本文關(guān)鍵詞：CFB富氧燃燒下飛灰沉積的試驗和數(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,達到“強強聯(lián)手”的效果,在其商業(yè)化的進程中更具競爭力。但在將這種技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于電站鍋爐前,很有必要對一些潛在的問題開展基礎(chǔ)性研究。本課題主要針對循環(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題進行了試驗和模擬研究。首先,本文選取晉城無煙煤和朔州煙煤兩種典型的煤種,在一個小型流化床試驗臺上開展了燃燒和沉積試驗。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。分析認為,流化床富氧燃燒對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臺,重點研究了晉城無煙煤在空氣和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�？疾炝蒜}硫摩爾比,探針表面溫度和燃燒氣氛等因素對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SO_2釋放有顯著影響,而床溫(840-920℃)對其無顯著影響;對于晉城無煙煤,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)。為了進一步理解飛灰的沉積機理,本文建立了一套完整的熱態(tài)飛灰沉積試驗和測量系統(tǒng),研究了飛灰的沉積過程,考察了探針表面溫度、煙氣流速和探針尺寸等因素對飛灰沉積的影響。初步考察了沉積灰的碳酸化現(xiàn)象,并設(shè)計了一種簡便的方法現(xiàn)場測量了沉積灰的有效熱導(dǎo)率。研究結(jié)果表明:飛灰的沉積過程是一個動態(tài)過程;在400-770℃范圍內(nèi),沉積灰溫度對沉積灰的有效熱導(dǎo)率無明顯影響;煙氣流速、探針表面溫度、探針尺寸對飛灰沉積過程影響明顯;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)對沉積量的貢獻;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)飛灰沉積試驗臺為模擬對象,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飛灰沉積過程的影響,并與飛灰沉積試驗結(jié)果進行了對比分析。模擬研究結(jié)果表明:湍流擴散對顆粒的運動軌道有顯著影響,而顆粒的軌道數(shù)對顆粒軌跡沒有明顯影響;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顆粒的沉積沒有明顯影響,而提高煙氣流速會明顯降低顆粒的沉積。從總體情況來看,模擬結(jié)果與試驗結(jié)果有一定差距,沉積模型有待進一步改進。
【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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X701;TK16
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-17
• 常用符號表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 富氧燃燒對飛灰形成的影響23-24
• 1.3.2 富氧燃燒對沉積灰形成的影響24-25
• 1.3.3 富氧燃燒對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 本文的主要研究內(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研究30-50
• 2.1 引言30
• 2.2 流化床燃燒試驗臺30-33
• 2.3 測量方法和儀器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 煙氣成分的測量37-38
• 2.3.4 灰樣的測試和分析38
• 2.4 試驗樣品和試驗條件38-42
• 2.4.1 試驗樣品38-39
• 2.4.2 試驗工況39-41
• 2.4.3 實驗操作步驟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研究50-61
• 3.1 前言50
• 3.2 試驗設(shè)備和試驗方法50-52
• 3.2.1 試驗設(shè)備50
• 3.2.2 試驗樣品50-51
• 3.2.3 試驗操作條件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研究61-72
• 4.1 前言61
• 4.2 試驗設(shè)備和試驗方法61-64
• 4.2.1 試驗設(shè)備61
• 4.2.2 試驗樣品61-62
• 4.2.3 試驗操作條件62-63
• 4.2.4 試驗工況63
• 4.2.5 數(shù)據(jù)的處理63-64
• 4.3 氧濃度對SO_2釋放的影響64-65
• 4.4 床溫對SO_2釋放的影響65-66
• 4.5 床溫對SO_2脫除的影響66-69
• 4.6 鈣硫比對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研究72-95
• 5.1 引言72
• 5.2 熱態(tài)飛灰沉積試驗臺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 試驗樣品的制備和操作步驟83-85
• 5.3.1 試驗樣品83
• 5.3.2 試驗操作步驟83-85
• 5.3.3 試驗條件85
• 5.3.4 數(shù)據(jù)的處理85
• 5.4 沉積灰的形成過程85-89
• 5.5 沉積灰有效熱導(dǎo)率的測量89-91
• 5.5.1 測量過程及結(jié)果分析89-90
• 5.5.2 誤差來源分析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 顆粒的運動方程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 計算流程105-106
• 6.2.8 模擬工況106-107
• 6.3 流場驗證和模擬參數(shù)的影響107-111
• 6.3.1 流場的驗證107-109
• 6.3.2 湍流擴散的影響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)果和實驗結(jié)果的對比分析119-120
• 6.5 本章小結(jié)120-121
• 結(jié)論121-124
• 參考文獻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
• 個人簡歷144

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1 井藤博達 ,渡部正樹 ,何真臨;富氧燃燒方法及其節(jié)能效果[J];節(jié)能技術(shù);1984年03期

2 ;富氧燃燒[J];冶金能源;2013年06期

3 王志平;曾雄偉;趙恩錄;張文玲;;富氧燃燒節(jié)能效率理論計算及富氧燃燒技術(shù)關(guān)鍵[J];玻璃;2009年04期

4 姜傳德;玻璃熔爐中的富氧燃燒[J];玻璃與搪瓷;1978年06期

5 井藤博達;渡部正樹;劇瑞華;;富氧燃燒系統(tǒng)及其節(jié)能效果[J];河北陶瓷;1984年02期

6 ;富氧燃燒與節(jié)能[J];深冷技術(shù);1985年02期

7 洪鐘;富氧燃燒系統(tǒng)[J];玻璃;1986年01期

8 薛裕根;李玉山;連成平;趙寶林;袁麗民;;利用放散氧氣進行富氧燃燒探討[J];冶金動力;1986年03期

9 尚殿英;;富氧燃燒及其節(jié)能效果[J];能源;1987年01期

10 尚殿英;;富氧燃燒節(jié)能新技術(shù) 富氧膜[J];現(xiàn)代節(jié)能;1990年01期

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1 王春波;陸泓羽;邢曉娜;;600MW微富氧燃燒煤粉鍋爐技術(shù)經(jīng)濟性分析[A];中國動力工程學(xué)會鍋爐專業(yè)委員會2011年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2011年

2 包紹麟;呂清剛;那永潔;孫運凱;沈解忠;毛軍華;蘇小平;景磊;;410t/h富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計探討[A];中國循環(huán)流化床發(fā)電生產(chǎn)運營管理(2013)[C];2013年

3 夏璐;王恩祿;汪麗芬;宋治璐;章明川;;富氧燃燒下不同煙氣再循環(huán)方式對煙氣特性影響研究[A];中國動力工程學(xué)會鍋爐專業(yè)委員會2012年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2012年

4 覃建果;魏小林;郭嘯峰;李騰;高佳佳;;甲烷高壓富氧燃燒層流擴散火焰的數(shù)值研究[A];第七屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

5 孟凡雙;金國一;;熱風(fēng)爐富氧燃燒特性與操作策略研究[A];2011年全國煉鐵低碳技術(shù)研討會會議論文集[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 記者 郁紅　特約記者 顧定槐;空氣產(chǎn)品富氧燃燒示范項目投用[N];中國化工報;2011年

2 記者 周芳;中國探路富氧燃燒碳捕獲技術(shù)[N];第一財經(jīng)日報;2012年

3 朱久發(fā);富氧燃燒技術(shù)推動鋼廠節(jié)能減排[N];世界金屬導(dǎo)報;2007年

4 通訊員 王聰穎;衡鋼富氧燃燒試驗取得成功[N];衡陽日報;2010年

5 馬光俊;富氧燃燒在水泥行業(yè)中應(yīng)用高效節(jié)能[N];中國建材報;2013年

6 記者 倪e，

本文編號：645672