循环流化床锅炉外置式换热器热态实验研究

摘要

当今社会发展的两大主题:能源与环境,而中国是能源消耗大国,环境污染问题更是不容乐观,因此发展高效、低污染的清洁燃烧技术成为当务之急。循环流化床以其自身的特点顺应了这一发展趋势,成为了国际上新一代高效、低污染的清洁燃烧技术。而今随着我国经济社会的高速发展,对电力资源的需求也日益增加,客观上促成了我国大型电站循环流化床锅炉的进一步发展。由于外置式换热器提高了大型循环流化床锅炉对煤种的适应性、负荷调节范围以及解决了炉内受热面布置困难的问题,因此备受关注。本文以某电厂300MW循环流化床锅炉配备的外置式换热器为工业模型,以相似性原理为基础,根据Glicksman等学者总结的循环流化床相似准则数为缩放依据,进行几何比例为1:28的物理模化。将外置式换热器与热态循环流化床实验台匹配,形成实验台系统。对外置式换热器仓室内传热系数的分布、影响因素等进行研究,并观察外置式换热器内循环灰定向流动的现象,研究其对换热系数和仓室内换热管束传热偏差的影响。冷态实验的目的是研究外置式换热器内的细颗粒流化特性,并且为热态实验所需风量、风压等提供可借鉴的控制参数。实验结果表明:细颗粒流化质量好,不会发生堵塞、沟流等不良流化状态。热态实验研究,旨在解决以下几方面的问题:①循环灰量变化对外置式换热器内换热特性的影响;②外置式换热器运行参数(温度、流化风速等)变化对外置式换热器内换热特性的影响;③颗粒粒径的大小对于外置式换热器内换热特性的影响;④实验工况下外置式换热器内温度分布;⑤修正了Veedendery经验关联式,加入了炉膛流化风速的无量纲准则数对外置式换热器灰侧Nu数的影响因子,使其适合外置式换热器的传热系数计算。通过本次试验研究,得到了以下主要结论:①冷态实验下得到的炉膛流化特性曲线与经典流化特性曲线趋势和走向相同;由于外置式换热器2、3仓室形成了阶段流化的现象,因此外置床的流化特性曲线较为特别,实验所取工况范围在其完全流化阶段。②相同粒径,相同外置式换热器工况下,随着炉膛流化风风速的增加,灰侧平均换热系数增加趋势平缓。③在相同的炉膛流化风工况下,床料粒径越细,则换热系数越大。符合颗粒团更新理论。④相同粒径,相同循环物料量的情况下,随着外置式换热器内各仓室风速的加大,外置式换热器内灰侧平均换热系数逐渐增加,但增加趋势驱于平缓,换热系数存在最大值。⑤对于本实验台,外置式换热器内各仓室中间位置流化效果较好,靠近边壁的区域由于边壁效应的影响,其混合和气固两相流动的剧烈程度远不如中间区域,因此中部的换热系数很明显大于两侧的换热系数。⑥外置式换热器内存在循环物料定向流动现象,并对循环灰温度产生影响。⑦由实验结果分析得到,传热系数受定向流动的影响不大。换热量总体变化趋势是沿灰流动方向逐渐减小(在换热系数基本保持不变的情况下)。⑧由实验数据得到,水平埋管周侧平均换热系数受到颗粒粒径、换热器内颗粒浓度、流化风速、管束所在位置、受热面面积等因素的影响。⑨在炉膛流化风工况不变的时,实验所得结果与两个基于鼓泡床和循环流化床密相区的计算传热系数的经典经验关联式进行比较,误差都在允许范围之内(±20％之间),吻合度较好。⑩在循环灰量变化时,确保外置式换热器工况不变,此时计算值和经验关联式误差较大,因此引入修正因子对Veedendery经验关联式进行修正,修正后计算值与实验值误差在允许范围之内(±20%之间)。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 循环流化床锅炉发展及其大型化

1.2.1 节约能源的需要和环境保护的要求

1.2.2 国、内国外发展现状

1.2.3 大型化趋势

1.3 外置式换热器介绍

1.3.1 外置式换热器分类

1.3.2 外置式换热器特点

1.3.3 外置式换热器国、内外研究现状

1.3.4 外置式换热器存在的问题

1.4 实验研究的理论基础

1.4.1 实验台搭建依据

1.4.2 外置式换热器传热计算原理[46]

1.4.3 换热系数计算经典经验关联式

1.5 实验研究的意义

2 实验研究概况

2.1 实验背景及目的

2.1.1 实验的背景

2.1.2 实验的目的

2.2 外置式换热器热态实验台系统介绍

2.2.1 实验台本体

2.2.2 实验装置给水系统

2.2.3 实验装置供风系统

2.2.4 实验装置测量及数据采集系统

2.3 实验台无量纲准则数的计算与比较

2.4 实验台设计计算

2.5 实验所用物料特性

2.6 实验工况安排

2.6.1 炉膛流化风工况安排

2.6.2 外置式换热器工况安排

2.6.3 颗粒粒径对外置式换热器内换热系数的影响实验工况安排

2.6.4 水冷管流量工况安排

3 实验结果与分析

3.1 冷态实验结果及分析

3.1.1 布风板阻力特性

3.1.2 颗粒流化特性

3.2 热态实验结果及分析

3.2.1 炉膛流化风对外置式换热器内水冷管束灰侧平均换热系数的影响

3.2.2 外置式换热器工况变化对水冷管束灰侧平均换热系数的影响

3.2.3 颗粒粒径对外置式换热器内水冷管束灰侧平均换热系数的影响

3.2.4 实验工况下外置式换热器内温度分布

3.2.5 循环灰量一定时，实验值与经典经验关联式的比较

3.2.6 外置式换热器工况确定时，对经典经验公式进行修正得到拟合公式

4 结论

4.1 结论

4.2 下一步工作的建议

致谢

参考文献

附录A：冷、热态实验步骤

附录B：实验台设计计算表格

附录C：作者在攻读硕士学位期间发表的论文