大型循环流化床锅炉并联外回路气固流动行为研究

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1、大型循环流化床锅炉并联外回路气固流动行为研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：热能工程系学科：动力工程及工程热物理研究生：莫鑫指导教师：岳光溪教授二○一六年十月Researchonthegas-solidbehaviorinparallelexternalloopsoflarge-scaleCFBboilerDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinPowerEngineeri

2、ngandEngineeringThermophysicsbyMoXinDissertationSupervisor:ProfessorYueGuangxiOctober,2016摘要摘要循环流化床锅炉的大型化能够弥补较低燃烧温度造成的锅炉热效率低的缺点，同时提升锅炉的经济性，是循环流化床燃烧技术发展的方向。大型循环流化床锅炉具有并联的多个外回路，既可以保证多个并联分离器在处理大烟气量时具有较高的分离效率，也能保证炉膛底部返料的均匀。并联外回路内的气固流动行为与单外回路存在很大差异。多个分离器具有并联布置的特点，这导致多个并联分离器内的气固流动行为属于多值性系统

3、，气固两相在并联分离器的分布往往不均匀。并联分离器内气固不均匀影响因素众多，既与锅炉的炉型有关、也与分离器的阻力特性相关。并联的多个外回路一般采用一台风机供多路外回路松动风，多个外回路的气固流动行为通过松动风相互干扰。加之，锅炉返料阀的横段阻力大，过大的颗粒循环流率易造成返料不畅，并联外回路的流动稳定性值得考虑。已有工程实践发现并联外回路的流动不稳定，造成返料流率的大幅度波动，不利于锅炉的安全高效运行。针对并联外回路出现的这两个问题，本文主要开展了以下工作：（1）实验研究了锅炉中并联分离器内气固流动不均匀行为。选取300MW和600MW锅炉作为研究对象，并联分离

4、器的尾部烟道分别具有M型和H型布置特点。揭示了两种炉型内并联分离器内气固流动不均匀特征。（2）理论分析了分离器的阻力特性对并联分离器内气固分布多重解域的影响，揭示了分离器阻力特性的影响机制，为限制颗粒流率在并联分离器内的不均匀分布提供指导。（3）实验研究了双外回路循环流化床外回路流动不稳定行为，揭示了并联外回路流动不稳定的机理。（4）提出了返料阀横段的阻力特性，并构建了考虑外回路返料能力的循环流化床锅炉物料平衡模型，分析了实际锅炉外回路流动不稳定的影响因素。此外，循环流化床的颗粒循环流率既是并联分离器内流动不均匀的边界条件，又是引起并联外回路流动不稳定的关键因素

5、。本文提出了一种适应于不同床高的循环流化床压力平衡模型，研究了床高对循环流率以及提升管内轴向颗粒浓度分布的影响。该部分内容为开展并联外回路流动行为研究的基础。关键词：循环流化床锅炉；并联外回路；气固两相流；不均匀分布；流动不稳定IAbstractAbstractThescalingupofCFBboilerwouldimprovethethermalefficiency,whichmaketheCFBboilermuchmorecompetitivecomparedwithPCboiler,andthescalingupofCFBboilerhasattract

6、edincreasingattention.Thelarge-scaleCFBboilerhasmultipleparallelexternalloops,whichcouldkeephighseparationefficiencywithhighfluegasfluxanduniformdistributionofsolidsconcentrationatthefurnacebottom.Thegas-solidflowintheparallelexternalloopsisquitedifferentfromthatinthesingleexternallo

7、op.Thegas-solidflowinthemultipleparallelcycloneshasthecharacterizationofmal-distribution,andthegas-soliddistributioninparallelcyclonesisalwaysnon-uniform.Thefactorsinfluencingthenon-uniformdistributionofgas-solidflowarecomplex,whichmainlyincludestheboilerstructuresandthecharacterizat

8、ionofcyclone