CFB富氧燃燒氣氛下飛灰的沉積試驗(yàn)及沉積過程模擬.pdf

1、循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)是新近發(fā)展起來的一種新型的潔凈煤燃燒技術(shù)，它不僅集循環(huán)流化床的優(yōu)點(diǎn)于一身，還有著富氧燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。但流化床富氧燃燒過程中可能在尾部受熱面上產(chǎn)生比常規(guī)流化床燃燒更嚴(yán)重的積灰，而且煤的品質(zhì)越低，積灰情況可能會(huì)越嚴(yán)重。積灰的危害很大，不僅會(huì)引起鍋爐的安全運(yùn)行和增加經(jīng)濟(jì)成本，還會(huì)減少傳熱，降低鍋爐熱效率，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)降低鍋爐機(jī)組負(fù)荷，導(dǎo)致停爐情況發(fā)生。如何減輕積灰問題對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響，是國內(nèi)外眾多學(xué)者關(guān)注和研究的重點(diǎn)。<

2、br>　　為了對(duì)富氧氣氛下對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐尾部煙道的積灰問題進(jìn)行研究，本文從飛灰的沉積特性入手，重點(diǎn)考察運(yùn)行參數(shù)對(duì)飛灰沉積的影響，并在此基礎(chǔ)上建立飛灰沉積模型，包括飛灰粒子的輸運(yùn)模型、飛灰碰撞效率模型、飛灰黏附率模型以及飛灰粒子的增長模型，并對(duì)整個(gè)沉積過程進(jìn)行初步的探索和研究。研究內(nèi)容主要包括試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算研究。
　　試驗(yàn)研究方面。首先建立熱態(tài)飛灰沉積試驗(yàn)臺(tái)，利用其模擬鍋爐尾部煙道，采用已申請(qǐng)專利的取樣探針模擬煙道內(nèi)的受熱面，

3、通過調(diào)整探針表面溫度使其接近過熱器、再熱器或者省煤器在尾部煙道內(nèi)的工作條件。試驗(yàn)內(nèi)容主要是對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定、研究探針表面的傳熱特性以及探針直徑和煙氣流速對(duì)飛灰沉積的影響，為后期數(shù)值計(jì)算做準(zhǔn)備。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過探針表面的熱流變化可以對(duì)飛灰沉積的過程進(jìn)行一定的預(yù)測(cè)；煙氣流速與飛灰的沉積率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，而與飛灰沉積率呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。
　　數(shù)值計(jì)算方面。飛灰的沉積過程十分復(fù)雜，為了便于計(jì)算，本文簡化了沉積過程，只對(duì)其中的飛灰粒子的

4、輸運(yùn)過程、碰撞過程、黏附過程以及沉積增長進(jìn)行研究，并利用fluent軟件對(duì)富氧氣氛下飛灰的沉積過程進(jìn)行數(shù)值模擬。首先確定數(shù)值計(jì)算參數(shù)，設(shè)定初始條件和邊界條件，選用標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε湍流模型等對(duì)穩(wěn)態(tài)的連續(xù)相流場(chǎng)進(jìn)行模擬，之后選取DPM模型進(jìn)行顆粒離散相和氣相連續(xù)相的耦合計(jì)算，并采用用戶自定義函數(shù)(UDF)編寫相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)飛灰的沉積過程的研究。研究的主要內(nèi)容是研究不同顆粒粒徑、不同煙氣量、不同一二次風(fēng)速以及不同探針直徑對(duì)飛灰沉積的影響。研究的結(jié)果

5、表明，飛灰粒子的碰撞效率與粒徑成正相關(guān)關(guān)系，黏附效率則呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，捕捉效率則取決于兩者的關(guān)系，一般也是呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系；飛灰的沉積率和沉積量也與顆粒粒徑成正相關(guān)的關(guān)系。碰撞效率與煙氣量成正相關(guān)的關(guān)系，而黏附效率和捕捉效率則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系；飛灰沉積率與煙氣量成正相關(guān)的關(guān)系，而沉積量則呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。不同探針直徑對(duì)飛灰沉積過程的影響主要體現(xiàn)在碰撞效率、黏附效率和捕捉效率與探針直徑成正相關(guān)的關(guān)系；飛灰沉積量和沉積率亦與探針直徑呈現(xiàn)正相

6、關(guān)的關(guān)系。不同一次風(fēng)對(duì)飛灰沉積的過程影響主要體現(xiàn)在飛灰沉積率與一次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系，而沉積量則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系；碰撞效率與一次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系，而黏附效率與捕捉效率則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系。二次風(fēng)對(duì)飛灰沉積過程的影響主要體現(xiàn)在飛灰沉積量和沉積率與二次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系；而飛灰顆粒的碰撞效率以及捕捉效率與二次風(fēng)速成正相關(guān)的關(guān)系，黏附效率則表現(xiàn)出了較為特殊的變化，波動(dòng)較大，這可能與二次風(fēng)速增大，系統(tǒng)內(nèi)的湍流強(qiáng)度隨之增大以及離散相與連續(xù)相之間的

7、耦合作用有關(guān)。
　　數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。數(shù)值模擬所得的溫度場(chǎng)與實(shí)際測(cè)得的結(jié)果十分相近，符合要求。對(duì)不同煙氣量以及不同探針直徑下，顆粒的沉積量和相對(duì)沉積率的試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值計(jì)算結(jié)果存在較大的差別，最重要的原因在于數(shù)值計(jì)算結(jié)果是基于二維模型進(jìn)行的，而實(shí)際試驗(yàn)過程則是基于三維實(shí)際情況進(jìn)行，這就使得兩者無法做相應(yīng)的準(zhǔn)確對(duì)比，但由于兩者的變化趨勢(shì)是一樣的，試驗(yàn)結(jié)果依然可以用來判斷數(shù)值結(jié)果的變