CFB富氧燃燒下飛灰沉積的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究.pdf

1、循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)是目前公認(rèn)的最具應(yīng)用前景的CO2的減排技術(shù)之一。該技術(shù)結(jié)合了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)與富氧燃燒技術(shù)雙方的諸多優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”的效果，在其商業(yè)化的進(jìn)程中更具競(jìng)爭(zhēng)力。但在將這種技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于電站鍋爐前，很有必要對(duì)一些潛在的問(wèn)題開(kāi)展基礎(chǔ)性研究。本課題主要針對(duì)循環(huán)流化床富氧燃燒條件下鍋爐尾部受熱面上的飛灰沉積問(wèn)題進(jìn)行了試驗(yàn)和模擬研究。
　　首先，本文選取晉城無(wú)煙煤和朔州煙煤兩種典型的煤種，在一個(gè)小型流化床試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)

2、展了燃燒和沉積試驗(yàn)。比較了空氣、21％O2/79%CO2和30%O2/70%CO2三種燃燒氣氛下飛灰的沉積特性。研究結(jié)果表明：流化床富氧燃燒方式對(duì)飛灰的沉積特性有明顯的影響；30%O2富氧燃燒條件下，PM10的濃度明顯高于空氣燃燒條件下，尤其在0.3微米以下，這種差異性更加明顯，并且具有略大的粒徑分布。分析認(rèn)為，流化床富氧燃燒對(duì)飛灰形成的影響可能是導(dǎo)致飛灰沉積加劇的原因之一。
　　其次，基于流化床燃燒試驗(yàn)臺(tái)，重點(diǎn)研究了晉城無(wú)煙煤在

3、空氣和30%O2富氧燃燒條件下，在沉積灰形成的初始階段內(nèi)，添加石灰石脫硫?qū)︼w灰的沉積特性的影響?？疾炝蒜}硫摩爾比，探針表面溫度和燃燒氣氛等因素對(duì)飛灰沉積特性的影響。研究結(jié)果表明：添加石灰石脫硫?qū)︼w灰的沉積特性有明顯影響；飛灰的沉積傾向與沉積灰中堿金屬含量呈現(xiàn)一定的線(xiàn)性關(guān)系，并與探針的表面溫度和煙氣溫度之間的差值呈明顯的線(xiàn)性關(guān)系。
　　在前面研究的基礎(chǔ)上，本文比較了兩種煤種在流化床空氣燃燒和富氧燃燒條件下的SO2釋放和脫除特性。研究

4、結(jié)果表明：氧濃度（21-50%）對(duì)SO2釋放有顯著影響，而床溫（840-920℃）對(duì)其無(wú)顯著影響；對(duì)于晉城無(wú)煙煤，空氣和30%O2富氧燃燒氣氛下的最佳脫硫溫度均為880-900℃，而對(duì)朔州煙煤，兩種燃燒氣氛下的最佳脫硫溫度均為860℃；石灰石的利用率與燃燒方式和煤種有關(guān)。
　　為了進(jìn)一步理解飛灰的沉積機(jī)理，本文建立了一套完整的熱態(tài)飛灰沉積試驗(yàn)和測(cè)量系統(tǒng)，研究了飛灰的沉積過(guò)程，考察了探針表面溫度、煙氣流速和探針尺寸等因素對(duì)飛灰沉積的

5、影響。初步考察了沉積灰的碳酸化現(xiàn)象，并設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)便的方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了沉積灰的有效熱導(dǎo)率。研究結(jié)果表明：飛灰的沉積過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程；在400-770℃范圍內(nèi)，沉積灰溫度對(duì)沉積灰的有效熱導(dǎo)率無(wú)明顯影響；煙氣流速、探針表面溫度、探針尺寸對(duì)飛灰沉積過(guò)程影響明顯；在模擬富氧燃燒氣氛下，CaO顆粒所形成的沉積物的碳酸化反應(yīng)現(xiàn)象明顯，這表明在富氧條件下，有必要考慮碳酸化反應(yīng)對(duì)沉積量的貢獻(xiàn)；在模擬富氧燃燒煙氣氣氛下，沉積灰的有效熱導(dǎo)率要高出模擬空氣燃

6、燒煙氣氣氛條件下約0.02W/m/K。
　　最后，采用Fluent14.5商業(yè)軟件，以熱態(tài)飛灰沉積試驗(yàn)臺(tái)為模擬對(duì)象，采用基于法向彈性力、重力和范德華力之間關(guān)系的沉積模型，考察了Fluent的參數(shù)設(shè)置，以及探針表面溫度、煙氣流速和煙氣氣氛等因素對(duì)飛灰沉積過(guò)程的影響，并與飛灰沉積試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。模擬研究結(jié)果表明：湍流擴(kuò)散對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌道有顯著影響，而顆粒的軌道數(shù)對(duì)顆粒軌跡沒(méi)有明顯影響；沉積顆粒的分布呈現(xiàn)探針中心處低而兩側(cè)高的“