分区流化床内床料的横向迁移和传热特性

在自建的水平循环分区流化床冷态实验台上,采用示踪剂法和传热探针法,分别研究了分区流化床内床料的迁移特性和探针的传热特性;分析了流化风速、颗粒粒径、隔板高度、引射风量、探针位置和取向等因素对传热、传质特性的影响。研究表明：随着流化风速、初始床高和引射风量的增加,颗粒迁移量增加;在相同流化风速条件下,低床区的抛撒量明显高于高床区。当流化风速超过最小流化风速,传热系数随流化风速的提高迅速增加,且达到最大值,然后稍有下降;传热探针背风面的传热系数总体上比迎风面的大;传热系数随床高的增加呈现下降的趋势。总体上,颗粒横向迁移对传热效果的提高有利,在颗粒稳定迁移条件下传热系数的提高值约为30%。     

内循环流化床内置床换热器传热特性试验研究

在2.5MW(t)内循环流化床锅炉中试装置上,用自制的传热测试管,进行内置床换热器内传热状况的测定与分析。试验测量换热器中埋管管束表面与床层间的换热系数,研究了流化风速、颗粒粒径、床层温度对平均换热系数的影响规律,分析了埋管表面周向局部对流换热系数的分布状况。结果表明:当换热器内流化风速较小时,换热系数随风速的增加而变大,到达最佳流化风速时,换热系数达到最大值,之后随着风速的增加,换热系数稍有降低,然后趋于定值;颗粒粒径越小,对埋管表面的换热效果越好;埋管表面换热系数随床层温度的升高而增大;埋管的背风面换热系数总体大于迎风面,且随着风速的增加,分布趋向于均匀。针对此型内循环流化床内置床换热器中水平埋管,提出了其表面换热系数的试验关联式,较好地将试验值与预测值的偏差控制在25%以内。     

煤颗粒的形貌特征对流化床燃烧室设计的影响

煤颗粒的形貌特征是流化床锅炉设计的重要基础数据。设计时颗粒平均粒径用ｄｐ＝Ｘｉｄｉ来计算。形状因子不同则ｄｐ不同，且阿基米德数Ａｒ和临界流化风速ｕｍｆ甚至流化床内传热系数也发生变化。该文以几种固体燃料为例研究了煤颗粒的形状因子及其对流态化、床内传热的影响。研究表明，对宽筛分煤不宜推荐狭窄的值范围。有必要建立形状因子的分布曲线，设计时采用下式计算平均粒度ｄｐ＝ｉＸｉｄｉ，以免造成传热面积设计过大、锅炉投运后床内埋管被迫割除的结果。图３表１参８     

循环流化床锅炉二次风射流特性的冷模实验研究

循环流化床二次风的主要作用是为燃料补充燃烧所需的氧气和加强燃料在炉内的扰动,对锅炉燃烧效率有重要的影响。在一个可视化的循环流化床实验装置上进行了炉内物料浓度、二次风喷口直径和风速对二次风射程与扩散影响的冷模实验。采用向炉内送入高温二次风,然后通过布置在二次风平面的热电偶来测量炉内温度变化的方法,间接反映二次风的射程和扩散情况。结果表明,在固体颗粒浓度一定时,最大射流深度、扩散程度与二次风动量成正比;二次风动量一定时,最大射流深度、扩散程度与固体颗粒浓度成反比。     

旋流燃烧器高负荷灭火问题研究

针对某670t/h燃用贫煤锅炉旋流煤粉燃烧器在额定负荷出现的灭火问题，在单相试验台上进行了冷态模化试验，试验结果表明：高负荷下的灭火不是由于射流回流区及扩展角的变化引起的，而是由于旋流二次风速过高．导致一、二次风风速不匹配引起的。去掉燃烧器旋流二次风道与直流二次风道之间的扩口后．旋流二次风速度下降．旋流二次风较早地向外扩散．射流的回流区及扩展角略有增加。工业试验表明：采用改进后的燃烧器结构解决了高负荷灭火问题。同时，还分析了直流二次风率、旋流二次风、一次风对流场的影响。     

喷动流化床气固流动特性试验研究

在一喷动流化床冷态试验装置上,采用压力信号与快速摄像图像分析相结合的方法,研究喷动流化床气固流动特性;基于床内压力分布特征,提出将喷动流化床沿床高方向划分为3个流型区域:喷动段、鼓泡段和悬浮段,得出床内气固流动机理;研究并考察了喷动风、流化风速度对床层压降、空隙率、以及床内气、固内循环的影响,认为喷动风速度Us应低于最小喷动速度Ums,适当地增加流化风速度Uf,延长气体在床内的停留时间;增加流化风率有利于加强床内中心射流区和环形区气体的扩散和颗粒混合,提高气、固反应速率;喷动风速度对床内气、固内循环起着关键作用。     

超临界循环流化床锅炉二次风射程的数值模拟研究

针对超临界循环流化床锅炉的二次风穿透性问题,应用欧拉-欧拉双流体模型,对该大型炉膛进行数值模拟计算,研究主气流流速、二次风射流速度、颗粒背景和二次风射流角度对二次风射程的影响。结果表明,二次风射程随二次风射流速度的增大而增大,随主气流流速和背景颗粒浓度的增大而减小,同时,二次风射流角度对二次风射程也有一定的影响。二次风射程不足是循环流化床锅炉的大型化过程中的重要问题,本模拟结果具有一定理论价值,为大型循环流化床锅炉的设计和优化提供理论指导。     

内旋流流化床床内颗粒运动特性的试验研究

流化床床内颗粒的大规模循环不仅可以加剧了颗粒横向扩散,提高燃烬速率,实现燃烧的均匀性和稳定性,还将有利于促使不燃物质的定向移动排出炉外。文中采用冷态硫化床装置,应用分层取样技术对微倾斜布风板实现流化床内不均匀布风,床内物料混合与分层特性进行了系统的试验,研究床内颗粒扩散的动态特性和流化风速,颗粒密度以及颗粒粒度等因素对流化床内分层的影响,并通过求解扩散方程来分析布风不均匀性和布风倾角对风板附近物料扩散的影响。研究表明：增大流化风速和布风板倾角能够强化颗粒的横向扩散和流化床的内旋流程度,对大而重的颗粒存在一个最佳速度比,既能实现床内旋流又有防止颗粒的严重分层,并针对低风速区的分层现象,提出了一个关联式,该式的计算值与实验值吻合较好。     

循环流化床富氧燃烧的炉膛传热特性

在炉膛直径140mm、高6000mm的0.15MW循环流化床试验系统上,对高氧气浓度下循环流化床燃烧的传热特性进行了研究.在高氧气浓度(39.8％～50.7％)下,分别进行了O2/N2及O2/CO2气氛下煤的燃烧试验.研究结果表明,在高氧气浓度下,试验系统的传热稳定;流化风速、二次风率及燃烧气氛等参数对炉膛总传热系数几乎没有影响;该试验系统的炉膛总传热系数约为27 W/(m2·K),该数值可以为类似传热方式的试验系统设计提供参考.     

环形旋涡流化床悬浮空间垂直水冷管冷态传热试验研究

本文对新近开发的环形旋涡流化床锅炉悬浮空间水冷管传热进行了试验研究．重点研究了二次风率、旋流强度、二次风喷入位置等对换热系统的影响．试验结果表明，二次风对环形旋涡流化床悬浮空间受热面的传热影响很大，对流换热系数随族流强度的提高而增大．本文根据实验结果提出了强旋流场中，垂直水冷管和气流之间的对流换热系数实验准则关联式．     

循环流化床辐射传热模型

循环流化床中,炉膛壁面与床中的传热源自辐射,颗粒相对流和气相对流3部分,有关固体颗粒相传热系数的计算,研究人员主要提出了单颗颗粒模型,颗粒团更新模型和连续膜模型,但关于辐射传热系数的计算则比较简单,在这些模型中,有关辐射传热部分均采用经验或半经验公式,在辐射传热机理上探索尚欠不足,文中根据循环流化床密相区和稀相区的特性,分析其中的传热特点,特别是对循环流化床稀相区部分的颗粒团和对壁面的传热系数计算采用辐射双通量模型进行分析,从传热机理上建立了完整的循环流化床辐射传热模型,有助于了解循环流化床锅炉中的辐射传热机理和规律,模型计算结果与某电厂165MWe循环流化床锅炉相应工况条件下的实际运行数据相比,符合较好。     

Three-zonal engineering method of heat calculation for fluidized bed furnaces based on data on commercial investigations of heat generation distribution during biomass combustion

A three-zonal method of heat calculation of furnaces for combustion of biomass and low-caloric fuel in the fluidized bed is described. The method is based on equations of thermal and material balances that account for heat generation by fuel in the zone, heat-and-mass transfer heat exchange between the furnace media and surfaces that bound the zone, and heat-and-mass transfer between furnace zones. The calculation procedure for heat generation by fuel in the fluidized bed (FB) using the heat generation portion by the fuel is proposed. Based on commercial investigations, the main factors that affect the average temperature in the FB and the portion of fuel heat that is released in the FB are determined. Results of commercial investigations showed that the airflow coefficient in the FB should be recognized as the main operation parameter that affects the average temperature in the FB and, consequently, heat generation in the FB. The gas flow rate in the FB can be marked out as the second factor that affects the consumption degree of oxidizer supplied in the FB. Commercial investigations revealed that mixing is affected by the gas flow rate in the FB and the bed material particle size, which may be changed during the boiler operation because of the agglomeration of particles of sand and ash. The calculation processing of commercial investigations on a KM-75-40M boiler of a CHP-3 of an Arkhangelsk Pulp and Paper Mill (APPM), which was carried out using the inverse problem procedure by means of a developed computer program, determined the range of the fuel heat release share in the FB, which was 0.26–0.45 at an excess air factor of 0.59–0.93 in the bed, and the heat release share in the maximum temperature zone in the total heat release in the superbed space. The heat release share in the bed is determined as an approximating function of the excess air factor in the bed and the fluidization number. The research results can be used during designing boilers with the fluidized bed on biomass.     

棉秆在循环流化床中燃烧特性的实验研究

该文介绍了长度为10~100 mm棉秆与弱酸性床料的混合流化特性,主要研究流化风速和棉秆与床料不同配比对混合均匀度的影响。实验结果表明,10~100 mm棉秆与一定粒径分布的床料,质量配比为1~2%,流化数N>3时,能较均匀地混合流化,但流化数N> 7时,混合均匀度有所降低。棉秆与床料配比对混合均匀度也有影响,棉秆的质量配比越小,混合得越均匀,所以设计循环流化床锅炉时流化风速、静止床高要选择合理。在0.5 MW CFB实验装置上研究了纯棉秆燃烧时,流化速度、二次风率和棉秆给料量对炉内温度场分布的影响,结果表明,根据CFB实际运行参数,当流化速度为4~4.5 m/s时,尽管此时混合均匀度有所降低,但并没有影响到密相区稳定燃烧,其温度能够维持在830~870 ℃。实验后放出的底渣没有出现烧结现象,基本保持原来的形貌,说明弱酸性床料能够适合棉秆循环流化床燃烧。     

双流化床送风特性对循环流率影响的试验研究

颗粒循环流率是双循环流化床气化装置性能优化的重要因素,而给风特性是影响颗粒循环流率的主要参数之一。自行设计并搭建了双循环流化床冷态试验台,试验研究了两床给风特性对颗粒循环流率的影响,重点分析了提升管二次风特性对颗粒循环流率的影响。试验表明:物料固定粒径、固定静床高时,颗粒循环流率随着两床风速的增大而增加,二次风速超过一定值后,颗粒循环流率增加的趋势趋于平缓;提升管径向给入二次风比切向给入二次风时颗粒循环流率大;颗粒循环流率对二次风口高度变化敏感,二次风口布置在距布风板15 cm时比20 cm时颗粒循环流率明显增加;颗粒循环流率随着风口数目的增加稍有增加。     

细长颗粒流化过程取向性的数值模拟研究

细长颗粒的循环流化在工业生产中具有非常广泛的应用背景。取向性是细长颗粒的一个重要特性，它对细长颗粒的循环流化具有重要的影响，但国内关于细长颗粒取向性特性的研究还处于起步阶段。文中根据实际冷态循环流化床的结构及运行参数，采用数值模拟方法，对床内的气固两相流场进行了模拟，发现并揭示了细长颗粒的取向性的一些特性。细长颗粒的取向性在水平方向上呈现出均匀性，在竖直方向上表现出较强的不均匀性。细长颗粒多以竖直方向的姿态在提升管内流动；流场风速越大，竖直姿态流动的颗粒数量百分比越大；床高增加，竖直姿态流动颗粒数量百分比略有减小；细长颗粒长径比对颗粒的取向性没有明显影响。     

水煤浆球在异密度热态流化床内的破碎规律研究

为研究水煤浆流化悬浮燃烧时的破碎规律，用以马弗炉制备的浆球模拟该技术中形成的浆滴，在异密度热态流化床内，通过改变运行参数即床温(650、750、850和950℃)、流化数(3、3.5、4、4.5)和床料高度(30、50、70和90 mm)来研究水煤浆滴形成浆球后在流化床内的破碎状态。并分析了床温、流化数和床料高度3个运行参数对破碎后颗粒粒径分布的影响。试验发现水煤浆球在热态流化床内发生的一次破碎在30 s以前就结束了，然后同时存在二次破碎和逾透破碎的作用。     

Air-based coal gasification in a two-chamber gas reactor with circulating fluidized bed

During the bed gasification of solid fuels, the process temperature in the reaction zone is not high enough for reaching the maximum rate of the chemical efficiency factor of the gasification process. In order to increase the chemical efficiency factor, it is necessary to supply extra heat to the reaction zone to increase the reaction temperature. In this article, coal gasification in a chamber with forced fluidized bed is considered and it is proposed to supply extra heat with a circulating flow of an inert particulate heat transfer agent. Circulating inert particulate material is successively heated by coal combustion in a cone chamber with bubbling fluidized bed and in a combustion chamber with a spherical nozzle that inhibits the forced fluidized bed. After that, the heat transfer agent heated to 930–950°C enters first in a gasification chamber with bubbling bed and then in a chamber with forced fluidized bed, where it transfers the physical heat to the air fuel mixture. The experiments conducted with crushed Borodinsky coal and inert particulate heat transfer agent (electrocorundum) showed the temperature rise in a gasification chamber with from 760 to 870°C and the increase in the combustible component (CO) concentration in the gasification products by 5.5%. Based on the kinetic equations of the fuel combustion reactions and the CO₂ reduction to CO and on the thermal balance equations of combustion and gasification chambers, the simulation model for the gas composition and the temperature rate calculated by the height of reaction chambers was developed. The experimental temperature rates and product gas compositions are in good agreement with the simulation results based on the proposed kinetic gasification model.     

多流程循环流化床锅炉热力计算方法研究

由于多流程循环流化床锅炉炉膛中颗粒运动、燃烧和传热过程的实验结果和工业数据较为缺乏,因此有必要对多流程循环流化床锅炉的炉膛热力计算进行详细研究。根据多流程循环流化床锅炉的特点,推荐了适用于多流程循环流化床锅炉的分离器效率、燃烧份额和传热系数的计算方法,建立了以物料平衡、能量平衡为主的多流程循环流化床锅炉热力计算模型。利用建立的热力计算模型对一台在用的多流程循环流化床锅炉进行了计算,得到了炉内的物料分布、温度分布和热量分布规律。计算结果与该锅炉的工业测试数据的对比分析结果表明了热力计算结果符合锅炉实际运行情况。面向工程应用建立了一种多流程循环流化床锅炉的热力计算方法,可以为工业锅炉设计与改造提供理论指导。