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床压降对循环床锅炉燃烧特性影响的建模研究

作　者: 王晓炜
导　师: 马素霞
学　校: 太原理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 循环流化床锅炉床压降贫氧区燃烧特性建模
分类号: TK229.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

我国以燃煤为主的一次能源结构决定了必须解决大量燃煤引发的大气污染。循环流化床(CFB)燃烧技术被公认为商业化程度最好的洁净煤技术之一。然而循环流化床锅炉在实际运行中仍存在着一些影响其经济性和可靠性的问题:相同燃料下其燃烧效率低于煤粉炉、厂用电耗较煤粉炉高、炉内受热面磨损严重等,开发高效低能耗低磨损的循环流化床锅炉燃烧技术尤为重要。循环流化床锅炉在燃烧中心区存在一个锥形的贫氧区,使得炉内气固混合不充分,从而导致飞灰含碳量偏高、高温分离器内存在后燃现象等问题。而此贫氧区所占体积的大小与床存量有深刻的关系,成为制约流化床燃烧技术进一步发展的关键因素,床存量的多少一定程度上由床压降的大小来反应。床压降对循环流化床锅炉内气固两相流体的动力特性、燃烧特性和传热特性有重要的影响。床压降降低后,二次风口区域物料浓度降低,二次风穿透深度加大,炉膛上部气固混合效果得以改进,有利于提高锅炉燃烧效率;同时一次风机压头降低,风机电耗下降,降低了厂用电率;再者可以减轻炉膛密相区的磨损,提高CFB锅炉机组的可用率。然而床压降降低也存在着锅炉的循环物料量减小、颗粒在炉内的停留时间缩短等问题,这些因素又会降低循环床锅炉的热效率,另外床压降降低,炉内蓄热量减小,导致循环床锅炉的热惯性降低。本文通过机理建模,分析研究床压降对CFB锅炉燃烧特性的影响,以期寻找一最佳床压降,实现CFB锅炉的优化燃烧。以75t/h循环流化床锅炉为研究对象,通过机理分析,建立了一种静态的数学模型。模型在“三区环核”的基础上以二次风穿透深度为界进一步将核心区分为贫氧区和富氧区,分别建立了贫氧区和富氧区的气体组分质量平衡方程,得出了这两个区域的气体组分含量(特别是两个区域各自的氧浓度),在此基础上再得出贫氧区和富氧区各自的碳燃烧速率,两者相加即为核心区的碳燃烧速率;将床压降作为一个主动操作量引进模型,认为在给定粒度分布下炉内物料浓度是床压降和运行风速两个主导变量的函数,该函数由试验数据拟合得出。用VB语言对该模型进行数值求解,分析了床压降、运行风速对炉内温度、燃烧份额分布以及燃烧效率等炉内特性的影响。模型计算结果与山西电科院在大土河热电二厂150t/h CFB机组上所作的变床压降的试验数据进行了对比,两者有较好的吻合,为低床存量循环流化床锅炉的性能预测提供了一定的理论支持。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题背景  12-15
    1.1.1 我国的能源结构与环境保护  12-13
    1.1.2 循环流化床燃烧技术的工作原理  13-15
    1.1.3 循环流化床燃烧技术的发展  15
  1.2 循环流化床锅炉燃烧系统数值模拟的发展概况  15-19
    1.2.1 循环流化床数值模拟的任务和基本原理  15-16
    1.2.2 循环流化床燃烧系统整体模型的分类  16-17
    1.2.3 循环流化床燃烧系统整体模型的发展概况  17-19
    1.2.4 循环流化床数值模拟的功能  19
  1.3 课题研究的必要性及主要研究内容  19-22
    1.3.1 课题研究的必要性  19-20
    1.3.2 本课题主要研究内容  20-21
    1.3.3 本课题创新点  21-22
第二章循环流化床锅炉燃烧系统子模型的建立  22-42
  2.1 循环床锅炉流动子模型  22-30
    2.1.1 流动模型的分类  22-26
    2.1.2 浓度－风速模型  26-29
    2.1.3 二次风穿透深度模型  29-30
  2.2 循环床锅炉燃烧子模型  30-35
    2.2.1 挥发分的释放与燃烧模型  31
    2.2.2 焦炭燃烧子模型  31-33
    2.2.3 CO 燃烧子模型  33-34
    2.2.4 CO_2还原子模型  34-35
  2.3 循环床锅炉传热子模型  35-38
  2.4 SO2 的生成与还原  38-39
  2.5 旋风分离器模型  39-42
第三章循环床锅炉燃烧系统主导方程的建立  42-54
  3.1 物料平衡方程的建立  44-45
  3.2 碳量平衡方程的建立  45
  3.3 气体组分质量平衡方程的建立  45-48
  3.4 能量平衡方程的建立  48-52
  3.5 CaO 质量平衡方程的建立  52-54
第四章循环床锅炉燃烧模型的数值计算及结果分析  54-64
  4.1 循环床锅炉燃烧模型的数值计算  54-57
  4.2 循环床锅炉燃烧模型的计算结果及分析  57-64
第五章结论与展望  64-66
  5.1 完成的主要工作与结论  64-65
  5.2 课题展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读硕士期间发表的学术论文  71

床压降对循环床锅炉燃烧特性影响的建模研究

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