论文总字数：24930字

摘 要

旋风分离器是一种用于在循环流化床锅炉系统中对气固体系或者液固体系的分离的设备。该设备利用气固混合物在做高速旋转时所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的干式气固分离设备。旋风分离器的性能直接影响整个电厂系统的成本、效率以及其中设备的运行寿命，因此通过对旋风分离器的改造提高其性能具有重要的意义。

目前大多数电厂面临深度调峰的任务，为了适应深度调峰，循环流化床锅炉电厂需要根据负荷变化来调整流化床循环倍率，但是这一技术目前难以实现，或者存在诸多困难。

本课题希望通过在旋风分离器中引入干扰风来达到改变旋风分离器分离效率，间接控制循环倍率的目的。

为了验证该改造方案的可行性，本课题主要通过搭建冷态模拟实验平台，进行冷态模拟实验，以构建筑旋风分离器三维模型，并使用Fluent软件来进行数值模拟计算这两种研究手段，来对该方案的可行性进行分析与研究。希望通过分析冷态模拟试验的实验数据与现象，以及模拟计算得到的流场速度云图，物料流动轨迹图等结果，对这一方案的可行性有一个初步的评估。

关键词：循环流化床锅炉；旋风分离器；数值模拟计算；冷态模拟实验

ABSTRACT

Cyclone separator is a kind of equipment used in the circulating fluidized bed boiler for the separating gas-solid system or liquid-solid system. The equipment uses the centrifugal force produced by the gas-solid mixture in high-speed rotation to separate the dust from the airflow. The performance of cyclone separator directly affects the cost, efficiency and operation life of the whole power plant system. Therefore, it is of great significance to improve the performance of cyclone separator through its modification.

At present, most power plants are facing the task of deep peak shaving. In order to adapt to deep peak shaving, circulating fluidized bed boiler power plants need to adjust the circulating rate of the fluidized bed according to the load change, but this technology is difficult to achieve or there are many difficulties.

The purpose of this project is to change the separation efficiency of cyclone separator and indirectly control the cycle ratio by introducing interference wind into cyclone separator.

In order to verify the feasibility of the scheme, the feasibility of the scheme is analyzed and studied by building a cold simulation experimental platform, conducting cold simulation experiments and building a model of cyclone separator, and using Fluent software to carry out numerical simulation calculation. It is hoped that the feasibility of this scheme can be preliminarily evaluated by analyzing the experimental data and phenomena of the cold simulation test, as well as the velocity nephogram of the flow field and the trajectory diagram of the material flow obtained from the simulation calculation.

Key words：circulating fluidized bed boiler; cyclone separator; numerical simulation; cold simulation experiment

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 5

1.1引言 5

1.2研究背景及研究意义 5

1.3国内外研究现状 6

第二章 课题具体方案及思路 10

2.1旋风分离器简介 10

2.2 针对旋风分离器的改进方案 12

2.3实验及模拟计算设计方案 14

2.3.1冷态模拟实验 14

2.3.2仿真模型模拟计算 14

第三章 实验台及软件介绍 16

3.1软件介绍 16

3.2实验台介绍 16

第四章 冷态模拟实验 19

4.1改造前的冷态模拟实验 19

4.2实验台改造方案 20

4.3改造后的冷态模拟实验 21

4.4实验数据处理及结果分析 22

4.4.1改造前的实验数据 22

4.4.2改造后的实验数据 24

第五章 仿真模型模拟计算 29

5.1三维模型构建 29

5.2三维模型网格化 29

5.3模拟仿真运算 33

5.4运算结果分析 34

5.4.1流场速度云图 34

5.4.2颗粒流动轨迹 37

第六章 结论及展望 44

参考文献 45

致 谢 47

第一章 绪论

1.1引言

自古以来，能源就是人类社会文明发展不可或缺的重要的物质基础。从工业革命开始，社会经济的发展对能源的需求量提大幅提升。煤炭、石油和天然气等化石能源被大量的开采利用，社会经济高速发展，但是同时这也带来了全球气候变暖、环境污染等一系列问题。另外，由于传统化石能源的储量十分有限，这就对新能源的开发和利用提出了新的要求。

随着新能源规模的不断增加与开发，及新能源波动大的特点，给电网的稳定及调度提高了难度，为了保证电网能够稳定，同时能够最大限度消纳新能源，火电厂就必须承担电网深度调峰的任务，深度调峰已经成为常态，并且调整幅度会越来越大。在这种情况下，常规循环流化床锅炉的深度调峰又受到了低负荷锅炉安全稳定运行及环保参数难控制问题的影响，深度调峰幅度会大大降低，这样就会大大降低深度调峰收益，甚至会受到电网考核，因此，我们亟需开展物料循环倍率控制的研究。

1.2研究背景及研究意义

本课题基于东锅生产的DG1089/17.4-Ⅱ1型循环流化床锅炉，其类型为亚临界压力、一次中间再热、自然循环、单炉膛、汽冷式旋风分离器、平衡通风、固态排渣循环流化床锅炉，锅炉脱硝采用SNCR系统，反应剂为50%尿素溶液。目前受电网要求，将要参与深度调峰，目前调峰幅度为115MW，在115MW负荷运行的情况下，锅炉床温800℃，分离器入口烟温730℃左右，锅炉原烟气中NOx含量在60-90mg/m3左右，而尿素的最佳反应温度在850—1100℃，最低反应温度不低于800℃。当温度低到730℃时，通过SNCR脱硝喷枪喷入尿素溶液后基本不能反应，无法实现NOx在50mg/m3以下的排放要求。同时锅炉低床温运行会导致锅炉燃烧不充分，锅炉效率下降。

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