循环流化床锅炉炉内传热特性研究及仿真

摘要

循环流化床具有燃烧效率高、燃料适应性好、污染小等优点。在当今世界对环境保护越来越重视以及煤炭将在很长时间内为我国主要能源的情况下，循环流化床燃烧技术将在国内外获得迅速发展。 循环流化床锅炉的锅内过程与煤粉锅炉基本相同，研究人员对锅内过程已经有了很深入的研究。但是，循环流化床炉内过程与煤粉炉有很大差异，其炉内明显分为密相区和稀相区，固体颗粒浓度高、流场复杂，传热过程中辐射和对流都占较大比例，而且燃料为宽筛分，燃烧过程也比煤粉炉复杂得多。因此，有关循环流化床锅炉炉内传热特性及其影响因素至今尚未得到充分的研究和了解。本文在前人已有的研究基础上对循环流化床的炉内特性进行了深入研究，这对循环流化床的运行、控制系统优化、大型化等方面均具有重要意义。 论文重点对循环流化床锅炉的炉内传热特性进行了深入研究，利用理论分析和建模仿真的方法，首次揭示了燃料量增加(减少)时单位燃料量放热量减少(增加)的变化规律，并与煤粉炉炉内特性进行比较，详细分析了变化的幅度和造成这一特性的原因，为循环流化床锅炉的大型化、运行优化以及设计等方面提供了重要的理论依据。 为深入研究循环流化床炉内传热特性和验证理论分析结果，本文基于对目前已有各种模型结构的分析和比较，充分考虑了循环流化床高固体浓度和流场的特点，采用环核流动结构建立了全面的循环流化床锅炉的炉内整体动态数学模型。所建模型由主体模型和子模型构成，主体模型由气体组份质量平衡方程、固体质量平衡方程、碳质量平衡方程、小室能量平衡方程构成；子模型由煤燃烧模型、气固流动模型、传热模型构成。煤燃烧模型包括煤的干燥、破碎和磨损、挥发份析出和燃烧以及焦碳燃烧等模型，使煤燃烧模型更加完善。与一般环核流动结构模型采用集总参数处理气固流动部分不同，本文采用分布参数建立了气固流动模型，并根据物料的宽筛分特性把物料按粒径划分成很多档，对每档物料的速度和每档煤颗粒燃烧过程分别进行处理，提高了模型的精度。传热模型详细区分了气体对流传热、固体颗粒对流传热和辐射传热，便于循环流化床锅炉炉内特性的分析和研究。 利用所建模型按现场实际运行参数进行仿真，并与现场采集到的数据进行比较，验证了仿真模型的正确性与通用性；按照理论分析的参数条件进行仿真计算，验证了理论结果的正确性。 文中利用模型动态仿真，对燃料量、过量空气系数扰动时循环流化床锅炉炉内各参数的动态响应进行了研究分析，指出由于床料热惯性和流化速度的影响，炉内动态过程达到稳态时间比煤粉炉的长十几倍，这对循环流化床锅炉控制系统和优化有重要指导意义。 本文建立的完整炉内过程模型具有良好的通用性和可扩充性，能够随着技术的进步不断完善，可以用于循环流化床锅炉的技术特性研究分析、运行分析和操作人员培训。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录，符号说明

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2循环流化床系统的应用与发展

1.3循环流化床锅炉的发展概况

1.4循环流化床锅炉的建模与仿真

1.5本文的任务及内容

参考文献

第二章循环流化床锅炉主体模型

2.1循环流化床的组成及工作原理

2.2循环流化床燃烧系统的特点及建模方案

2.3循环流化床锅炉主体模型

2.4 小结

参考文献

第三章循环流化床锅炉炉内流动数学模型

3.1循环流化床气固流动结构

3.2循环流化床锅炉炉内流动模型

3.3密相区流动模型

3.4稀相区流动模型

3.5 小结

参考文献

第四章循环流化床锅炉燃烧和传热数学模型

4.1循环流化床燃烧模型

4.2循环流化床传热模型

4.3本章小结

参考文献

第五章循环流化床锅炉运行特性研究

5.1循环流化床锅炉传热特性研究

5.2模型的验证

5.3燃料量扰动下的动态运行特性研究

5.4过量空气系数扰动下的炉内特性研究

5.5小结

参考文献

第六章结论

6.1结论

6.2展望

致谢

作者在攻读博士学位期间发表的论文