循环流化床锅炉循环流率在线测量方法研究

高温床料的循环流率是循环流化床锅炉的重要参数,但目前鲜有能应用于实际锅炉中的测量技术。为此,笔者提出了一种新型冲击式循环流率的在线测量方法,并研制了原理样机;建立了测量过程的理论模型并进行了实验室冷态试验,将新型循环流率测量方法应用于某116 MWth循环流化床锅炉中进行热态试验。测量装置具有悬臂梁式几何结构,其整体布置于循环流化床锅炉立管底部。悬臂梁型装置的一端固定于锅炉外壁面,另一端固定有靶片并伸入至立管密相区中。装置通过测量立管物料下落时冲击靶片而造成的形变来计算颗粒冲击力并反推颗粒冲击速度,进而获得循环流率。同时,通过仪表风吹扫冷却装置并防止堵塞。该方法具有耐受高温、可在线测量和不影响锅炉正常运行等优点。冷态试验测量得到不同冲击速度下的气固两相流绕流阻力和阻力系数,随着冲击速度增大,气固绕流阻力随之增大而阻力系数减小,且存在"剪切变稀"现象。在实际锅炉的热态测试中,该测量装置能较好地捕捉到锅炉起停炉、变负荷时循环流率变化趋势。通过量级分析并利用炉膛稀相区压差与炉膛截面风速之积校核测量结果,验证了该方法在实际循环流化床锅炉中在线应用的可行性。     

循环流化床物料循环流率的测量

本文就作者自行研制的颗粒叶轮流量计用于测量循环流化床物料循环流率进行了研究．证明将叶轮颗粒流量计装入循环床的下料管密相段内，可准确地测量物料循环流率．与此同时，也与色点示综法和压差法等常规方法进行了比较，证明叶轮法是一种准确、可靠、简单、且可在线的测量方法。     

循环流化床回流物料循环的特性

为了研究循环物料在流化床内回流并参与循环的过程,进一步揭示流化床内物料的循环特性,文中搭建了冷态循环流化床顶部回流试验台。利用激光多普勒粒子动态分析仪(PDA)对塔内颗粒回流时床内气固二相流场和颗粒浓度分布进行了测量。同时对物料回流量和床内表观气速等操作条件对回流过程的影响进行了考察。研究表明,回流颗粒在流化床内的返混可以分为3个区域:回流区、返混加速区和主流区,回流颗粒造成床内流场的不均匀性。回流长度主要受物料回流量和床内表观气速影响。     

油页岩循环床锅炉中温分离回输系统Loop Seal工作特性的研究

在目前世界上投入商业运行最大容量的 65t/h油页岩循环流化床锅炉上 ,进行了全尺寸的中温分离系统中LoopSeal型返料装置的工作特性热态试验 ,得到了油页岩循环流化床燃烧中温分离回输系统中LoopSeal型返料装置的运行参数、温度特性及其循环物料的颗粒特性和含碳量分布 ,试验结果对油页岩循环流化床锅炉的放大设计与运行调节具有一定的参考价值     

油页岩循环流化床燃烧室密相区物料颗粒与燃烧特性

在 65t/h油页岩循环流化床锅炉上进行了燃烧室密相区物料特性与燃烧特性的工业试验。得到了极具片状结构特点的油页岩颗粒特性 ,经燃烧破碎磨损后的密相区床料和循环物料的颗粒特性与燃烧特性及相应的锅炉运行参数。试验结果对油页岩循环流化床锅炉的放大设计与运行调节具有一定的参考价值。同时为进一步建立油页岩循环流化床燃烧室密相区的流动、燃烧、传热、磨损、扬析与夹带模型奠定了基础。     

六回路环形炉膛循环流化床试验研究

针对大型循环流化床锅炉存在的二次风穿透不佳、受热面布置困难等问题,提出了适用于600 MW等级及以上超(超)临界循环流化床锅炉的炉型——六回路环形炉膛循环流化床,并进行冷态试验研究,考查环形炉膛内气固流动特性和六回路间循环流率分布特性。结果表明:颗粒浓度沿环形炉膛高度的分布与矩形单炉膛相似,呈下浓上稀的指数型分布;随着流化速度的增大,炉膛下部密相区颗粒浓度减小,炉膛中上部和出口区域的颗粒浓度增大,各回路的循环流率均明显增大;随着静止料层高度的增大,整个炉膛高度的颗粒浓度都增大且高度越高处增幅越小;流化速度较低时循环流率不因静止料层高度的增大而变化,流化速度较高时循环流率随静止料层高度增大而稍有增大;六回路间循环流率的分布较均匀,设计工况下循环流率的相对偏差为4.5%;环形炉膛内环长边壁面悬吊屏对循环流率的大小和分布影响较小。     

循环流化床二次风射流及床料粒径对流化特性的影响

NOx的生成控制与流化床流化特性及气固流动有关,而冷态试验能更直观地反映气固流动状态和流化效果,因此冷态试验的研究结果可为流化床脱硝反应热态试验的参数选取提供参考。前人研究大多使用窄筛分床料颗粒,且较多针对传统的墙式布置二次风,鲜有学者综合研究中心布置二次风的穿透性能及其对炉膛流化特性的影响。因此,在循环流化床冷态试验台上,研究了中心布置二次风和宽、窄筛分的床料对流化特性的影响,采用无量纲剩余温度、物料循环流率和表观颗粒体积分数来定量描述二次风穿透性能、物料循环效率和颗粒浓度的分布。结果表明:喷射高度附近的颗粒浓度会随二次风射流增大而增大。二次风喷射高度为15 cm时,在35 cm以下的密相区,二次风占比越大,颗粒浓度的增长越明显。增大二次风占比、提高二次风射流的速度、提高二次风射流的喷射位置等可以有效提高二次风射流的穿透性能。其中,当二次风喷射高度距炉膛底部5 cm处,射流穿透率为0.4;喷射高度为15 cm时,射流穿透率为0.84;当喷射高度继续上升10 cm后,射流穿透率达到1.0。造成这个现象的原因是越靠近炉膛底部,床料颗粒的浓度越大,二次风所受的阻力急剧增加。随着窄筛分床料的平均粒径减小,炉膛整体的压降上升,且压降会在炉膛更高位置趋于平稳,物料循环流率也随之提高。这说明更多的颗粒能够随流化风的扬析被带到炉膛外,进入分离器参与炉外循环。与窄筛分床料不同的是,床料组分中,细颗粒占比也决定了宽筛分床料的炉膛压降、颗粒浓度分布和物料循环流率等参数。细颗粒占比越高,炉膛压降和物料的循环流率越大。宽筛分中,平均粒径大的床料颗粒浓度分布和物料循环流率不一定小,这是由于试验风速下,300μm颗粒更易随流化风的扬折作用,被携带至炉膛出口。这部分细颗粒占比越高,造成颗粒浓度分布和物料循环流率越大,而粗颗粒更倾向于聚集在炉膛底部。     

热示踪法测量循环流化床中颗粒循环速度

通过颗粒示踪和热示踪两种方法对鼓泡循环流化床中的颗粒循环速度进行了实验研究。实验结果表明：热示踪方法和颗粒示踪方法测量鼓泡循环流化床的移动床中颗粒循环速度在一定范围内是一致的。但热示踪方法还存在一定的局限性，还需要进一步从理论和实验上完善     

循环流化床锅炉点火及其稳定运行的探索

对一台老挝境内使用的循环流化床锅炉存在的问题进行分析,通过改造相关设备冷态流化试验分析和热态运行实践,解决了循环流化床锅炉启动点火的问题,提出了调节稳定床温的手段和控制参数。     

循环流化床内颗粒运动与换热分析

对循环流化床锅炉床体内部贴近壁面的颗粒团运动和受力特点进行了分析,探讨颗粒团沿壁面下滑贴壁时间的计算方法,由此发展了床体内部颗粒-气体对流换热传热系数的理论计算模型和方法.与现有文献的实验数据资料比较表明,计算的结果较好地反映了实际情况.     

循环流化床提升管T形弯头动态压力的小波分析

针对循环流化床提升管出口T形弯头,以FCC催化剂颗粒为物料,采用动态压力传感器,对T形弯头内的气固两相流的动态压力进行了实验测量,以此分析T形弯头内动态压力的特性。实验结果表明,由于在T形弯头盲管处颗粒折返造成的冲击,形成了一个压力脉动源。小波分析表明T形弯头处的压力脉动主频来自盲管内,而次频能量所占比例随着颗粒质量流率增加而加大。T形弯头内的动态压力的标准偏差与颗粒质量流率呈线性关系,可以用于表征循环流化床内的颗粒质量流率。     

循环流化床锅炉外置换热器的研究现状及在垃圾焚烧炉中的应用

循环流化床垃圾焚烧炉作为一种新型焚烧处理技术,具有适用范围广、燃烧稳定、排放低等优点。布置外置换热器可以在提高锅炉蒸汽的压力、温度参数及容量的同时避免过热器高温腐蚀,灵活调节床温。虽然目前国内外对外置换热器已有相关研究,但以电站燃煤锅炉为主。垃圾焚烧炉由于锅炉蒸汽的压力和温度参数较低,采用外置换热器还很少。本文综述了带外置换热器的循环流化床垃圾焚烧炉的研究现状,同时介绍了具有相同换热原理、极具参考价值的带外置床的循环流化床燃煤锅炉的国内外研究现状,分析了与床内传热系数、流化特性相关的影响因素,指出在试验和实炉运行时存在受热面出口壁温热偏差较大、边壁区域流化质量不佳的问题,并提出了改进措施。最后总结当前的研究重点,提出了针对试验台和实炉测试的改进措施,并针对垃圾流化床外置换热器的研发提出了研究思路,为今后建设高参数垃圾焚烧炉提供了合理建议。     

大颗粒流态化水泥熟料煅烧试验研究

为进一步提高熟料质量，降低烧成热耗，减少污染，开发了大颗粒流化床水泥熟料煅烧装置。采用平均粒径4mm的大颗粒物料，分别进行了冷态和热态模型试验，取得了在高温下，检测和控制流化床中物料流化状况的方法。通过检测和控制流化床压降．实现了流化床的稳定运行；同时，在热模装置上，煅烧出较高质量的水泥熟料。试验研究证明，可以利用流化床来煅烧水泥熟料。即用流化床反应器来代替传统水泥生产中的回转窑和立窑，从而达到降低能耗、提高质量、减少污染的目的。     

含内构件的循环流化床的动态压力特性

针对含内构件的循环流化床,以石英砂为物料,使用动态压力传感器测量了含内构件的流化床中气固两相流的动态压力,分析了床内的瞬时压力特性. 结果表明,在进出口总压降中,文丘里压降最大,占主床压降的60%以上. 表观气速和固体颗粒循环流率共同影响循环流化床内的压力特性. 压力瞬时波动功率谱分析表明,压力波动对应一个主频,表观气速越小、颗粒循环流率越大时,压力波动越大,且循环流化床底部压力波动比上部大. 加入内构件能有效引导气流,使流动更均匀.     

气固流化床外取热器内流动和换热特性分析

外取热器是维持催化裂化反应-再生系统热平衡和保持装置平稳运行的关键设备之一。外取热器的优化设计和合理调控，要求深入理解外取热器内的流动特性、换热特性及两者之间关系。在一套大型冷模热态实验装置上，分别考察了表观气速、颗粒质量流率对换热管附近的局部固含率和气泡频率、床层与换热管间传热系数的影响。结果表明：增加表观气速可以降低局部固含率、增加局部气泡频率、强化床层与换热管间换热；随着颗粒质量流率增加，局部固含率和局部气泡频率均增加；在较低表观气速下，增加颗粒质量流率不利于换热，而在较高表观气速下，传热系数随颗粒质量流率逐渐增加。不同流型下，气固流动特性对换热特性的影响不同。在鼓泡床流型下，过高的局部固含率不利于颗粒在换热表面的更新，增加换热管附近的局部气泡频率可以明显强化换热；而在湍流床流型下，换热管附近的局部固含率和气泡频率的增加，均使传热系数逐渐增大。建立了针对不同流型的换热经验关联式，预测值与实验值的平均相对偏差分别为6.9%和1.3%。     

循环流化床锅炉一体化外置式换热器

大型循环流化床锅炉广泛采用各种形式的外置式换热器。传统的换热器只能实现换热器（EHE）和返料机构（loop seal）之间的物料流量的调节，此时进入EHE的物料将会全部顺次流过各个换热仓室，很难对外置床中的各种受热面的传热量进行单独调节。本文首次提出了一种全新的非机械阀式外置式换热器布置方式，通过控制流入各个换热仓室的固体物料流量，从而达到对各换热仓室中布置的受热面的换热情况进行单独调节。同时把EHE和loop seal结合在一起，保证向炉膛的返料。文中对这种一体化外置式换热器及其返料机构中的物料流动特性进行了冷态试验研究。试验结果表明，这种外置式换热器有很好的物料分流和流量控制特性。可以通过调节运行参数和结构参数来控制两个换热室、EHE和loop seal以及两个返料口之间的物料流量和比例。同时还得到了物料在换热室的流动特性。通过对可见输送分离高度的测量，提出了分配室和换热室相对隔板高度的设计方法。     

循环流化床锅炉Loop Seal型返料装置的试验研究

通过大量的冷态试验,系统地研究了循环流化床锅炉ＬｏｏｐＳｅａｌ型返料装置的外部充气、结构因素对其运行特性的影响,由试验数据回归得到了不同运行条件下外部充气量、固体颗粒循环量以及结构尺寸间的经验关系式,与试验数据比较,吻合较好     

热示踪法测量循环流化床中颗粒循环速

通过颗粒示踪和热示踪两种方法对鼓泡循环流化床中的颗粒循环速度进行了实验研究,实验结果表明：热示踪方法和颗粒示踪方法测量鼓泡循环流化的移动床中颗粒速度在一定范围内是一致的。但热示踪方法还存在一定的局限性,还需要进一步从理论和实验上完善。     

流化床返料器控制与调节

非机械阀已经广泛应用于循环流化床锅炉完成固体颗粒从低压区向高压区的传输且具有压力密封作用。本文详细介绍了一种新型流化床返料器,通过试验结果分析表明,该流化床返烊器具有良好的物料循环量的控制与调节性能。     

循环流化床返料阀结构对循环流率动态响应特性的影响

循环流化床锅炉燃烧技术是一种洁净煤燃烧技术,其应对负荷变化的灵活性未来会得到更多的关注。但目前对于负荷变化的研究集中于调峰策略优化,缺乏提升CFB本身变负荷速率的影响因素研究。在CFB锅炉负荷变化时,循环流率也随之变化,并达到新的平衡态,而返料阀的结构是循环流率的重要影响因素。因此,为了研究CFB锅炉变负荷响应速率的影响因素,基于CPFD方法对某75 t/h循环流化床锅炉立管及返料阀内在循环流率变化时的流动行为进行模拟,研究不同返料阀结构对循环流率变化的响应速度。结果表明,在立管远离回料阀侧及回料阀水平横段底部存在一定的流动死区,返料阀及立管内物料仅在较小的区域内有较大的移动速度。当循环流率增加时,较小的颗粒移动区域限制了其达到更大流量平衡的时间,减弱了系统变负荷的响应速率。在松动风、流化风分别为0. 14和0. 30 m/s,循环流率从50 kg/(m~2·s)提升到60 kg/(m~2·s)时,随着水平横段长度的增加,系统响应时间先急剧减小后缓慢上升;返料阀水平横段长度与立管直径之比为3. 5时,最短响应时间为67 s。保持流化风量不变并改变松动风大小,系统响应时间随松动风量的增加而减小,但不同返料阀结构下系统响应时间的规律相似。返料阀对循环流率变化的响应速度与返料阀内的流动死区大小密切相关。