發(fā)布時間：2017-10-10 14:07

  本文關鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損機理與防止研究

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【摘要】：循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損問題是循環(huán)流化床鍋爐運行過程中的主要問題之一,嚴重影響了鍋爐的安全性、穩(wěn)定性和綜合效益,而在水冷壁上加裝防磨梁是一種有效的防磨技術；隨著循環(huán)流化床鍋爐向超/超超臨界方向發(fā)展,爐內需要更大的懸吊屏受熱面面積,而加密加長傳統單片懸吊屏已不能滿足要求。本文主要針對循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁前后水冷壁面氣固流動特性和磨損特性開展實驗室試驗和數值模型計算研究；還進行了兩種新型懸吊屏周邊氣固流動特性實驗研究。本文工作主要包括：①防磨梁周圍水冷壁區(qū)域氣固流動特性實驗、數值計算研究；②循環(huán)流化床兩種新型懸吊屏周邊氣固流動特性實驗研究；③防磨梁周圍水冷壁磨損分布特性實驗研究；④建立了一種基于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁面氣固流動特性的水冷壁磨損模型,可對水冷壁磨損機理進行分析；⑤330MW和600MW循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁前后爐內氣固流動特性數值計算研究；⑥采用建立的水冷壁磨損模型對330MW和600MW循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁前后水冷壁的磨損分布特性進行了數值模型計算研究。實驗研究結果表明,防磨梁在一定程度上破壞了貼壁顆粒下降流,降低了貼壁顆粒下降流速度,防磨梁下方出現了貼壁顆粒上升流；顆粒在防磨梁上表面動態(tài)堆積,而在防磨梁下方,軸向往下,水冷壁面顆粒體積分數由極小逐漸增大。防磨梁降低了其下方一段距離內水冷壁的磨損速率,尤其是緊靠防磨梁下沿的水冷壁,幾乎沒有磨損產生,但防磨梁顯著增加了其上沿局部水冷壁的磨損速率；防磨梁上表面結構對防磨梁周圍水冷壁磨損的影響并不大。從防磨梁周圍水冷壁磨損總體最小的角度出發(fā),對于特定厚度的貼壁顆粒下降流,防磨梁寬度存在一個最佳值,并不是越大越好,而防磨梁高度越小越好�！癠”形屏和“口”形屏內上部區(qū)域顆粒體積分數徑向近似呈直線分布,中下部區(qū)域顆粒體積分數徑向呈“U”形分布；屏內顆粒軸向速度徑向均呈倒“U”形分布,屏內中心區(qū)域顆粒以較大的速度向上運動,壁面顆粒上升流和下降流并存；屏內部分區(qū)域顆粒流動呈環(huán)核結構；循環(huán)流化床鍋爐“U”形屏和“口”形屏寬度的選取均有一個優(yōu)化范圍。在實爐氣固流場數值計算研究方面,本文得到了330MW和600MW循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁前、后爐內尤其是水冷壁面區(qū)域氣固流動特性的三維分布。水冷壁面貼壁顆粒下降流被防磨梁破壞,總體下降速度降低,平均約為2m/s,防磨梁上沿顆粒動態(tài)堆積區(qū)固含率最大可達0.3～0.4。在實爐水冷壁磨損數值模型計算研究方面,本文基于實爐水冷壁面氣固流場數值計算結果,采用建立的水冷壁磨損模型,計算得到了330MW和600MW循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁前、后水冷壁各磨損速率參數的三維分布；發(fā)現了防磨梁對其周圍不同區(qū)域水冷壁磨損影響的不同機理,總體上,加裝防磨梁后水冷壁的主要磨損方式由顆粒團摩擦磨損變?yōu)轭w粒分散相撞擊磨損。本文水冷壁磨損速率模型計算值與現場測得水冷壁磨損速率相吻合。最終,本文給循環(huán)流化床鍋爐防磨梁的設計布置提出了建議。
【關鍵詞】：循環(huán)流化床鍋爐 水冷壁 懸吊屏 防磨梁 氣固流動 磨損 磨損模型 數值計算
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK229.66
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-19
• 主要符號表19-21
• 1 緒論21-41
• 1.1 我國能源利用現狀及趨勢21-24
• 1.2 循環(huán)流化床鍋爐技術特點及發(fā)展24-33
• 1.2.1 循環(huán)流化床鍋爐技術特點24
• 1.2.2 循環(huán)流化床鍋爐技術的發(fā)展24-33
• 1.3 循環(huán)流化床鍋爐技術存在的問題33-34
• 1.4 循環(huán)流化床鍋爐水冷壁防磨梁技術34-37
• 1.5 本文研究內容37-41
• 2 大型循環(huán)流化床鍋爐爐膛氣固流動和水冷壁磨損研究綜述41-77
• 2.1 循環(huán)流化床鍋爐氣固流動數值計算研究現狀41-52
• 2.1.1 循環(huán)流化床鍋爐氣固流動數值計算方法42-44
• 2.1.2 循環(huán)流化床鍋爐氣固流動數值計算雙流體模型44-52
• 2.2 循環(huán)流化床鍋爐爐膛氣固流動研究現狀52-58
• 2.2.1 循環(huán)流化床鍋爐爐膛氣固流動分布特性52-55
• 2.2.2 水冷壁區(qū)域氣固流動特性55-57
• 2.2.3 懸吊屏區(qū)域氣固流動特性57-58
• 2.3 循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損特性58-63
• 2.3.1 水冷壁磨損機理及影響因素59-60
• 2.3.2 水冷壁磨損及防磨梁技術研究現狀60-63
• 2.4 磨損實驗方法和磨損模型綜述63-74
• 2.4.1 磨損實驗方法綜述63-65
• 2.4.2 磨損模型綜述65-74
• 2.5 本文研究思路和方法74-75
• 2.6 本章小結75-77
• 3 循環(huán)流化床鍋爐防磨梁對水冷壁區(qū)域氣固流動影響研究77-99
• 3.1 研究目的和內容77
• 3.2 二維冷態(tài)試驗臺系統及測量方法77-85
• 3.2.1 二維冷態(tài)試驗臺及系統組成77-81
• 3.2.2 試驗工況參數和床料特性81-82
• 3.2.3 試驗測試方法82-85
• 3.3 數值模擬方法85-88
• 3.4 計算結果與討論88-98
• 3.4.1 網格獨立性88-89
• 3.4.2 防磨梁對水冷壁區(qū)域顆粒軸向速度的影響89-94
• 3.4.3 防磨梁對水冷壁區(qū)域顆粒體積分數的影響94-98
• 3.5 本章小結98-99
• 4 循環(huán)流化床鍋爐新型懸吊屏周邊氣固流動特性試驗研究99-121
• 4.1 研究目的和內容99-100
• 4.2 實驗系統及方法100-103
• 4.2.1 “U”形屏實驗系統及方法101-102
• 4.2.2 “□”形屏實驗系統及方法102-103
• 4.3 實驗結果分析(“U”形屏)103-111
• 4.3.1 “U”形屏周邊顆粒流動特性103-106
• 4.3.2 空截面氣速對“U”形屏周邊顆粒流動特性的影響106-108
• 4.3.3 靜止床料高度對“U”形屏周邊顆粒流動特性的影響108-109
• 4.3.4 “U”形屏寬度對其周邊顆粒流動特性的影響109-111
• 4.4 實驗結果分析(“□”形屏)111-118
• 4.4.1 “□”形屏周邊顆粒流動特性111-113
• 4.4.2 空截面氣速對“□”形屏周邊顆粒流動特性的影響113-114
• 4.4.3 靜止床料高度對“□”形屏周邊顆粒流動特性的影響114-115
• 4.4.4 “□”形屏屏寬對屏內顆粒流動特性的影響115-116
• 4.4.5 “□”形屏出口尺寸對屏內顆粒流動特性的影響116-118
• 4.5 本章小結118-121
• 5 防磨梁對水冷壁磨損影響試驗研究121-135
• 5.1 研究目的和內容121
• 5.2 實驗裝置及方法121-125
• 5.2.1 鍍膜式磨損傳感器系統的設計及制作121-123
• 5.2.2 鍍膜式磨損傳感器的安裝及測量位置123
• 5.2.3 實驗工況參數123-125
• 5.3 實驗結果與分析125-133
• 5.3.1 無防磨梁時水冷壁磨損速率軸向分布125-127
• 5.3.2 有防磨梁時水冷壁磨損速率軸向分布127-131
• 5.3.3 不同結構防磨梁上沿水冷壁磨損分析131-133
• 5.4 本章小結133-135
• 6 循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損模型135-145
• 6.1 研究目的和技術路線135
• 6.2 水冷壁磨損模型的流場基礎135-137
• 6.3 水冷壁磨損模型表達式推導137-142
• 6.4 水冷壁磨損模型計算參數142-144
• 6.5 本章小結144-145
• 7 大型循環(huán)流化床鍋爐水冷壁加裝防磨梁后爐內氣固流動數值研究145-177
• 7.1 研究目的和內容145
• 7.2 330MW循環(huán)流化床鍋爐原型介紹145-146
• 7.3 330MW循環(huán)流化床鍋爐計算模型和方法146-151
• 7.3.1 幾何模型146-148
• 7.3.2 網格模型148-149
• 7.3.3 計算模型及參數設置149-150
• 7.3.4 數值計算結果處理方法150-151
• 7.4 330MW循環(huán)流化床鍋爐計算工況和平臺151-152
• 7.4.1 計算工況151-152
• 7.4.2 計算平臺152
• 7.5 330MW循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁后爐內氣固流動計算結果及分析152-170
• 7.5.1 爐膛整體顆粒流動特性152-154
• 7.5.2 運行參數對爐內顆粒濃度軸向分布的影響154-156
• 7.5.3 運行參數對爐內環(huán)核流動結構的影響156-158
• 7.5.4 水冷壁面顆粒流動特性及其受運行參數影響情況158-163
• 7.5.5 懸吊屏壁面顆粒流動特性及其受運行參數影響情況163-168
• 7.5.6 現場工況下爐內氣固流動特性分析168-170
• 7.6 600MW循環(huán)流化床鍋爐防磨梁對水冷壁面顆粒流動特性影響170-173
• 7.6.1 計算模型和方法170-172
• 7.6.2 計算結果及分析172-173
• 7.7 本章小結173-177
• 8 大型循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁后水冷壁磨損數值研究177-199
• 8.1 研究目的和內容177
• 8.2 330MW循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁后水冷壁磨損分布特性177-189
• 8.2.1 典型工況下水冷壁磨損速率分布特性177-181
• 8.2.2 空截面氣速對水冷壁磨損速率分布特性的影響181-183
• 8.2.3 二次風率對水冷壁磨損速率分布特性的影響183-185
• 8.2.4 靜止床高對水冷壁磨損速率分布特性的影響185-187
• 8.2.5 顆粒粒徑對水冷壁磨損速率分布特性的影響187-188
• 8.2.6 現場工況水冷壁磨損速率分布特性188-189
• 8.3 600MW循環(huán)流化床鍋爐加裝防磨梁前、后水冷壁磨損分布特性189-193
• 8.4 對大型循環(huán)流化床鍋爐防磨梁布置的建議193-196
• 8.5 本章小結196-199
• 9 330MW實爐水冷壁磨損速率計算值與現場測量值對比199-205
• 9.1 研究目的和內容199
• 9.2 實爐及其水冷壁磨損與防磨措施介紹199-201
• 9.3 現場測量方法和測點布置201-202
• 9.4 實爐水冷壁磨損速率計算值與現場測量值對比202-203
• 9.5 本章小結203-205
• 10 全文總結與研究展望205-211
• 10.1 全文總結205-208
• 10.2 主要創(chuàng)新點208-209
• 10.3 不足之處和研究展望209-211
• 參考文獻211-223
• 附錄1223-227
• 作者攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文227-229
• 作者攻讀博士學位期間參加的科研項目229-230
• 致謝230

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