循环流化床综述

1、中北大学朔州校区课程论文关于循环流化床锅炉相关问题研究文献的综述学生姓名班 级学 号专 业二零一四年一月关于循环流化床锅炉相关问题研究文献的综述摘要本文综述了国内对循环流化床锅炉的流动特性图像分析、飞灰的循环使用、烘炉油枪的 设计、锅炉受热面防磨装置、硫化床锅炉床下点火装置及锅炉PIV系统的应用等研究问题 与结果进行了分析和总结。最后对循环流化床的主要优点做了阐述并对循环流化床的产生基 于作以说明。关键词：循环流化床；流动特性；飞灰；防磨装置；点火装置；PIV系统。AbstractThis paper will review the research problems and the resu

2、lts about flow characteristics of circulating fluidized bed boiler image analysis, recycling of fly ash, the design of the oven oil gun, boiler heating surface grinding device under the bed, fluidized bed boiler ignition device, and the application of boiler PIV system, which were analyzed and summa

3、rized. Finally, the author made an exposition of the major advantages of the circulating fluidized bed and circulating fluidized bed based on to illustrate.Key words: Circulating fluidized bed ； flow characteristics ； fly ash； wear device； ignition； The PIV system.、引言随着技术的不断进步，燃煤发电向着高效率、低污染的方向发展，以满足

4、人类社会对能 源和环境的要求。循环硫化床锅炉不仅可以成功燃用常规燃烧方式难以燃用的劣质燃料，而 且能够大大降低机械不完全燃烧损失，显著提高热效率。此外，循环过程延长了与烟气中二 氧化硫的接触时间，钙硫比显著降低，提高了脱硫效率和脱硫剂利用率H】。目前，很多发 达国家和发展中国家都在致力于循环流化床电锅炉流动特性的研究。许多有关的高等院校及 科研机构一直在开展对循环流化床锅炉发展技术相关研究的工作。例如对循环流化床锅炉的 颗粒聚集行为、颗粒速度法分布、床层空隙率分布、气体速度分布、气固两相流特性都作出 了相应的研究【2】。随着技术的飞速发展，国内外对循环流化床的分析研究理论更趋于完善。 因此本文

5、针对近几年国内外对循环流化床进一步的相关研究做出了相应的总结，同时还分析 了文献的一些内容。二、总结与分析研究成果1、采用CCD、MATLAB软件技术对流动特性的分析研究。很多学者通过自行搭建的实验台，利用CCD摄像头采集原始图像，采用MATLAB对 原始图像进行处理。通过这些处理使图像增强，容易识别。然后将RGB的图像转化为二进 制图像并对其进行一些计算。他们依据处理过后的图像对流化床的鼓泡态、湍流态、快速态 三种流态特征以及贴壁流做有关图像分析，并总结规律。同时从图像角度分析了气体的行为 特征，如形状和尺寸，上升速度，局部扩散系数，气泡边界曲线的分形特征。根据检索文献 研究【3, 4】所得

6、到的结论是：（1）在鼓泡态时中心区空隙率较大，越往两边，空隙率越小，这与平均灰度的分布一致这也是。 于中心区气泡形成的几率较大，而边壁有颗粒下降流存在。另外随着高度的增加，空隙率也 会增加，这是因为鼓泡态存在明显的下部密相区和上部稀相区。（2）湍流床流化图像灰度随横向位置和高度变化规律与鼓泡态相似。局部空隙率随横向位 置和高度的分布情况也同鼓泡态相似，中心区空隙率较大，两侧空隙率较小。随着高度的增 加，空隙率也在增加。有一点不同的是空隙率在横向上的变化趋缓，这个现象在床顶部尤为 明显。（3）快速流化床时边壁聚集的颗粒会减少，空隙率反而会上升。中心区由于有大量的上行 气流，所以空隙率会加大，且随

7、着高度的增加，颗粒相在减少，空隙率又会提高。（4）随着流量的增加。图形向灰度大的方向迁移，也就是说亮度在加大，这是因为气泡相 比例在扩大，颗粒在减小。随着流量的增大局部空隙率也在逐渐增大，局部扩散系数在减小。2、一种新型的回收飞灰循环使用的流化床锅炉。在循环硫化锅炉燃烧中，燃烧产生的飞灰一直是潜在的不可忽略的问题。通过对飞灰 性及整体锅炉的研究再研究，有学者提出在炉膛内的上部空间设置一个螺旋板式高温直流分 离器【5】。由这种分离器组成的循环床锅炉不仅保持高燃烧效率和高脱硫剂利用率，而且 引风阻力低，占地和高度均小于同容量的鼓泡床锅炉。3、一种循环流化床烘炉油枪【6】在对循环流化床的研究中，其烘

8、炉油枪一直是深入研究的课题之一，制造设计较好的烘 炉油枪具有可以达到烘炉(干)所需的温度、控制方便、高效、节能、可反复使用、制造费用 低的优点。在文献【6】中，所提及的循环流化床烘炉油枪，混合管轴心有盲孔，盲孔左端 为扩散室，右端为混合室，射流喷嘴从混合管的右端壁轴心密封伸入混合室，供油管也从混 合管的右端壁密封伸入混合室；混合管外同轴心固定左端开口右端封死的旋流管，旋流管内 孔壁与混合管的外圆柱面之间形成旋流二次风道，在出口处的混合管与旋流管之间固定多个 相向倾斜的挡板，旋流二次风管的一端从旋流管的右端壁密封伸入旋流二次风道，另一端与 压缩空气相通；旋流管外同轴心固定左端开口右端封死的直流管

9、，二者之间形成直流二次风 道，直流二次风管的一端从直流管的右端壁密封伸入直流二次风道，另一端与压缩空气相通。4、循环流化床锅炉受热面防磨装置一种能延长循环硫化床锅炉的运行周期，增加循环循环硫化床锅炉稳定运行时间的循 环硫化床锅炉受热面防磨装置【7】。其中包括锅炉膛、锅炉膛尾部烟道，锅炉膛和锅炉膛尾 部烟道的表面固定安装有抓钉，抓钉之间浇注有可塑料。本实用新型的优点是：本实用新 型是在炉膛四角和尾部烟道包墙管的鳍片上焊抓钉，浇注耐火耐磨可塑料，采用可塑料是因 为其成型较好且凝固期较短，无需烘炉。实践表明，通过采取以上防磨措施后，本实用新 型的运行周期可有效延长，减少了因锅炉磨损引起的停炉检修次数

10、，增加循环硫化床锅炉稳 定运行时间，运行效果好。5、循环流化床锅炉床下点火装置循环硫化床锅炉床下点火装置一直要求是结构简单、使用寿命长、维修方便投资小等 等。在对其设计研究中，由烟台双强燃烧控制工程有限公司设计的一种循环流化床床下点火 装置，包括点火枪、点火燃料喷嘴、火检探针、点火风进风口、点火风室、点火燃烧室、主 燃料喷嘴、第一、二稳燃器、高温烟气室、助燃掺混风进风口及高温烟气风室，助燃掺混风 进风口焊接于高温烟气风室侧壁，点火风室与高温烟气室焊接，第二稳燃器焊接于点火风室 与高温烟气室之间，点火风室侧壁上焊接有点火风进风口，第一稳燃器与点火燃烧室首尾焊 接设于点火风室内，点火燃烧室头部设有

11、点火枪及火检探针，第一稳燃器头部设有点火燃料 喷嘴，高温烟气室侧壁设有若干个主燃料喷嘴，主燃料喷嘴头部穿过高温烟气风室的头部， 高温烟气室的壁上开设有若干个进气孔【8】。此装置整体实现了点火装置的基本要求。6、循环流化床锅炉PIV系统的应用近年来大部分学者将研究的方法转向了 PIV这种高的技术上来。他们主要是基于PIV理 论自行构建适合于循环流化床内气固两相流动测试的PIV系统，其中浙江大学做得较好。 虽然目前国内外应用PIV技术测量研究循环流化床床内气固两相流动特性还处于刚起步阶 段，但是这些研究工作对今后将PIV技术应用到冷态和热态循环流化床气固流动特性研究 中具有很大的指导作用。PIV是

12、一种瞬态流动平面二维速度场测试技术；其基本原理是选择合适的示踪粒子播撒 于流场中；然后用激光片光源把被测流场照明；通过图像采集系统获得图像。其主要4大部 分组成：粒子选择添加系统、流场照明系统、图像采集控制系统和图像处理系统4】。他们 通过这种技术获得了一些清晰的微团图片，并经过详细分析得出了如下结论【9】：（1）循环流化床过渡区和稀相区颗粒团的存在及特性不尽相同。较低的物料循环流率 下过渡区就出现较多的颗粒团，其形成和破碎频率较高，而稀相区颗粒成团只有当颗粒粒径 足够小，床内颗粒的质量浓度达到一定时才开始出现。（2）床内存在的颗粒团依据结构形态分成抛物体状U形颗粒团，松散型颗粒团,致密型 颗

13、粒团，贴壁带状颗粒团以及小颗粒团等几类。（3）颗粒团的运动速度在一定范围内快速变化其轴向速度一般远大于径向速度。（4）上升颗粒团的破碎一般是由于气流的冲刷引起，而下落颗粒团的破碎原因有两种 可能，一种是被气流吹散；一种是沿着壁面流动或与边壁环形浓相区颗粒团叠加，逐渐被气 流冲刷削薄，形成浓相区边壁流动。总结通过进一步对循环流化床锅炉的设计研究，循环流化床锅炉的应用前景将会变得非常宽 阔。循环硫化床目前主要的主要优点如下【10】：（1）燃料适应性广。这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量 计，燃料仅占床料的13%，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。在加热过程 中，所吸

14、收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小。燃烧效率高。循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在9599% 范围内。高效脱硫，氮氧化物(NOX)排放低。燃烧强度高，炉膛截面积小。其截面热负荷约为3.54.5MW/m2，接近或高于煤粉 炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大23倍。负荷调节范围大，负荷调节快。当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环 量，不必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。燃料预处理系统简单。循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于13mm，因此与煤粉锅炉相 比，燃料的制备破碎系统大为简化。给煤点少。循环流化床锅炉的炉膛

15、截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所 需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。保护环境，节约能源是各个国家长期发展首要考虑的问题，总的来说循环流化床锅炉正 是基于这一点而发展起来，其高可靠性，高稳定性，高可利用率，最佳的环保特性以及广泛 的燃料适应性，特别是对劣质燃料的适应性，越来越受到广泛关注，完全适合我国国情及发 展优势。参考文献汪军，马其良，张振东.工程燃烧学.中国电力出版社.2008年7月.陈永国，田子平，钟志强等.基于图像处理技术的循环流化床流体动力特 性的研究.上海交通大学机械与动力工程学院.2003年4月田子平，钟志强，陈永国等.循环流化床中气固两相流动特性的可视化 研究.上海交通大学机械与动力工程学院.2003年3月：120-124陈俊，田子平，赵刚，李茂雨.流化床流体动力特性的图像处理方法研 究.上海交通大学.2002年2月杨建华.【专利分类号】：F23C010