通用理论,因而该模型具有了煤种的通用性。修正后的模型经过了五种典型煤种燃烧试验数据的验证,结果吻合很好。根据五种煤的模拟计算结果,分析了不同煤种在同一炉型下的流动、传热和燃烧特性,不同煤种的燃烧速率特点、成灰特性、燃烧份额和SO_2和NOx的排放特性。 本文选择了130t/h、440t/h和670t/h三个典型容量的CFB锅炉为算例来研究CFB锅炉的放大规律。130t/h和440t/h的CFB锅炉计算结果和运行结果吻合良好,且对440t/h的CFB锅炉进行了给煤粒径、一二次风比例、二次风位置、石灰石成分和粒径的预测计算。配合工程热物理研究所670t/h CFB锅炉的设计,对670t/h CFB锅炉进行了分离器后燃率、外置换热器(EHE)入料率和流化床冷渣器冷渣返回率变化的预测计算,对670t/h带EHE与不带EHE超高压CFB锅炉两种方案进行了预测计算。根据三个容量CFB锅炉的计算结果,归纳出随着容量放大,CFB锅炉尺寸、流动、传热特性变化规律。 本文在理论上建立一个能够初步反映局部变化的准三维模型,该模型既可以继承已建一维半模型的结构和数学模型,又可以反映三维特性,当三维数学模型发展成熟后,加密同一高度小室划分就可向全三维模型发展。


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