PDF《410t/h Pyroflow循环流化床锅炉流动过程数学模型》

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9 9 9年 5月 重庆学学报 ( 自然科 学版 ) 弟22卷 第 3期 J

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0 3 一O072J71]41锅0羹L/ 杨晨,何 祖威,辛 明道4t~0

4 4) 丁K摘要:采用小 室模型建立 了I进410t / hB∞Ⅱ 循 环流 化床 锅炉燃 烧系统 的流 动过 程数 学模 型.

模型模拟 了循环流体床 内的 核 心一环 流 动结 构, 考虑了给料爆裂 、 固体颗粒摩捐 以及床 料的宽筛分 特性.教 值仿 真 结果 表 明该循环 流化床锅 炉具有流 动性 能、 高温旋风分离器分 离鼓率高 的特 点. 关键词 中 图分 ;

型/堕堕堡塑.锅66:2K224.1文献标 识码 : A 川 白马 电厂

4 1 0t / h 循环流化床(G)锅炉是 目前 亚洲在役的容量最大的商用 循环流化床 锅炉, 它是由芬 兰Foe~erWh e e l c r能源 公 司设计 制 造的 .锅 炉简 图如 图 1所示.该锅炉最显著的特点及 采用的新 技术为:

1 ) 循 环物料采用 高温旋 风分离 器分 离, 分离 器 内工 作 温度 与炉膣 温度接 近:2j炉膛 内布置第二级过 热( 采用 n 管屏 ) , 炉膛后侧布置翼墙 式水 冷壁 , 以平衡 和增 强炉 内 换热 ;

3 )少量排 烟 以流 化 冷却 介质的方 式圈1410t/hrⅧ循环流化床锅炉简圈 经冷渣器后 回炉膛下部, 从 而形 成烟 气 再循 环;

4)在循 环灰 回料 管上 给人 燃 煤和石 灰石, 并采取分级供厩方式. 实现炉内脱硫和控制 生成量 ;

5 )采用 了弯 管式 风帽和 回料 分叉 管 技术 ;

6 )点火启 动采用炉 内物料 流化循环 、 燃油 加热 升温并 引燃给 煤的方式 ;

7 )循环灰 控 制采用 自平衡式 U型阀. 迄今, 国内外 对循 环流化床数学模型的研究 已有大量文献发表, 取 得了丰富的成果 . . 由于循环流化床 内燃烧及流动过程非常复杂, 对其 进行 数值 分析仍 然是 目前 国 内外都 非常 重视的课题.在 已发表的文献 中, 循环流 化床的数学模型各有特点, 其研 究重 点通常侧重于 + 收稿日期 :

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9 8 一l0.13作者简 介:杨晨 ( I

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3 . ) 、 男, 云南 人,重庆大 学副教授致 在 职博 士研究生, 主要 从事热力系统 及热 工 设备 的 计算机 控 制及 仿真的教 学和 科研 工作 . 第7上卷第3朝 括晨等:410t / hP y mf l o w 环流化床锅 炉流 甘过 程数 学模 型73对某 一具体 的实验装置 的流动特性进行描 述, 并 在模 型 中辅之 以实验数 据或 经验公 式.这 些模 型通 常从 宏观角度出发, 采用小室模型描述循环 流化 床燃 烧室 ( 或 反应 器)内的 流动或 燃烧过程 .刚时, 对流动结构 的研究 大多 是针 对 化工 领域 中的循 环 流化床 反应 器(即快 速床) 进行 的.对于商用循环流化床锅炉, 由于技 术保 密等原 因, 很少能 够 见到 有 关其模型 的 报导 .在 已有 的少 量文献 中, 对循环 流 化床 内诸 如颗粒 团的形 成、 环心. 核两 区之 间的质 量 交换 以及 固体 的返 混流动等 现象则很少予以描 述.显然, 建立 在役 的商用循 环 流化床 锅炉 的数学模 型, 对解 决 目前循环流化床锅炉设计 和运行 中存在 的问题 , 以及 对引进 技术 进行 消 化吸收和 预测循环 流化床锅炉 的整体性能都有很重要的现实意义 在循环 流化床 的整 体性 能的研究 中, 对炉 内气固两相 流动 过程的描 述 即流动模 型是决 定整体数学模 型质量 的首要 因素.文 中研究的 内容 以四川 白马电厂

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0 t / h r m 循环 流 化床锅炉 为对 象, 对其炉膛 内的流动过程 进行模拟 , 以便为其 整体性能的研究打 下摹础 .

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1 0 t / hP y r o f l c ~ v 循环流化床 锅炉的流动模 型 讨论

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0 t / h P y 枷ov循环流化床锅 炉的流动模型的主要 目的在于预测 ( . Fi

3 锅炉 的下 述 特性 :

1 )燃烧室 内固体颗粒的浓度分布 ;

2 )燃烧 室 内固体颗粒 的尺寸分布{3 )燃烧 室内的 压力分布 .

1 .

1 模 型结构 模型采用小室模型建立(.Fi

3 锅炉燃烧区的数学模型 , 即把 aB 锅炉燃烧 区的主要 回路 划分 成一 系列 串联的空 间( 即小室) , 如图 2所示, 各小 室是 均相 且气固充 分 混合 的 区域 .小 室划 分情 况如 下: 小室1,燃烧室 底部 ( 布 风板 至上二 次风人口点 )区域 ;

小室2一 燃烧上部 ( - - 次风以上 至燃 烧室顶部 )区域 ;

小室 +

1 , 高温旋 风分离 器;

小室 +2 , 回料 密封装置.其中参数 表示燃烧区上部区域中划 分的小 室数, 该值在仿真模型 中是一个 可选参数, 可 根据 实际需要 及计算 精度的要求选取. 模型的建 立基 于以下假设:1)流动结构包 括一 个 固体浓 度较 低的向上 流 动的核心 区, 及靠 近壁面 环绕核 心 区的有 较 高固体 浓度的 向下流动的 环状区组成, 即 核心.环 流动 结构 ( 图3);

2)假设 全部 气体在核 心区 内流动, 其流动 型式 为平推流 ;

高韫旋 风飞灰图2模型结 构示 意图 图3核心.环 流动 示意 图3)固体有从 核心区向环状 区的质量传 递, 其传 递的速率与各小室核 心区内控 隙率 e 与环 . 核两 区界面 面积 的乘积 成正 比, 本模 型忽 略环 状 区向核心区的质量交换 ;

4 )各小 室核 心区内的空 隙率用一个 平均值表 示, 不考 虑其随径 向位 置 的变化. 而 环状 、 麴黼74重鹿大学 学撮 ( 自垂 ! } 科 学版 )

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9 9正区内的空隙率取 为最 小流化状态下的空隙率 , 与轴 向位置无关 ;

5 )为描述循 环流化床 固体颗 粒的宽 筛分 特性, 模型 中把 固体颗 粒 按直 径分 为若干 档, 每一档用一 个平均粒径表示 , 固体颗粒为球形 ;

回料密封装置 内没有来 自于高温旋风分离器的气体, 无 燃烧化学反应 发生 .

1 .

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1 0t / hP y r o f t o w循环 流化床锅炉流动模型 在 流动模型 中, 把炉膛沿 高度方 向分为两个不 同的区域进行 描述, 即底部 的浓相 区和其 上 固体浓 度逐渐减小 的稀 相区( 或称悬浮段 ) 进行描述, 并 近似 口 』二次风人 口处 为浓相 区与 稀相 区的交界.1.2.1浓相 区模 型 炉膛底部的浓相 区内存 在着强烈的 固体混合 现象, 这种现象 是 由气泡及 其尾迹 的运 动 引起 的, 即浓相 区由乳 化相和气泡相 组成 . 本模型 假设乳 化相处于 最小 流化状 态, 并 采用文 献[

1 ] 提 出的经验 公式计算气泡相所 占的份额, 即:挽=1/[(1+1 .

3 (U o 蚰)/月(1)其中 n和分别为表现速度及 固体颗粒的摄小流化风速, , 为与 匿I体颗粒直 径有 关的经验 系数 . 据此可得到浓相 区的空 隙率 为: c d= ( 1一挽) (

2 ) 其中为最小 漉化状态下的空 隙率, 本模型没有象多数模 型 一样把 该参数取 为定 值, 而是 采用 E 螬∞ 公式进行 计算 , 从而可以反映出不同粒径的 固体颗粒 的 的区别.

1 .

2 .

2 悬浮段模 型 悬浮段的流动模 型采用 核心一环 流动结构模拟 , 轴向空隙率采 从浓相 区表 现处 到炉 膛顶部 的衰减使 用wc n和Chen提出的 关系式计算 : ( c d~ )/( 一)= e x P [ ( h― h ) ] (

3 ) 式中, c d 、 e b 分 别为密 相区表 面处 、 无 穷远处和床 内任意 高度 h处的空隙 率, 为二次风 人 口高度, 为衰减系数, 其值按下述方式选取 : 』 2―4 , g l 对Gelda~A类 粒子 =

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对Geldar~AB类粒子(4)【7..对Ge l &

a r t B类粒子 核心 . 环 流动结构模型 中, 核 心区与环状区之 间横截 面积之 比6是一个关键性参数 , 本模型 按下述方式计 算该 比值 : 艿:

1 ( 日/)芷( H 取) . ( 1一h/H) (

5 ) 式中: 为........