燃煤循环流化床模型与试验研究磁选设备【新闻】

燃煤循环流化床模型与试验研究

燃煤循环流化床模型与试验研究 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TK16　TK229.6＋6　　　文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）03－0249-04Experimental Study and Simulation of a Coal-fired Circulating Fluidized BedShen Laihong（Thermal Energy Engineering Research Institute under the Southeastern University, Nanjing, Jiangsu, China, Post code 210096）Based on the basic research results concerning the gas-solid dual-phase flow of a circulating fluidized-bed and an in-bed gas-solid bias flow model the author has set up a circulating fluidized-bed combustion model suited for different construction parameters. The model has taken into account the return mixing and the circulation process of gas and solid particles in the bed. Also considered are such a variety of factors as coal burning, the generation and dissolution of nitrogen oxides and particle wear action, etc. The results of the experimental study and model simulation on a circulating fluidized-bed combustion test rig are in good agreement with the experimental data. This fully demonstrates that the circulating fluidized-bed combustion system set up on the basis of the gas-solid dense-lean flow model can accurately simulate the combustion process of a circulating fluidized bed.Key words: coal, circulating fluidized bed combustion, mathematical model, experimental study0　引言　　目前国内外进行循环流化床锅炉总体模型研究工作的科研机构较多，最具典型的有国际能源署IEA-FBC模型，它以流化床燃烧室为对象，建立起带有飞灰回送的流化床燃烧系统模型，将燃烧室分为鼓泡床和悬浮段，沿床高方向又将鼓泡床和悬浮段划分为若干小室，鼓泡床又分为气泡相和乳化相，分别列出三个区域的质量守恒方程，能量守恒方程。德国济根大学组织开发的循环流化床(CFBC)模型［1～2］，沿垂直方向将炉膛、分离器和副床划分为若干小室，模型方程由小室内气体、固体质量守恒方程，能量守恒方程组成。这些模型均忽略了小室内气体返混，将小室内气体固体颗粒处理成均匀混合的悬浮状态，这和循环床炉膛内气固两相流动真实情形有较大的偏差。本文根据IEA-FBC模型程序和作者已有循环流化床数学模型程序，及循环床内气-固两相流动等基础方面的研究成果，建立能正确描述循环流化床锅炉燃烧的数学模型，并对所建立的模型在循环流化床燃烧试验台上进行实验研究。1　循环流化床模型框架　　循环流化床整体模型包括主燃烧室、分离器及副床三大部件的建模。模型中详细考虑了炉内气体和固体的流动，宽筛分煤颗粒的燃烧、磨耗，颗粒扬析夹带，脱硫，脱氮和传热等方面过程。将三大部件沿垂直方向分成若干个小室，每个小室又分为浓相区(Dense)和淡相区(Lean)。相邻小室之间存在着气体、固体质量交换和能量交换，小室内浓相区和淡相区之间存在着气体交换。2　主要子模型简介2.1　气固流动浓-淡模型　　循环流化床内气固两相环一核(Core-Annulus)流动模型［3］虽然在一定范围内被接受，但和一些实验观测到的数据相勃［4］。实际上床内颗粒团(浓相)可能会连续不断地被上升气流所撕裂，使颗粒团不断地形成、离析，因此床内任一位置处颗粒团的体积份额只是一个时均参数，而无明显的环/核分界面。另外，在床内气流的作用下，颗粒团或弥散的颗粒会向壁面处飘移，当到达壁面时由于气速较低，气体对颗粒团的曳力较低，颗粒团就会下落。　　如图1所示，本文将床内下降的颗粒团物料流定义为浓相(dense phase)，颗粒团周围向上运动的稀疏物料流定义为淡相(lean phase)，床内任一位置处浓相和淡相共存，下降的浓相存在于上升的淡相周围。图2为床内气固流动的浓－淡模型原理图，在小室微元体内浓－淡两相之间进行气固质量交换和传递。淡相内气体和固体均向上运动；浓相内颗粒向下运动，气体流动方向取决于浓相区内颗粒向下运动的速度大小。床内浓相的体积份额fd随着床高的增加而逐渐衰减，因此浓－淡相之间气体除了质量交换过程(mass exchange)Ka之外，还存在着对流交换过程(convective exchange)KC，单位体积内气体对流交换速率KC为：图1　循环流化床内气固流动浓－淡模型图2　床内气固流动原理图

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