CFB炉膛风帽区域与回料阀内两相流动特性的研究

摘要

循环流化床锅炉布风板风帽漏渣和回料阀系统返料不畅、堆积、超温结焦是目前CFB锅炉运行中比较普遍存在的两大问题。本文第一项研究是关于CFB锅炉布风板风帽漏渣机理的理论与试验研究。通过对CFB锅炉风帽漏渣机制的力学分析，提出了风帽临界漏渣的理论判据，并搭建试验台，进行了验证试验。CFB锅炉风帽临界漏渣的理论判据为，颗粒流倒灌进风帽内的动量流率与风帽喷出气体动量流率相等。试验风帽分别采用Г形风帽和箭头形风帽。试验中临界漏渣状态通过分别调节主床流化风量与布置于床外侧试验风帽的风量得到。测量试验风帽出口处的床内静压与风帽内静压差，用于计算颗粒流倒灌入风帽的流速和动量流率，同时测定试验风帽内气体流速以计算风帽喷出气体的动量流率。床料倒灌入风帽速度的计算中，还采用了颗粒拟流体的假设和单相流体管嘴出流模型。试验比较了多组临界漏渣状态下两股动量流率的大小，结果表明，临界漏渣状态下，两者的动量流率确实接近相等。本文又从风帽临界漏渣力学方程得到了风帽临界出口风速与运行床压的关联式。据此得出的实炉运行床压下风帽临界漏渣风速与现有经验设计及工程改造结果相符。通过本文提出的风帽临界漏渣判据及其风帽临界出口风速式不仅可以给出现有工程风帽存在漏渣现象的合理理论解释，也可以有效指导CFB锅炉风帽的正确设计。 本文的第二项研究是关于U型回料阀系统气固两相流动特性的理论与试验研究。针对大型CFB锅炉中常用的U型回料阀系统中各组成部分气固两相流动特点，以U型回料阀系统两侧立管经过回料阀到输送室上方控制体为研究对象，建立了稳定流动状态下控制体进出口能量守恒方程及质量守恒方程。其中，流经控制体的阻力—立管压降、颗粒流经回料阀两室间水平通道阻力诸项引用前人推荐的公式计算，由此得到了U型回料阀系统气固两相流动特性的完整理论模型，经理论推导，进一步得到了U型回料阀系统运行最为重要的特性：立管料位高度与回料阀控制参数—输送风风量之间的显式关联式。由于稳定状态下，立管料位合理高度与流化控制风量的关系是U型回料阀可靠运行最重要的特性，因此，这一结果对回料阀气固两相流动研究具有重要意义。本文第四章针对第三章建立的理论模型，搭建了U型回料阀开式系统试验台，实现了实验物料的外循环，试验对循环颗粒流量，回料阀输送室风量，回料阀输送室高度以及回料阀物料供应室和输送室之间水平通道高度，立管料位高度等进行了多种工况的改变与参数测量，在此基础上，对实验测定的结果与理论模型进行对比表明，两者相符性很好，从而验证了本文U型回料阀气固两相流动理论模型的正确性，为本理论模型的工程应用奠定了良好基础。