论文总字数：28988字

摘 要

在现有的锅炉燃烧技术中，循环流化床技术凭借着自身优秀的燃烧强度与效率以及良好的燃料适应性，逐渐普及到我国能源产业中。伴随着相关技术的推广，循环流化床对流受热面飞灰沉积问题愈加引起人们的重视。积灰造成的传热效率下降等问题严重影响电厂安全经济运行，因此，建立适用于循环流化床对流受热面飞灰沉积模型具有可观的理论价值与实际意义。

此次研究首先通过建立稳态的烟气流场，从而初始化飞灰颗粒相关运动参数。随后构建了合适的颗粒动力学模型，选用基于速度的积灰准则，建立了比较完整的可以有效模拟循环流化床对流受热面飞灰沉积的积灰模型。

其次，以建立的数值模型为研究对象，进行了30分钟的积灰过程计算，分析了在给定的飞灰颗粒粒径分布、质量流量、速度，积灰壁面表面温度以及烟气温度等运行参数下所研究的积灰试验管上积灰强度。随后，研究了相应的运行参数对积灰强度以及积灰区域面积的影响。结果表明：在本次试验的案例基础上，积灰管上的积灰强度随着飞灰颗粒粒径的增大而显著增大，同时产生积灰的区域面积也随之明显增大；飞灰颗粒速度的增加使得总体的积灰强度上升；积灰管管壁温度以及烟气温度对积灰的影响相较于前两者可以忽略不计。

关键词：循环流化床，飞灰颗粒，积灰

Abstract

In the existing boiler combustion technology, circulating fluidized bed technology is gradually popularized in China's energy industry by virtue of its excellent combustion intensity and efficiency and good fuel adaptability. With the promotion of related technologies, the problem of fly ash deposition on the convective heating surface of circulating fluidized beds has attracted increasing attention. Problems such as the decrease of heat transfer efficiency caused by dust accumulation seriously affect the safe and economic operation of the power plant. Therefore, it is of considerable theoretical value and practical significance to establish a fly ash deposition model suitable for circulating fluidized bed convection heating surfaces.

The study first established the steady-state smoke flow field to initialize the fly ash particle related motion parameters. Subsequently, a suitable particle dynamics model was constructed and a speed-based dust accumulation criterion was selected to establish a relatively complete dust deposition model that can simulate the deposition of fly ash on the convective heating surface of a circulating fluidized bed.

Secondly, with the established numerical model as the research object, a 30-minute ash deposition process was calculated and analyzed under the influence of factors such as the particle size distribution, mass flow rate, velocity, and ash deposition surface temperature of the given fly ash particles. Ash deposit test tube on the ash strength. Again, the influence of the above influencing factors on the fouling characteristics was discussed. The results show that the strength of dust accumulation on the ash collection pipe increases significantly with the increase of the particle size of the fly ash particles, and the area of the ash accumulation area also increases significantly. The increase of the fly ash particle velocity makes the overall the dust deposition intensity increased, but the area of dust accumulation decreased; The ash deposits with lower temperature have stronger ash deposition. However, it has less effect compared with the other two.

KEY WORDS: Circulating fluidized bed, Fly ash particles, Accumulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文研究目的与内容 4

第二章 循环流化床对流受热面的飞灰沉积模型 5

2.1 流动模型 5

2.1.1 基本守恒方程 5

2.1.2 湍流流动模型 5

2.2 颗粒动力学模型 6

2.2.1 颗粒粒径分布函数 6

2.2.2 热泳力模型 6

2.3 积灰准则 7

2.4 本章小结 9

第三章 循环流化床对流受热面飞灰沉积特性 10

3.1 数值计算方法 10

3.1.1 网格划分 10

3.1.2 边界条件 12

3.1.3 计算方法 12

3.2 流场和温度场模拟结果与分析 13

3.2.1 流场压强分布 13

3.2.2 流场速度分布 14

3.2.3 温度分布 14

3.3 飞灰颗粒沉积特性 15

3.4 本章小结 16

第四章 受热面飞灰沉积特性影响因素 17

4.1 工况设置 17

4.2 飞灰颗粒粒径分布对积灰特性的影响 17

4.3 烟气入口速度对积灰特性的影响 20

4.4 积灰管壁面温度对积灰特性的影响 22

4.5 烟气入口温度对积灰特性的影响 23

4.6 本章小结 24

第五章 结论与展望 25

致谢 27

参考文献 28

绪论

课题背景

当下，高质量能源需求与日俱增，而受制于优质能源储量有限，新能源研究与应用成本短时间难以降低等因素，低热值燃料有效利用也愈发受到社会的重视。以中国为例，2017年中国产煤量达到35.2亿吨，其中低热值煤占总量的10%-20%^[1]。除此以外，在煤矿开采完成后，产生的副产品例如劣质煤、矸石、泥煤等数量极大，年产量可达到3亿吨。为了充分利用这部分低热值能源，有效提高能源利用率，人们开发并推广了循环流化床燃烧技术。

相对于其他燃烧技术，循环流化床燃烧技术具有以下特点^[2]:（1）燃料适应性广，适用于低热值、高水分、热值波动大的燃料焚烧；（2）炉内混合强烈，炉膛内温度场均匀，有利于控制污染物排放；（3）炉内燃烧强度和传热强度高，单位面积处理量大，投资省；(4)燃烧设备和锅炉结构属成熟产品并已商品化；炉内没有运动部分，使用寿命长；(5)启停方便，操作方便，运行稳定。凭借着以上优势，循环流化床燃烧技术被广泛应用于我国能源产业中。

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