【摘要】：旋風(fēng)分離器是循環(huán)流化床鍋爐的重要組成部件,其作用是利用高速旋流對(duì)爐膛出口的高溫灰顆粒進(jìn)行篩分,保證煤顆粒的充分燃燒和爐膛內(nèi)顆粒粒度穩(wěn)定。篩選后的顆粒通過旋風(fēng)分離器底部的立管進(jìn)入返料裝置,同時(shí)在立管內(nèi)形成料封。如果返料裝置內(nèi)的風(fēng)量設(shè)置不當(dāng)或者料封不穩(wěn)定,氣體可能通過立管進(jìn)入分離器,該現(xiàn)象即立管竄氣。立管竄氣將影響旋風(fēng)分離器的性能,特別是分離效率,而目前相關(guān)研究還比較少,因此研究竄氣量對(duì)旋風(fēng)分離器分離效率的影響具有重要意義。本研究分為實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩部分。實(shí)驗(yàn)部分為小型旋風(fēng)分離器的冷態(tài)實(shí)驗(yàn),獲得不同入口風(fēng)速、不同入口顆粒濃度和不同竄氣速度條件下的分離效率、分級(jí)分離效率、壓降等數(shù)據(jù);數(shù)值模擬部分利用CFD軟件Barracuda實(shí)現(xiàn)LES及MP-PIC方法的氣固數(shù)值模擬,重點(diǎn)分析竄氣對(duì)分離器內(nèi)氣相流場(chǎng)、壓力場(chǎng)、顆粒分布的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:旋風(fēng)分離器壓降受入口風(fēng)速的影響較大,隨入口風(fēng)速的增高而增高,受竄氣速度的影響很小,隨竄氣速度的增高變化規(guī)律不明顯;旋風(fēng)分離器的分離效率在竄氣速度低時(shí)下降較小,較高速竄氣時(shí)下降很大;高入口風(fēng)速工況下分離效率的下降幅度要小于低入口風(fēng)速的情形,特別是在低速竄氣時(shí),前者幾乎沒有下降,后者可觀察到較明顯的下降;入口顆粒濃度較高工況的分離效率一般也較高,但對(duì)于入口風(fēng)速較低的情況,這一規(guī)律不適用;細(xì)顆粒相對(duì)于粗顆粒更容易受到竄氣的影響,對(duì)應(yīng)的分級(jí)分離效率下降更明顯。數(shù)值模擬結(jié)果顯示:通過數(shù)值模擬所得壓降、分離效率和分級(jí)分離效率均能與實(shí)驗(yàn)值較好吻合,具有較高的可信度;竄氣將削弱旋風(fēng)分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流動(dòng),使得向下旋流提前轉(zhuǎn)化為向上旋流并擴(kuò)大向上流動(dòng)的區(qū)域,促使分離器錐段處形成相對(duì)高壓區(qū);竄氣會(huì)攜帶顆粒向上,使分離器內(nèi)遠(yuǎn)壁區(qū)域顆粒分布增多,還會(huì)增強(qiáng)分離器內(nèi)顆粒的循環(huán)流動(dòng),使分離器內(nèi)的總顆粒保有量增高,對(duì)旋風(fēng)分離器的分離作用造成不利影響。
[Abstract]:Cyclone separator is an important component of circulating fluidized bed boiler. Its function is to sift the high-temperature ash particles at the outlet of the furnace by high-speed swirl flow to ensure the full combustion of coal particles and the stability of particle size in the furnace. The selected particles enter the return device through the riser at the bottom of the cyclone separator and form a material seal in the riser. If the air volume in the return device is not set properly or the material seal is unstable, the gas may enter the separator through the riser, which is the phenomenon of riser gas channeling. Riser gas channeling will affect the performance of cyclone separator, especially the separation efficiency, but there are few related studies at present, so it is of great significance to study the effect of gas channeling on the separation efficiency of cyclone separator. This research is divided into two parts: experiment and numerical simulation. The experiment part is the cold state experiment of the small cyclone separator. The data of separation efficiency, step separation efficiency and pressure drop are obtained under different inlet wind speed, different inlet particle concentration and different gas channeling velocity. In the part of numerical simulation, the gas-solid numerical simulation of LES and MP-PIC method is realized by CFD software Barracuda, and the influence of gas channeling on gas phase flow field, pressure field and particle distribution in the separator is analyzed. The experimental results show that the pressure drop of the cyclone separator is greatly affected by the inlet wind speed, increases with the increase of the inlet wind speed, and is little affected by the gas channeling velocity, but does not change obviously with the increase of the gas channeling velocity. The separation efficiency of cyclone separator decreases slightly when the gas channeling velocity is low, and is much lower than that with high speed gas channeling. Under the condition of high inlet wind speed, the decrease of separation efficiency is smaller than that of low inlet wind speed, especially in the case of low velocity gas channeling, the former has almost no decrease, and the latter can be observed a more obvious decrease. The separation efficiency of high inlet particle concentration is generally higher, but this rule is not applicable to the case of lower inlet wind speed, and fine particles are more easily affected by gas channeling than coarse particles, and the corresponding separation efficiency decreases more obviously. The results of numerical simulation show that the pressure drop, separation efficiency and step separation efficiency obtained by numerical simulation are in good agreement with the experimental values and have high reliability. The gas channeling will weaken the rotating flow in the cyclone separator, make the downward swirl flow transform into upward swirl flow ahead of time and expand the area of upward flow, and promote the formation of relative high pressure area at the cone section of the separator. Gas channeling will bring the particles upward, increase the particle distribution in the far wall of the separator, enhance the circulating flow of the particles in the separator, increase the total particle holding in the separator, and adversely affect the separation of the cyclone separator.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ051.8

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本文編號(hào)：2374052