本文關(guān)鍵詞：CFB富氧燃燒下飛灰沉積的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 循環(huán)流化床 富氧燃燒 飛灰沉積 SO_2脫除 沉積模型

【摘要】：循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)是目前公認(rèn)的最具應(yīng)用前景的CO_2的減排技術(shù)之一。該技術(shù)結(jié)合了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)與富氧燃燒技術(shù)雙方的諸多優(yōu)點(diǎn),達(dá)到“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”的效果,在其商業(yè)化的進(jìn)程中更具競(jìng)爭(zhēng)力。但在將這種技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于電站鍋爐前,很有必要對(duì)一些潛在的問(wèn)題開(kāi)展基礎(chǔ)性研究。本課題主要針對(duì)循環(huán)流化床富氧燃燒條件下鍋爐尾部受熱面上的飛灰沉積問(wèn)題進(jìn)行了試驗(yàn)和模擬研究。首先,本文選取晉城無(wú)煙煤和朔州煙煤兩種典型的煤種,在一個(gè)小型流化床試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展了燃燒和沉積試驗(yàn)。比較了空氣、21%O_2/79%CO_2和30%O_2/70%CO_2三種燃燒氣氛下飛灰的沉積特性。研究結(jié)果表明:流化床富氧燃燒方式對(duì)飛灰的沉積特性有明顯的影響;30%O_2富氧燃燒條件下,PM10的濃度明顯高于空氣燃燒條件下,尤其在0.3微米以下,這種差異性更加明顯,并且具有略大的粒徑分布。分析認(rèn)為,流化床富氧燃燒對(duì)飛灰形成的影響可能是導(dǎo)致飛灰沉積加劇的原因之一。其次,基于流化床燃燒試驗(yàn)臺(tái),重點(diǎn)研究了晉城無(wú)煙煤在空氣和30%O_2富氧燃燒條件下,在沉積灰形成的初始階段內(nèi),添加石灰石脫硫?qū)︼w灰的沉積特性的影響。考察了鈣硫摩爾比,探針表面溫度和燃燒氣氛等因素對(duì)飛灰沉積特性的影響。研究結(jié)果表明:添加石灰石脫硫?qū)︼w灰的沉積特性有明顯影響;飛灰的沉積傾向與沉積灰中堿金屬含量呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系,并與探針的表面溫度和煙氣溫度之間的差值呈明顯的線性關(guān)系。在前面研究的基礎(chǔ)上,本文比較了兩種煤種在流化床空氣燃燒和富氧燃燒條件下的SO_2釋放和脫除特性。研究結(jié)果表明:氧濃度(21-50%)對(duì)SO_2釋放有顯著影響,而床溫(840-920℃)對(duì)其無(wú)顯著影響;對(duì)于晉城無(wú)煙煤,空氣和30%O_2富氧燃燒氣氛下的最佳脫硫溫度均為880-900℃,而對(duì)朔州煙煤,兩種燃燒氣氛下的最佳脫硫溫度均為860℃;石灰石的利用率與燃燒方式和煤種有關(guān)。為了進(jìn)一步理解飛灰的沉積機(jī)理,本文建立了一套完整的熱態(tài)飛灰沉積試驗(yàn)和測(cè)量系統(tǒng),研究了飛灰的沉積過(guò)程,考察了探針表面溫度、煙氣流速和探針尺寸等因素對(duì)飛灰沉積的影響。初步考察了沉積灰的碳酸化現(xiàn)象,并設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)便的方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了沉積灰的有效熱導(dǎo)率。研究結(jié)果表明:飛灰的沉積過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程;在400-770℃范圍內(nèi),沉積灰溫度對(duì)沉積灰的有效熱導(dǎo)率無(wú)明顯影響;煙氣流速、探針表面溫度、探針尺寸對(duì)飛灰沉積過(guò)程影響明顯;在模擬富氧燃燒氣氛下,Ca O顆粒所形成的沉積物的碳酸化反應(yīng)現(xiàn)象明顯,這表明在富氧條件下,有必要考慮碳酸化反應(yīng)對(duì)沉積量的貢獻(xiàn);在模擬富氧燃燒煙氣氣氛下,沉積灰的有效熱導(dǎo)率要高出模擬空氣燃燒煙氣氣氛條件下約0.02W/m/K。最后,采用Fluent14.5商業(yè)軟件,以熱態(tài)飛灰沉積試驗(yàn)臺(tái)為模擬對(duì)象,采用基于法向彈性力、重力和范德華力之間關(guān)系的沉積模型,考察了Fluent的參數(shù)設(shè)置,以及探針表面溫度、煙氣流速和煙氣氣氛等因素對(duì)飛灰沉積過(guò)程的影響,并與飛灰沉積試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。模擬研究結(jié)果表明:湍流擴(kuò)散對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌道有顯著影響,而顆粒的軌道數(shù)對(duì)顆粒軌跡沒(méi)有明顯影響;沉積顆粒的分布呈現(xiàn)探針中心處低而兩側(cè)高的“雙峰”形;探針表面溫度和煙氣成分對(duì)顆粒的沉積沒(méi)有明顯影響,而提高煙氣流速會(huì)明顯降低顆粒的沉積。從總體情況來(lái)看,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有一定差距,沉積模型有待進(jìn)一步改進(jìn)。
【關(guān)鍵詞】：循環(huán)流化床 富氧燃燒 飛灰沉積 SO_2脫除 沉積模型
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X701;TK16
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-17
• 常用符號(hào)表17-18
• 第1章 緒論18-30
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義18-21
• 1.2 循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3 富氧燃燒對(duì)飛灰沉積及SO_2釋放的影響的研究現(xiàn)狀23-26
• 1.3.1 富氧燃燒對(duì)飛灰形成的影響23-24
• 1.3.2 富氧燃燒對(duì)沉積灰形成的影響24-25
• 1.3.3 富氧燃燒對(duì)SO_2釋放的影響25-26
• 1.4 飛灰沉積的數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀26-28
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容28-30
• 第2章 流化床富氧燃燒非脫硫工況下飛灰的沉積特性試驗(yàn)研究30-50
• 2.1 引言30
• 2.2 流化床燃燒試驗(yàn)臺(tái)30-33
• 2.3 測(cè)量方法和儀器33-38
• 2.3.1 飛灰的采集33-36
• 2.3.2 沉積灰的采集36-37
• 2.3.3 煙氣成分的測(cè)量37-38
• 2.3.4 灰樣的測(cè)試和分析38
• 2.4 試驗(yàn)樣品和試驗(yàn)條件38-42
• 2.4.1 試驗(yàn)樣品38-39
• 2.4.2 試驗(yàn)工況39-41
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟41-42
• 2.4.4 數(shù)據(jù)處理42
• 2.5 沉積灰的特性42-46
• 2.5.1 沉積傾向42-43
• 2.5.2 沉積灰的形貌43-45
• 2.5.3 沉積灰的化學(xué)組分45-46
• 2.6 飛灰的特性46-49
• 2.6.1 PM10的釋放46-47
• 2.6.2 飛灰的化學(xué)組分47-48
• 2.6.3 飛灰的粒徑分布48-49
• 2.6.4 灰樣的含碳量分析49
• 2.7 本章小結(jié)49-50
• 第3章 流化床富氧燃燒脫硫工況下飛灰的沉積特性試驗(yàn)研究50-61
• 3.1 前言50
• 3.2 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法50-52
• 3.2.1 試驗(yàn)設(shè)備50
• 3.2.2 試驗(yàn)樣品50-51
• 3.2.3 試驗(yàn)操作條件51
• 3.2.4 數(shù)據(jù)的處理和分析51-52
• 3.3 鈣硫比的影響52-56
• 3.3.1 沉積傾向52-53
• 3.3.2 沉積灰的碳酸化度53-54
• 3.3.3 沉積灰的化學(xué)組分54-55
• 3.3.4 沉積傾向與化學(xué)組分的相關(guān)性分析55-56
• 3.4 探針表面溫度的影響56-59
• 3.4.1 沉積傾向56-57
• 3.4.2 沉積灰形貌57-58
• 3.4.3 沉積灰的化學(xué)組分58-59
• 3.5 空氣和富氧燃燒的比較59-60
• 3.5.1 沉積傾向的比較59
• 3.5.2 沉積灰化學(xué)組分的比較59-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第4章 流化床富氧燃燒下SO_2的釋放和脫除的試驗(yàn)研究61-72
• 4.1 前言61
• 4.2 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法61-64
• 4.2.1 試驗(yàn)設(shè)備61
• 4.2.2 試驗(yàn)樣品61-62
• 4.2.3 試驗(yàn)操作條件62-63
• 4.2.4 試驗(yàn)工況63
• 4.2.5 數(shù)據(jù)的處理63-64
• 4.3 氧濃度對(duì)SO_2釋放的影響64-65
• 4.4 床溫對(duì)SO_2釋放的影響65-66
• 4.5 床溫對(duì)SO_2脫除的影響66-69
• 4.6 鈣硫比對(duì)SO_2脫除的影響69-71
• 4.7 本章小結(jié)71-72
• 第5章 模擬煙氣下飛灰沉積的試驗(yàn)研究72-95
• 5.1 引言72
• 5.2 熱態(tài)飛灰沉積試驗(yàn)臺(tái)72-83
• 5.2.1 主體加熱爐73-74
• 5.2.2 給料系統(tǒng)74-75
• 5.2.3 配氣系統(tǒng)75-77
• 5.2.4 沉積灰采集系統(tǒng)77-81
• 5.2.5 圖像在線采集系統(tǒng)81-82
• 5.2.6 煙塵處理系統(tǒng)82-83
• 5.3 試驗(yàn)樣品的制備和操作步驟83-85
• 5.3.1 試驗(yàn)樣品83
• 5.3.2 試驗(yàn)操作步驟83-85
• 5.3.3 試驗(yàn)條件85
• 5.3.4 數(shù)據(jù)的處理85
• 5.4 沉積灰的形成過(guò)程85-89
• 5.5 沉積灰有效熱導(dǎo)率的測(cè)量89-91
• 5.5.1 測(cè)量過(guò)程及結(jié)果分析89-90
• 5.5.2 誤差來(lái)源分析90-91
• 5.6 探針表面溫度的影響91
• 5.7 煙氣流速的影響91-92
• 5.8 探針尺寸的影響92-93
• 5.9 碳酸化現(xiàn)象93-94
• 5.10 本章小結(jié)94-95
• 第6章 飛灰沉積的數(shù)值模擬研究95-121
• 6.1 基本方程和模型介紹95-102
• 6.1.1 離散相模型95
• 6.1.2 顆粒的運(yùn)動(dòng)方程95-96
• 6.1.3 湍流模型96-98
• 6.1.4 輻射傳熱模型98-99
• 6.1.5 沉積模型99-102
• 6.2 模型的選擇和參數(shù)的設(shè)置102-107
• 6.2.1 物理建模及網(wǎng)格的劃分102-103
• 6.2.2 湍流模型的選擇103
• 6.2.3 輻射傳熱模型選擇103-104
• 6.2.4 沉積模型的選擇104
• 6.2.5 所用煤灰的物性104-105
• 6.2.6 邊界條件的設(shè)置105
• 6.2.7 計(jì)算流程105-106
• 6.2.8 模擬工況106-107
• 6.3 流場(chǎng)驗(yàn)證和模擬參數(shù)的影響107-111
• 6.3.1 流場(chǎng)的驗(yàn)證107-109
• 6.3.2 湍流擴(kuò)散的影響109-110
• 6.3.3 顆粒跟蹤數(shù)的影響110-111
• 6.4 飛灰沉積的穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果與分析111-120
• 6.4.1 探針表面溫度的影響112-115
• 6.4.2 煙氣流速的影響115-118
• 6.4.3 煙氣成分的影響118-119
• 6.4.4 穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析119-120
• 6.5 本章小結(jié)120-121
• 結(jié)論121-124
• 參考文獻(xiàn)124-139
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果139-142
• 致謝142-144
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷144

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本文編號(hào)：645672