基于CPFD法的循环流化床锅炉燃烧优化模拟

针对某循环流化床锅炉运行中存在返料系统与旋风分离器效果差等问题,采用CPFD数值模拟法讨论床料粒径大小和给煤偏置的设置对锅炉稳燃及旋风分离器失衡问题的影响.结果表明:颗粒粒径过大时炉膛内易结渣、流化效果不良且内循环不佳,无法形成良好的稀密相分布.同时煤粉粒径对炉内燃烧影响显著,因煤粉对床料颗粒夹带量不同,粒径越大的床料颗粒煤粉对其夹带能力越小,导致上部稀相区温度偏高.研究得出调整给煤设置参数是保证锅炉稳燃,同时解决左右旋风分离器不平衡的有效措施.其中最佳给煤偏置为左、中、右分别为1.93、2.93和3.93 kg/s.     

循环流化床锅炉物料平衡分析

循环流化床物料平衡是循环流化床燃烧的核心和基础,它影响到循环流化床燃烧效率和脱硫效率,并决定燃烧室内的热负荷分布。循环流化床“一进二出”的物料平衡系统是循环流化床的核心概念,也是理解循环流化床物料平衡的关键。本文介绍并分析了循环床物料平衡的某些问题,如循环流化床定态设计、床料质量和物料平衡模型等。循环流化床运行需要高的“床料质量”和较大物料循环量,要求流化床锅炉分离器分离效率曲线存在一个清晰的100％分离粒径截止点。循环流化床内物料平衡除了受分离器效率影响外,还受到给煤成灰及磨耗特性、床内颗粒分层、排渣方式及效率等因素的影响。     

260 t/d炉排-循环床焚烧炉的物料平衡和物料分布规律研究

通过现场测试数据分析了清华大学自行研制的260 t/d炉排-循环床焚烧炉的物料平衡和物料分布规律.结果表明,炉排-循环流化床垃圾焚烧炉在燃用不同燃料时总体物料平衡发生了很大变化;循环灰系统设计时充分考虑了垃圾的成灰特性,在燃用垃圾和煤混和燃料的情况下,循环倍率与一般燃煤循环流化床锅炉设计值相当;同一台循环流化床焚烧炉,在燃用不同燃料时,尽管粒径分配份额不同,但不管是炉膛出口颗粒粒径分布、分离器进出口颗粒粒径分布,还是床料粒径频率密度分布规律,都呈现出同样的变化趋势.     

循环流化床锅炉的流态重构及其在560 t/h中的应用

降低厂用电是提高循环流化床(CFB)锅炉性能的重要方面.分析了降低无效床料存量、提高有效床料存量、维持上部快速床的流态重构的物理基础,揭示了流态重构的本质是改变床存量的颗粒粒径分布,进一步明确了流态重构不是通过排渣,而是通过提高分离器效率、循环量及床质量来实现.在75～220 t/h CFB锅炉验证的基础上,开发了 5...     

低灰分燃料循环流化床锅炉的外加物料河沙粒度分析

基于对循环流化床锅炉物料平衡内部机制的分析,认为循环流化床锅炉燃料适应性广的原因是炉膛中定态的物料浓度分布.在燃用低灰分燃料时,为了达到锅炉设计要求的物料浓度分布,需要额外添加循环物料,提出在炉膛空塔流速为5 m/s、河沙密度为2 650 kg/m3时,河沙的粒径应小于300μm,且大于分离器分离效率为99%时对应的颗粒直径d99.对泰国Ajnomoto公司73.2 t/h循环流化床锅炉进行设计,结果表明:在此粒度范围内,方形分离器可以满足物料平衡要求,飞灰含碳量在1%以下,燃烧效率大于99%,锅炉效率达到93.62%(日本标准),但河沙密度比煤灰大,对流化床料层阻力及一次风机的影响不可忽视.     

循环流化床内颗粒停留时间分布

为进一步了解循环流化床床内复杂的流体动力特性,在200mm×200mm的冷态循环流化床试验台上以从床料中筛分出来的某一粒径的颗粒为示踪颗粒,用脉冲加入示踪剂法直接测量了固体颗粒停留时间分布.对试验所得的固体颗粒停留时间分布曲线的分析明显表明床内存在着由于流体动力特性和几何结构引起的颗粒返混.基于循环流化床内特殊的核心-边壁区流体动力结构,建立了能描述循环流化床和下排气旋风分离器内固体颗粒流体动力特性及固体停留时分布的数学模型.该模型计算结果和实验数据吻合良好.     

卧式循环流化床锅炉压降和颗粒体积分数分布

为了研究卧式循环流化床(Horizontal Circulating Fluidized Bed,HCFB)内的气固流动特性,在带漩涡分离器的HCFB冷态试验台上,以颗粒粒径为87μm、170μm和211μm的玻璃珠为试验物料,采用压差传感器和光纤测量仪研究了颗粒粒径和表观气速对床内压降和颗粒体积分数分布的影响.结果表明:炉膛压降主要发生在主燃室,占总压降的90%左右,副燃室和燃尽室的压降很小;主燃室沿程压降和轴向颗粒体积分数均呈指数分布,横向颗粒体积分数呈"环-核"分布;副燃室的颗粒体积分数呈严重偏向的左稀右浓分布,而燃尽室的颗粒体积分数始终很低;随着颗粒粒径的增大,表观气速需分别至少达到1.25m/s、1.50m/s和2.00m/s时才能获得循环流态化状态.     

循环流化床锅炉物料浓度分布的影响因素分析

循环流化床(CFB)锅炉炉膛物料浓度分布直接影响炉膛内的传热特性和锅炉负荷。基于CFB锅炉炉膛内气固两相流动特性,建立了密相区以上区域的物料浓度数学计算模型。以1台1 060 t/h CFB锅炉为研究对象,数值计算分析不同煤种、给煤粒度分布、流化风速、分离器效率及床压降对炉膛物料浓度分布的影响,计算分析结果表明,CFB锅炉运行中,针对不同煤质,可以通过优化给煤粒度分布和床压降来调节炉膛上部的物料浓度分布,低挥发分煤种的给煤粒度分布中细颗粒的比例要大一些。分离器性能越好,床质量越好,在相同的流化风速和床压降下,炉膛出口处物料浓度随d50、d99的减小而增大。     

多层管排入口结构对旋风分离器性能影响分析

为改善旋风分离器的性能,利用ANSYS软件对传统型分离器与新型分离器(在分离器入口装配多层管排结构)进行了对比模拟。结果显示:多层管排结构对分离器入口部分气体质量流量、颗粒相分布、分离器压降、分级效率(50%分割粒径)均有影响,当入口速度为10 m/s时从入口内侧通过的颗粒数相比于传统分离器减小了8.4%,而大部分颗粒被气体携带从入口的中部、外部进入分离器,这部分颗粒进入分离器后很容易被捕捉;虽然压力损失相比于传统型分离器升高5%,但50%切割粒径从2.6μm减小到2.1μm,大大改善了分离器对细小颗粒的捕捉能力。     

中心提升管内循环流化床颗粒循环流率实验研究

自行设计并搭建中心提升管内循环流化床冷态试验台,试验研究提升管风速、鼓泡床风速、鼓泡床静床高、床料平均粒径对颗粒循环流率的影响。试验结果表明:对于给定的床料,颗粒循环流率随两床风速的增加而增加,并且当提升管风速或鼓泡床风速分别增加到一定程度时,颗粒循环流率增加趋缓;固定两床风速,颗粒循环流率随鼓泡床静床高的增大而增加,随物料平均粒径的增大而减小。通过实验数据回归,得到颗粒循环流率计算关联式,计算值相对误差在±18%以内,可以很好地预测颗粒循环流率。     

循环流化床锅炉脱硫整体精细模型的研究

针对现有循环流化床锅炉脱硫整体模型存在的问题，建立了一个用于流化床内固体颗粒特性研究的经过商业锅炉数据验证的脱硫整体精细模型。其建模方法能够将单个脱硫剂颗粒的脱硫过程、还原性分解过程和颗粒的磨耗与基础整体模型有机地结合起来，利用物质平衡方程计算得到锅炉不同位置处固体床料的成分、筛分分布和各个粒径脱硫剂的转化程度分布曲线。对变分离器效率、变给石灰石粒径分布、变一次风配比和给入旧脱硫剂的情况进行了份真计算。图20参8     

双循环流化床返料量冷态试验研究

双循环流化床生物质气化装置的关键是合理的控制循环返料量。搭建了一个双循环流化床冷态试验台,它主要由提升管和鼓泡床组成。在试验台上就鼓泡床风速、静床高、物料平均粒径和溢流口高度几方面因素对循环返料量的影响进行了试验。试验结果表明:双循环流化床的循环返料量随静床高和鼓泡床风速的增加而增加,随物料粒径和溢流口高度的增加而减小,并且静床高越高循环返料量随鼓泡床风速变化的线性趋势越明显。试验结果对控制双循环流化床的循环返料量具有一定意义。     

基于灰颗粒的物理特性为分类原则的试验研究

循环流化床(CFB)锅炉炉内的燃烧及传热与炉内床料的状态密切相关,而炉内床料主要是由燃煤含有的矿物组分经过燃烧、爆裂和磨耗过程形成的。文中对6种煤样在固定床燃烧后,使用可视化显微仪,获取了灰颗粒的微观形貌特征,根据灰颗粒的机械强度和耐磨性能的不同,将灰颗粒定义为3类不同性质的灰。以此为基点,采用固定床燃烧后冷态振动筛分和流化床实验台热态流化后筛分的方法,研究了不同燃烧温度下升温速率对灰颗粒粒径变化的影响,以及不同燃烧温度下燃烧时间对灰颗粒粒径变化的影响,推演了不同煤样在燃烧过程中的演化特征。结果表明:3类灰颗粒在不同的燃烧温度和时间的演化过程存在明显的不同,从而为预测循环流化床中的床料粒径分布提供了理论依据。     

中心提升管内循环流化床颗粒循环流率试验与BP神经网络预测研究

自行设计并搭建中心提升管内循环流化床冷态试验台,就提升管风速、鼓泡床风速、鼓泡床静床高、床料平均粒径几方面因素对颗粒循环流率的影响进行系统的试验研究。试验结果表明:对于给定的床料,颗粒循环流率随两床风速的增大而增大;固定两床风速,颗粒循环流率随鼓泡床静床高的增大而增大,随物料平均粒径的增大而减小。利用Matlab神经网络工具箱,建立3层BP神经网络颗粒循环流率预测模型。预测结果表明:在隐含层神经元数量为6时,误诊率最小,预测相对误差在±9%以内,网络性能最优,能较好地预测颗粒循环流率。     

220t／h循环流化床锅炉性能的仿真预测

清华大学所建的燃煤循环流化床锅炉的通用整体精细数学模数学模模型为此类锅炉的研究与设计提供了一个用的工具。使用此模型，仿真了分离器效率对２２０ｔ／ｈ清华循环流化床锅炉的性能的影响。仿真结果表明，密相相床的颗粒组分构成是决定主燃烧室内温度水平和分布的主要因素；提高分离器效率可以改善密相床的颗粒组分构成，进而提高循环流化床锅炉的运行性能；并指出国产循流化床锅炉完善的根本在于提高分离器效率。图６表２参４     

中心管式重力分离器汽水分离效率研究

以Fluent软件为工具,模拟蒸汽-水工况下中心管式重力分离器中液滴的运动,考察影响中心管式重力分离器汽水分离效率的主要因素。结果表明:液滴速度对分离器的分离效率的影响基本可以忽略;蒸汽速度和中心管径对分离器的分离效率影响较大,蒸汽速度越大分离效率越低,中心管直径越小分离效率越高;中心管长度对液滴的临界分离直径无影响,但能提高小颗粒直径的分离效率。     

循环流化床烟气脱硫床料的质量平衡和化学成份的变化

对循环流化床内脱硫过程中床料的质量、化学成份的变化进行了理论分析,发现当选定循环倍率5－50后,只要分离器的效率达到83％－98％,床内就可以维持质量平衡。当操作参数变化引起床内物料质量改变时,改变离开床的床料量可以很快达到平衡;而化学成份的动态是不平衡的,它的过渡过程与床内的床料量、反应产物的产率以及相关参数的变化幅度等有关。     

循环流化床锅炉炉内压降分布及物料粒径分布的计算

根据物料总体平衡建立了循环流化床锅炉炉内压降分布和物料粒径分布的数学模型 ,模型中考虑了颗粒破碎、磨损以及缩核对物料粒径分布变化的影响。作为循环流化床锅炉整体数学模型的基础 ,该模型不仅计算了所有物料的总体粒径分布 ,也计算了焦炭、石灰石和惰性床料单独的粒径分布。最后给出了炉内压降和不同位置处物料粒径分布的仿真结果 ,并对结果进行了分析     

惰性粒子流化床烟气脱硫的试验研究

对惰性粒子流化床的烟气脱硫过程进行了试验,分析和研究了Ca/S、入口SO2浓度、静止床高、惰性粒子粒径、近绝热饱和温度和床层温度对脱硫效率的影响.结果表明:近绝热饱和温度和Ca/S对脱硫效率影响较大,惰性粒子粒径和静止床高对脱硫效率也有一定影响;近绝热饱和温度越低、Ca/S越大、流化床床层温度越低、烟气表观速度越小、惰性粒子粒径越小以及静止床层越高,则烟气脱硫效率越高;当烟气入口SO2浓度小于7×10-4时,随着入口SO2浓度的增大,脱硫效率相应提高;当烟气入口SO2浓度增加到7×10-4以上时,随着入口SO2浓度的增大,脱硫效率反而降低;在基本试验工况下,惰性粒子流化床的烟气脱硫效率达到85%以上.     

通道式分离器性能的优化及其应用

通过理论分析，提出了新型通道式分离器的结构优化方案，并对改进前后的分离器性能进行了比较实验。结果表明：出口的阻力是分离阻力损失的主要部分，改变分离器出口管的长度能有效地降低分离器的阻力，但是同时也使分离器的效率有所下降。利用清华大学自主开发的150t／d循环床垃圾焚烧炉对通道式分离器的性能进行了现场测试，结果表明：在不同工况下(颗粒浓度实测值0．8kg／m^3～3．3kg／m^3)，通道式分离器的效率高达99．8％以上。图8表2参6