循环流化床气固流动关键部件冷模试验研究

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为缓解世界经济高速发展带来的能源和环境压力,一方面,循环流化床(CFB)燃烧技术以其煤种适应性广、低污染排放、负荷调节范围大等优点被广泛使用。另一方面,煤种的变化和CFB大型化的发展对CFB气固流动提出了更高的要求。CFB内气固流动结构首先要求布风装置区域有良好的流化,其次,分离器的性能必须适应CFB的发展,为炉膛上部流化状态、炉膛下部的物料平衡以及温度平衡起到调节作用等。因此,本文主要围绕布风装置的设计,对相关问题进行了试验研究和数值模拟;对排气管位置改变的旋风分离器性能进行了数值模拟研究。  布风装置的研究内容主要有:  ①针对布风板的风帽排列设计,在冷模试验台上对小孔空气射流在密相实料层内射流特性进行研究。包括射流速度衰减特性;小孔孔径、射流初速、床料物性、床料高度等对小孔空气射流的影响等。  ②对钟罩式风帽阻力特性进行数值模拟研究。  ③探讨布风板的设计思路。  分离器数值模拟的主要内容:  对排气管中置和偏置式旋风分离器内气相流场和颗粒运动轨迹进行数值模拟,分析排气管位置对分离性能的影响。  布风装置研究得到的主要结论有:  ①小孔空气射流在密相实料层内的射流试验表明,小孔射流射程随射流初速、小孔直径增大而增大,随初始床料高度、床料粒径增大而减小。  ②根据不同粒径分布床料内射流特性提出了CFB炉膛和外置床内风帽设计的差异:炉膛内风帽出口应选择大孔径(≥10mm),外置床内风帽出口可适当减小孔径。  ③得到了CFB炉膛和外置床内风帽出口空气射流的关联式,关联式与测量值比较吻合,可用于布风板风帽排列的设计计算中。  ④钟罩式风帽阻力特性数值模拟结果表明,在风帽结构、内部流通尺寸一定时,当风帽开孔总面积不变,风帽的开孔方式不是影响风帽阻力系数的重要因素。  ⑤得到在一定风帽结构下,当内部流通尺寸一定时,一定适用范围内的风帽阻力系数与进出口面积比的拟合关系。  ⑥结合试验和数值模拟,提出了布风板的设计思路。  分离器数值模拟主要结论有:  ①RSM模型适用于分离器内气固流场的模拟预测,其结果与试验结果吻合较好;  ②排气管偏置180°,相对偏心距为0.127时的分离效率更高,更有利于小粒径颗粒的分离捕集;  ③排气管偏置式分离器内排气管偏置方向的切向速度有所提高,颗粒离心运动更为强烈,有利于分离效率的提高,且压降变化与中置式相差不大,提高了分离器经济性;  ④排气管偏置式分离器内排气管下部短路流较小,也有利于分离性能的提高。
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