本文關(guān)鍵詞：大型循環(huán)流化床環(huán)形爐膛氣固流動特性CPFD數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。對于超臨界循環(huán)流化床,傳統(tǒng)的單爐膛結(jié)構(gòu)中存在二次風(fēng)穿透不足和受熱面布置空間有限的問題,而“褲衩型”爐膛結(jié)構(gòu)會在控制不當(dāng)時(shí)發(fā)生“翻床”現(xiàn)象,威脅鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。環(huán)形結(jié)構(gòu)的爐膛可以有效地解決二次風(fēng)穿透問題,同時(shí)也為更多的受熱面布置提供了充足的空間,是一個(gè)非常具有發(fā)展?jié)摿Φ臓t型結(jié)構(gòu)。環(huán)形爐膛是區(qū)別與傳統(tǒng)爐型的全新的循環(huán)流化床爐型結(jié)構(gòu),對其中氣固流動特性的掌握是實(shí)現(xiàn)該爐型應(yīng)用的必要條件。本論文圍繞環(huán)形爐膛內(nèi)氣固流動特性以及各爐膛出口物料分配均勻性,以數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量為工具,開展復(fù)雜爐膛結(jié)構(gòu)內(nèi)氣固流動特性的研究,討論不同爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)對爐內(nèi)氣固流動特性的影響,為環(huán)形爐膛的設(shè)計(jì)應(yīng)用和放大推廣奠定理論基礎(chǔ)。首先,針對流化床內(nèi)顆粒濃度差異大,且分離器內(nèi)存在強(qiáng)旋流流動的特點(diǎn),本文基于BarracudaTM計(jì)算平臺,探索了適用于流化床內(nèi)氣固流動模擬的CPFD計(jì)算模型,采用Wen-Yu/Ergun曳力模型,對循環(huán)流化床整個(gè)循環(huán)回路內(nèi)氣固流動進(jìn)行三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。模擬結(jié)果準(zhǔn)確地再現(xiàn)了流化床爐膛內(nèi)“上稀下濃”的分布特征,以及分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流動和U型返料器的返料特性。對爐內(nèi)的壓力分布特性和爐膛出口流量分配均勻性進(jìn)行研究,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果吻合較好。研究得出,在環(huán)形爐膛橫截面上顆粒濃度在壁面附近高,而中心區(qū)域低,顆粒軸向速度具有與之相反的分布特征。計(jì)算工況下,爐膛出口顆粒質(zhì)量流率最大偏差為23.09%。其次,采用高頻壓力信號采集與CPFD數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究環(huán)形爐膛密相區(qū)氣固流型特征。隨著表觀風(fēng)速的增加,環(huán)形爐膛密相區(qū)依次出現(xiàn)鼓泡流態(tài)化(single bubble regime)、泡狀流化(exploding bubble regime)、湍流流態(tài)化(turbulent fluidization regime)。環(huán)形爐膛不同氣固流型下壓力信號功率譜分布特征與常規(guī)流化床的結(jié)果對比,發(fā)現(xiàn)與常規(guī)流化床內(nèi)相似的氣固流動存在于環(huán)形爐膛中,表明爐膛由常規(guī)結(jié)構(gòu)到環(huán)形結(jié)構(gòu)的改變并沒有對爐內(nèi)的氣固流動產(chǎn)生顯著影響。為了優(yōu)化環(huán)形爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),獲得流動均勻性較好的爐型結(jié)構(gòu),采用CPFD數(shù)值模擬方法考察不同爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對爐內(nèi)流動和循環(huán)回路物料分配均勻性的影響。研究了不同爐膛高度和爐膛截面長寬比的環(huán)形爐膛內(nèi)的氣固流動特性,確定環(huán)形爐膛實(shí)驗(yàn)臺的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(爐膛高5.0 m,爐膛橫截面長寬比1.3)。研究了爐頂凸起高度、爐膛出口煙道布置形式和爐膛出口高寬比對爐膛出口氣固流動特性的影響,結(jié)果表明各結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對爐內(nèi)顆粒濃度軸向分布的結(jié)果都未產(chǎn)生較大影響,而爐膛出口顆粒濃度的均勻性是影響返料流率均勻性的重要因素。在660 MW實(shí)爐中,顆粒濃度具有與環(huán)形爐膛實(shí)驗(yàn)臺相似的軸向分布特性。在爐膛截面上,顆粒濃度和顆粒軸向速度則呈近似線性的徑向分布,但環(huán)形爐膛實(shí)驗(yàn)臺中顆粒濃度和顆粒軸向速度成拋物線性分布。660 MW實(shí)爐爐膛出口顆粒質(zhì)量流率的最大偏差為6.29%,與實(shí)驗(yàn)臺中最大偏差23.09%相比,660 MW實(shí)爐中各并聯(lián)回路間流量分配的均勻性明顯優(yōu)于實(shí)驗(yàn)臺。本論文針對環(huán)形爐膛這一全新的爐型結(jié)構(gòu),開展了實(shí)驗(yàn)臺和660 MW實(shí)爐內(nèi)氣固流動特性及爐型結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)測量和CPFD數(shù)值模擬研究,研究掌握了環(huán)形爐膛內(nèi)顆粒分布特征,提出了改善爐內(nèi)流動均勻性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略,研究結(jié)果為環(huán)形爐膛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用推廣提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。
【關(guān)鍵詞】：超臨界循環(huán)流化床鍋爐 環(huán)形爐膛 CPFD數(shù)值模擬 氣固流動特性 均勻性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK229.66
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 符號表9-16
• 第一章 緒論16-34
• 1.1 研究背景16-17
• 1.1.1 我國的能源現(xiàn)狀與環(huán)境問題16
• 1.1.2 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)及發(fā)展方向16-17
• 1.2 發(fā)展超臨界循環(huán)流化床鍋爐的可行性分析17-18
• 1.3 研究現(xiàn)狀18-32
• 1.3.1 國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展概況18-19
• 1.3.2 超臨界循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀19-23
• 1.3.3 環(huán)形爐膛的提出及發(fā)展現(xiàn)狀23-26
• 1.3.4 循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流動數(shù)值模擬的研究進(jìn)展26-28
• 1.3.5 循環(huán)流化床各并聯(lián)回路間氣固流動不均勻性研究28-29
• 1.3.6 流化床內(nèi)氣固接觸流型的研究29-32
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容及研究方法32-34
• 1.4.1 本論文的研究目的與研究內(nèi)容32-33
• 1.4.2 本論文的研究方法33-34
• 第二章 環(huán)形爐膛六分離器循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)臺氣固流動CPFD數(shù)值模擬34-56
• 2.1 引言34
• 2.2 CPFD數(shù)學(xué)模型34-36
• 2.2.1 控制方程34-35
• 2.2.2 曳力模型35-36
• 2.2.3 固相應(yīng)力模型36
• 2.3 物理模型和網(wǎng)格劃分36-40
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及數(shù)值模擬幾何模型36-39
• 2.3.2 顆粒物性39-40
• 2.4 參數(shù)說明40
• 2.5 環(huán)形爐膛循環(huán)回路中氣固流動特性研究40-54
• 2.5.1 循環(huán)回路整體的數(shù)值模擬結(jié)果41-44
• 2.5.2 爐膛內(nèi)氣固流動特性44-50
• 2.5.3 旋風(fēng)分離器性能研究50-53
• 2.5.4 爐膛出口氣固流動特性53-54
• 2.6 本章小結(jié)54-56
• 第三章 環(huán)形爐膛密相區(qū)氣固流動特性研究56-74
• 3.0 引言56
• 3.1 實(shí)驗(yàn)操作參數(shù)56-57
• 3.2 CPFD數(shù)值模擬模型57-58
• 3.3 數(shù)據(jù)分析方法58-60
• 3.3.1 統(tǒng)計(jì)參數(shù)58
• 3.3.2 自相關(guān)系數(shù)58-59
• 3.3.3 Hilbert-Huang變換59-60
• 3.4 環(huán)形爐膛密相區(qū)氣固流動特性60-73
• 3.4.1 CPFD數(shù)值模擬結(jié)果60-64
• 3.4.2 爐內(nèi)壓力和顆粒濃度分布64-66
• 3.4.3 時(shí)域分析結(jié)果66-69
• 3.4.5 功率譜分析69-70
• 3.4.6 Hilbert-Huang變換70-71
• 3.4.7 爐內(nèi)氣固流動的均勻性研究71-73
• 3.5 本章小結(jié)73-74
• 第四章 環(huán)形爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和多分離器并聯(lián)優(yōu)化布置74-102
• 4.1 引言74
• 4.2 數(shù)值模擬的幾何模型和工況安排74-75
• 4.2.1 幾何模型74
• 4.2.2 工況安排74-75
• 4.3 參數(shù)說明75
• 4.4 爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)對各回路間氣固流動均勻性的影響75-94
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)臺中爐膛高度的確定75-78
• 4.4.2 爐膛截面長寬比對爐內(nèi)氣固流動的影響78-80
• 4.4.3 爐頂凸起高度對爐內(nèi)氣固流動的影響80-86
• 4.4.4 爐膛出口煙道布置方式對爐內(nèi)氣固流動的影響86-91
• 4.4.5 爐膛出口高寬比對爐內(nèi)氣固流動的影響91-93
• 4.4.6 敏感性分析93-94
• 4.4.7 小結(jié)94
• 4.5 優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)及其內(nèi)氣固流動特性研究94-100
• 4.5.1 優(yōu)化爐型結(jié)構(gòu)94-95
• 4.5.2 優(yōu)化爐型內(nèi)氣固流動特性的研究95-100
• 4.6 本章小結(jié)100-102
• 第五章 660 MW超臨界循環(huán)流化床環(huán)形爐膛內(nèi)氣固流動特性數(shù)值模擬102-120
• 5.1 引言102
• 5.2 幾何模型和網(wǎng)格102-104
• 5.2.1 幾何模型102-104
• 5.2.2 網(wǎng)格劃分104
• 5.3 邊界條件和顆粒物性104-106
• 5.3.1 邊界條件104-105
• 5.3.2 顆粒物性105-106
• 5.4 爐膛內(nèi)氣固流動特性的研究106-118
• 5.4.1 爐內(nèi)壓力和顆粒整體分布106-110
• 5.4.2 爐膛內(nèi)氣固流動特性110-112
• 5.4.3 二次風(fēng)穿透深度112
• 5.4.4 懸吊屏區(qū)的流動112-114
• 5.4.5 爐膛出口煙窗的流動114
• 5.4.6 爐頂凸起空間的流動114-116
• 5.4.7 爐膛出口氣固流動特性116-118
• 5.6 本章小結(jié)118-120
• 第六章 爐膛結(jié)構(gòu)和尺度的改變對爐內(nèi)氣固流動特性的影響120-148
• 6.1 引言120
• 6.2 常規(guī)循環(huán)流化床密相區(qū)氣固流型的研究120-137
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置120-121
• 6.2.2 ECT傳感器設(shè)計(jì)和圖像重建121-122
• 6.2.3 實(shí)驗(yàn)物料及工況安排122-123
• 6.2.4 流型識別123-128
• 6.2.5 氣固流動特性研究128-134
• 6.2.6 流型轉(zhuǎn)變速度影響因素的研究134-136
• 6.2.7 小結(jié)136-137
• 6.3 環(huán)形爐膛與常規(guī)流化床密相區(qū)氣固流動特性的比較137-140
• 6.3.1 顆粒分布特性137-138
• 6.3.2 壓力信號功率譜分布138-140
• 6.3.3 小結(jié)140
• 6.4 環(huán)形爐膛實(shí)驗(yàn)臺與實(shí)爐中氣固流動特性的比較140-146
• 6.4.1 顆粒濃度和速度軸向分布141-142
• 6.4.2 顆粒濃度和速度徑向分布142-144
• 6.4.4 爐膛出口顆粒流動特性144-145
• 6.4.5 小結(jié)145-146
• 6.5 本章小結(jié)146-148
• 第七章 結(jié)論與展望148-151
• 7.1 結(jié)論148-149
• 7.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)149-150
• 7.3 未來的工作展望150-151
• 參考文獻(xiàn)151-160
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文160-163
• 攻讀博士學(xué)位期間參與的科研課題163-164
• 致謝16

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 岳光溪;循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用(上)[J];節(jié)能與環(huán)保;2003年12期

2 岳光溪;循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用(下)[J];節(jié)能與環(huán)保;2004年01期

3 劉靜,王勤輝,駱仲泱,岑可法;600MWe超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)研究[J];動力工程;2003年01期

4 周強(qiáng),程樂鳴,駱仲泱,岑可法;方形臥式分離器兩相流場的數(shù)值模擬[J];動力工程;2004年04期

5 駱仲泱,何宏舟,王勤輝,岑可法;循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J];動力工程;2004年06期

6 呂俊復(fù);于龍;張彥軍;岳光溪;李振宇;吳玉新;;600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐[J];動力工程;2007年04期

7 李金晶;李燕;劉樹清;岳光溪;李政;;褲衩腿結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床鍋爐床料不平衡現(xiàn)象的數(shù)值模擬[J];動力工程;2008年01期

8 聶立;王鵬;彭雷;霍鎖善;姚本榮;;600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)[J];動力工程;2008年05期

9 程樂鳴;周星龍;鄭成航;王勤輝;方夢祥;施正倫;駱仲泱;岑可法;;大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展[J];動力工程;2008年06期

10 鄭成航;程樂鳴;周星龍;徐齊勝;王勤輝;方夢祥;駱仲泱;;300MW單爐膛循環(huán)流化床鍋爐二次風(fēng)射程的數(shù)值模擬[J];動力工程;2009年09期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 鞏李明;聶立;王鵬;蘇虎;楊雪芬;;東方鍋爐660MW~1000MW超臨界環(huán)形爐膛CFB鍋爐開發(fā)[A];中國循環(huán)流化床發(fā)電生產(chǎn)運(yùn)營管理(2013)[C];2013年

2 蘇虎;聶立;楊雪芬;鞏李明;黃敏;姚本榮;胡修奎;譚斌;;東方型350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)與設(shè)計(jì)[A];中國動力工程學(xué)會鍋爐專業(yè)委員會2011年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 周星龍;600MW循環(huán)流化床鍋爐爐膛氣固流動和受熱面?zhèn)鳠岬难芯縖D];浙江大學(xué);2012年

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本文編號：850553