循環(huán)流化床綜述

1、中北大學(xué)朔州校區(qū)課程論文關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐相關(guān)問(wèn)題研究文獻(xiàn)的綜述學(xué)生姓名班 級(jí)學(xué) 號(hào)專 業(yè)二零一四年一月關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐相關(guān)問(wèn)題研究文獻(xiàn)的綜述摘要本文綜述了國(guó)內(nèi)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的流動(dòng)特性圖像分析、飛灰的循環(huán)使用、烘爐油槍的 設(shè)計(jì)、鍋爐受熱面防磨裝置、硫化床鍋爐床下點(diǎn)火裝置及鍋爐PIV系統(tǒng)的應(yīng)用等研究問(wèn)題 與結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)。最后對(duì)循環(huán)流化床的主要優(yōu)點(diǎn)做了闡述并對(duì)循環(huán)流化床的產(chǎn)生基 于作以說(shuō)明。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；流動(dòng)特性；飛灰；防磨裝置；點(diǎn)火裝置；PIV系統(tǒng)。AbstractThis paper will review the research problems and the resu

2、lts about flow characteristics of circulating fluidized bed boiler image analysis, recycling of fly ash, the design of the oven oil gun, boiler heating surface grinding device under the bed, fluidized bed boiler ignition device, and the application of boiler PIV system, which were analyzed and summa

3、rized. Finally, the author made an exposition of the major advantages of the circulating fluidized bed and circulating fluidized bed based on to illustrate.Key words: Circulating fluidized bed ； flow characteristics ； fly ash； wear device； ignition； The PIV system.、引言隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，燃煤發(fā)電向著高效率、低污染的方向發(fā)展，以滿足

4、人類社會(huì)對(duì)能 源和環(huán)境的要求。循環(huán)硫化床鍋爐不僅可以成功燃用常規(guī)燃燒方式難以燃用的劣質(zhì)燃料，而 且能夠大大降低機(jī)械不完全燃燒損失，顯著提高熱效率。此外，循環(huán)過(guò)程延長(zhǎng)了與煙氣中二 氧化硫的接觸時(shí)間，鈣硫比顯著降低，提高了脫硫效率和脫硫劑利用率H】。目前，很多發(fā) 達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家都在致力于循環(huán)流化床電鍋爐流動(dòng)特性的研究。許多有關(guān)的高等院校及 科研機(jī)構(gòu)一直在開(kāi)展對(duì)循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展技術(shù)相關(guān)研究的工作。例如對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的 顆粒聚集行為、顆粒速度法分布、床層空隙率分布、氣體速度分布、氣固兩相流特性都作出 了相應(yīng)的研究【2】。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)循環(huán)流化床的分析研究理論更趨于完善。 因此本文

5、針對(duì)近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)循環(huán)流化床進(jìn)一步的相關(guān)研究做出了相應(yīng)的總結(jié)，同時(shí)還分析 了文獻(xiàn)的一些內(nèi)容。二、總結(jié)與分析研究成果1、采用CCD、MATLAB軟件技術(shù)對(duì)流動(dòng)特性的分析研究。很多學(xué)者通過(guò)自行搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用CCD攝像頭采集原始圖像，采用MATLAB對(duì) 原始圖像進(jìn)行處理。通過(guò)這些處理使圖像增強(qiáng)，容易識(shí)別。然后將RGB的圖像轉(zhuǎn)化為二進(jìn) 制圖像并對(duì)其進(jìn)行一些計(jì)算。他們依據(jù)處理過(guò)后的圖像對(duì)流化床的鼓泡態(tài)、湍流態(tài)、快速態(tài) 三種流態(tài)特征以及貼壁流做有關(guān)圖像分析，并總結(jié)規(guī)律。同時(shí)從圖像角度分析了氣體的行為 特征，如形狀和尺寸，上升速度，局部擴(kuò)散系數(shù)，氣泡邊界曲線的分形特征。根據(jù)檢索文獻(xiàn) 研究【3, 4】所得

6、到的結(jié)論是：（1）在鼓泡態(tài)時(shí)中心區(qū)空隙率較大，越往兩邊，空隙率越小，這與平均灰度的分布一致這也是。 于中心區(qū)氣泡形成的幾率較大，而邊壁有顆粒下降流存在。另外隨著高度的增加，空隙率也 會(huì)增加，這是因?yàn)楣呐輵B(tài)存在明顯的下部密相區(qū)和上部稀相區(qū)。（2）湍流床流化圖像灰度隨橫向位置和高度變化規(guī)律與鼓泡態(tài)相似。局部空隙率隨橫向位 置和高度的分布情況也同鼓泡態(tài)相似，中心區(qū)空隙率較大，兩側(cè)空隙率較小。隨著高度的增 加，空隙率也在增加。有一點(diǎn)不同的是空隙率在橫向上的變化趨緩，這個(gè)現(xiàn)象在床頂部尤為 明顯。（3）快速流化床時(shí)邊壁聚集的顆粒會(huì)減少，空隙率反而會(huì)上升。中心區(qū)由于有大量的上行 氣流，所以空隙率會(huì)加大，且隨

7、著高度的增加，顆粒相在減少，空隙率又會(huì)提高。（4）隨著流量的增加。圖形向灰度大的方向遷移，也就是說(shuō)亮度在加大，這是因?yàn)闅馀菹?比例在擴(kuò)大，顆粒在減小。隨著流量的增大局部空隙率也在逐漸增大，局部擴(kuò)散系數(shù)在減小。2、一種新型的回收飛灰循環(huán)使用的流化床鍋爐。在循環(huán)硫化鍋爐燃燒中，燃燒產(chǎn)生的飛灰一直是潛在的不可忽略的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)飛灰 性及整體鍋爐的研究再研究，有學(xué)者提出在爐膛內(nèi)的上部空間設(shè)置一個(gè)螺旋板式高溫直流分 離器【5】。由這種分離器組成的循環(huán)床鍋爐不僅保持高燃燒效率和高脫硫劑利用率，而且 引風(fēng)阻力低，占地和高度均小于同容量的鼓泡床鍋爐。3、一種循環(huán)流化床烘爐油槍【6】在對(duì)循環(huán)流化床的研究中，其烘

8、爐油槍一直是深入研究的課題之一，制造設(shè)計(jì)較好的烘 爐油槍具有可以達(dá)到烘爐(干)所需的溫度、控制方便、高效、節(jié)能、可反復(fù)使用、制造費(fèi)用 低的優(yōu)點(diǎn)。在文獻(xiàn)【6】中，所提及的循環(huán)流化床烘爐油槍，混合管軸心有盲孔，盲孔左端 為擴(kuò)散室，右端為混合室，射流噴嘴從混合管的右端壁軸心密封伸入混合室，供油管也從混 合管的右端壁密封伸入混合室；混合管外同軸心固定左端開(kāi)口右端封死的旋流管，旋流管內(nèi) 孔壁與混合管的外圓柱面之間形成旋流二次風(fēng)道，在出口處的混合管與旋流管之間固定多個(gè) 相向傾斜的擋板，旋流二次風(fēng)管的一端從旋流管的右端壁密封伸入旋流二次風(fēng)道，另一端與 壓縮空氣相通；旋流管外同軸心固定左端開(kāi)口右端封死的直流管

9、，二者之間形成直流二次風(fēng) 道，直流二次風(fēng)管的一端從直流管的右端壁密封伸入直流二次風(fēng)道，另一端與壓縮空氣相通。4、循環(huán)流化床鍋爐受熱面防磨裝置一種能延長(zhǎng)循環(huán)硫化床鍋爐的運(yùn)行周期，增加循環(huán)循環(huán)硫化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間的循 環(huán)硫化床鍋爐受熱面防磨裝置【7】。其中包括鍋爐膛、鍋爐膛尾部煙道，鍋爐膛和鍋爐膛尾 部煙道的表面固定安裝有抓釘，抓釘之間澆注有可塑料。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：本實(shí)用新 型是在爐膛四角和尾部煙道包墻管的鰭片上焊抓釘，澆注耐火耐磨可塑料，采用可塑料是因 為其成型較好且凝固期較短，無(wú)需烘爐。實(shí)踐表明，通過(guò)采取以上防磨措施后，本實(shí)用新 型的運(yùn)行周期可有效延長(zhǎng)，減少了因鍋爐磨損引起的停爐檢修次數(shù)

10、，增加循環(huán)硫化床鍋爐穩(wěn) 定運(yùn)行時(shí)間，運(yùn)行效果好。5、循環(huán)流化床鍋爐床下點(diǎn)火裝置循環(huán)硫化床鍋爐床下點(diǎn)火裝置一直要求是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、維修方便投資小等 等。在對(duì)其設(shè)計(jì)研究中，由煙臺(tái)雙強(qiáng)燃燒控制工程有限公司設(shè)計(jì)的一種循環(huán)流化床床下點(diǎn)火 裝置，包括點(diǎn)火槍、點(diǎn)火燃料噴嘴、火檢探針、點(diǎn)火風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、點(diǎn)火風(fēng)室、點(diǎn)火燃燒室、主 燃料噴嘴、第一、二穩(wěn)燃器、高溫?zé)煔馐?、助燃摻混風(fēng)進(jìn)風(fēng)口及高溫?zé)煔怙L(fēng)室，助燃摻混風(fēng) 進(jìn)風(fēng)口焊接于高溫?zé)煔怙L(fēng)室側(cè)壁，點(diǎn)火風(fēng)室與高溫?zé)煔馐液附樱诙€(wěn)燃器焊接于點(diǎn)火風(fēng)室 與高溫?zé)煔馐抑g，點(diǎn)火風(fēng)室側(cè)壁上焊接有點(diǎn)火風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，第一穩(wěn)燃器與點(diǎn)火燃燒室首尾焊 接設(shè)于點(diǎn)火風(fēng)室內(nèi)，點(diǎn)火燃燒室頭部設(shè)有

11、點(diǎn)火槍及火檢探針，第一穩(wěn)燃器頭部設(shè)有點(diǎn)火燃料 噴嘴，高溫?zé)煔馐覀?cè)壁設(shè)有若干個(gè)主燃料噴嘴，主燃料噴嘴頭部穿過(guò)高溫?zé)煔怙L(fēng)室的頭部， 高溫?zé)煔馐业谋谏祥_(kāi)設(shè)有若干個(gè)進(jìn)氣孔【8】。此裝置整體實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火裝置的基本要求。6、循環(huán)流化床鍋爐PIV系統(tǒng)的應(yīng)用近年來(lái)大部分學(xué)者將研究的方法轉(zhuǎn)向了 PIV這種高的技術(shù)上來(lái)。他們主要是基于PIV理 論自行構(gòu)建適合于循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)測(cè)試的PIV系統(tǒng)，其中浙江大學(xué)做得較好。 雖然目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用PIV技術(shù)測(cè)量研究循環(huán)流化床床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)特性還處于剛起步階 段，但是這些研究工作對(duì)今后將PIV技術(shù)應(yīng)用到冷態(tài)和熱態(tài)循環(huán)流化床氣固流動(dòng)特性研究 中具有很大的指導(dǎo)作用。PIV是

12、一種瞬態(tài)流動(dòng)平面二維速度場(chǎng)測(cè)試技術(shù)；其基本原理是選擇合適的示蹤粒子播撒 于流場(chǎng)中；然后用激光片光源把被測(cè)流場(chǎng)照明；通過(guò)圖像采集系統(tǒng)獲得圖像。其主要4大部 分組成：粒子選擇添加系統(tǒng)、流場(chǎng)照明系統(tǒng)、圖像采集控制系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)4】。他們 通過(guò)這種技術(shù)獲得了一些清晰的微團(tuán)圖片，并經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析得出了如下結(jié)論【9】：（1）循環(huán)流化床過(guò)渡區(qū)和稀相區(qū)顆粒團(tuán)的存在及特性不盡相同。較低的物料循環(huán)流率 下過(guò)渡區(qū)就出現(xiàn)較多的顆粒團(tuán)，其形成和破碎頻率較高，而稀相區(qū)顆粒成團(tuán)只有當(dāng)顆粒粒徑 足夠小，床內(nèi)顆粒的質(zhì)量濃度達(dá)到一定時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)。（2）床內(nèi)存在的顆粒團(tuán)依據(jù)結(jié)構(gòu)形態(tài)分成拋物體狀U形顆粒團(tuán)，松散型顆粒團(tuán),致密型 顆

13、粒團(tuán)，貼壁帶狀顆粒團(tuán)以及小顆粒團(tuán)等幾類。（3）顆粒團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度在一定范圍內(nèi)快速變化其軸向速度一般遠(yuǎn)大于徑向速度。（4）上升顆粒團(tuán)的破碎一般是由于氣流的沖刷引起，而下落顆粒團(tuán)的破碎原因有兩種 可能，一種是被氣流吹散；一種是沿著壁面流動(dòng)或與邊壁環(huán)形濃相區(qū)顆粒團(tuán)疊加，逐漸被氣 流沖刷削薄，形成濃相區(qū)邊壁流動(dòng)?？偨Y(jié)通過(guò)進(jìn)一步對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)研究，循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用前景將會(huì)變得非常寬 闊。循環(huán)硫化床目前主要的主要優(yōu)點(diǎn)如下【10】：（1）燃料適應(yīng)性廣。這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量 計(jì)，燃料僅占床料的13%，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。在加熱過(guò)程 中，所吸

14、收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對(duì)床層溫度影響很小。燃燒效率高。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在9599% 范圍內(nèi)。高效脫硫，氮氧化物(NOX)排放低。燃燒強(qiáng)度高，爐膛截面積小。其截面熱負(fù)荷約為3.54.5MW/m2，接近或高于煤粉 爐。同樣熱負(fù)荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大23倍。負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán) 量，不必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術(shù)。燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單。循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于13mm，因此與煤粉鍋爐相 比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。給煤點(diǎn)少。循環(huán)流化床鍋爐的爐膛

15、截面積小，同時(shí)良好的混合和燃燒區(qū)域的擴(kuò)展使所 需的給煤點(diǎn)數(shù)大大減少。既有利于燃燒，也簡(jiǎn)化了給煤系統(tǒng)。保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源是各個(gè)國(guó)家長(zhǎng)期發(fā)展首要考慮的問(wèn)題，總的來(lái)說(shuō)循環(huán)流化床鍋爐正 是基于這一點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)，其高可靠性，高穩(wěn)定性，高可利用率，最佳的環(huán)保特性以及廣泛 的燃料適應(yīng)性，特別是對(duì)劣質(zhì)燃料的適應(yīng)性，越來(lái)越受到廣泛關(guān)注，完全適合我國(guó)國(guó)情及發(fā) 展優(yōu)勢(shì)。參考文獻(xiàn)汪軍，馬其良，張振東.工程燃燒學(xué).中國(guó)電力出版社.2008年7月.陳永國(guó)，田子平，鐘志強(qiáng)等.基于圖像處理技術(shù)的循環(huán)流化床流體動(dòng)力特 性的研究.上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院.2003年4月田子平，鐘志強(qiáng)，陳永國(guó)等.循環(huán)流化床中氣固兩相流動(dòng)特性的可視化 研究.上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院.2003年3月：120-124陳俊，田子平，趙剛，李茂雨.流化床流體動(dòng)力特性的圖像處理方法研 究.上海交通大學(xué).2002年2月楊建華.【專利分類號(hào)】：F23C010