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南京工程学院NanjingInstituteOfTechnology毕业设计英文资料翻译TheTranslationOfTheEnglishMaterialOfGraduationDesign学生姓名：学号：Name：Number：240122104所在学院：College：CollegeOfEnergyAndPowerEngineering专业：热能与动力工程Profession：ThermalEnergyandPowerEngineering指导教师：Tutor：ZhangSiwen2016年3月10日床层压降对循环流化床锅炉特性的影响HairuiYang,†HaiZhang,*,†ShiYang,†GuangxiYue,†JunSu,‡andZhipingFu§DepartmentofThermalEngineering,KeyLaboratoryforThermalScienceandPowerEngineeringofMinistryEducation,TsinghuaUniVersity,Beijing,100084,China,TaiyuanBoilerGroupCo.Ltd,Taiyuan,030021,China,andShanxiLishiDatuheHeatandPowerCogeneration,Lishi,033000,ChinaReceiVedJanuary11,2009.ReVisedManuscriptReceiVedApril4,2009摘要：本文对循环流化床的影响因素床层压降和床料量进行了研究。根据国家规范设计理论，对常规循环流化床锅炉炉内气固两相流进行了改造，通过在一个较低的床层压降下控制床层特性，降低了流化床的库存量。通过理论分析，结果表明存在一个理论最佳值的床层压降。在这个床层压降下能使锅炉运行达到最大的燃烧效率，能够减少加热面磨损与风机能耗。通过实地测试验证，循环流化床锅炉额定容量在75t/h时能够实现床层压降理论最佳值。在锅炉满负荷运行情况下，当床层压降从7.3kpa降到3.2kpa时，炉膛下部飞灰密集区域的高度会有一点降低，但炉膛上部的飞灰密度和飞灰流速几乎没有影响。因此，在这两个床层压降下炉膛的平均传热系数几乎不变，且炉膛温度增量小于17℃。通过进一步研究发现，飞灰中的碳含量会随着床层压降的降低而降低，随着床层压降的升高而升高。并且最小含碳量的转折点是最佳床层压降点。而在锅炉中，最佳床层压降点为5.7kpa，整体过量空气系数为1.06。锅炉在这个最佳点时运行，不仅提高了燃烧效率，而且使风机能耗和受热面磨损都大大减少。1.介绍在过去的二十年里，由于循环流化床具有以下这三个优点，燃料的广泛灵活性、具有成本效益的排放控制、以及大范围的负载调整，使得循环流化床锅炉技术得以迅猛发展。目前，它已成为世界上主要的商业适用的洁净煤技术之一。在中国，现在运行的流化床锅炉总数已超过3000个，在中等规模的工业锅炉市场上发挥着不可替代的重要作用。此外，近年来，大型锅炉使用市场中也出现了循环流化床锅炉。到目前为止，全世界仍然有许多单位的300兆瓦机组的流化床锅炉在运行。而且，在中国世界上最大规模的600MW超临界循环流化床锅炉已在2011年底投入运行。然而，循环流化床锅炉技术仍处于开发阶段，目前仍面临着许多挑战。其中有三个主要方面，分别是燃烧效率低下、厂用电量大、受热面侵蚀严重。与传统燃煤锅炉相比，由于循环流化床炉床物料量大，一次风机和二次风机需要更高的压头，因此需要消耗额外的1%-2%厂用电量。此外，由于较低的燃烧温度和较大的煤炭颗粒导致循环流化床锅炉的燃烧效率较低。结果表明，加热表面的磨损，特别是在低品质煤燃烧时更严重，这大大降低了锅炉的可用性。如何解决这些问题，使循环流化床技术更具成本效益和更加可靠，为其进一步发展具有重要意义。从燃烧效率的角度来看，不符合标准的煤粉粒子在炉膛中要有足够的燃烧停留时间。但这些颗粒也增加了进入炉膛的二次风的阻力。然而，不符合标准的颗粒碳损失只占总碳损失的一小部分，比飞灰中的碳含量损失要少得多。而且发现LOI在循环流化床锅炉主要影响因素与化学反应速率有关，包括燃料反应性、床层温度、床料停留时间，气体混合与扩散阻力对氧燃料的表面影响。此外，LOI也受床压降的影响。不同于对风机能耗和受热面磨损的影响，床层压降对燃烧效率的影响有两方面。一方面，在炉膛中，床压降的增加会导致平均固体悬浮密度增加，使周围稀疏的煤粉颗粒向密集区聚集。如果煤粉颗粒测定速度高于Ug（流化气流速度，m/s），那么煤粉的集聚速度将下降，并且会与周围的煤粉混合。这种现象能提高煤粉混合率，延长煤粉在炉膛中的停留时间。另一方面床压降对燃烧效率也有影响。如图1所示，可以看出最佳的床压降数值且在最佳点时，循环流化床的燃烧效率最大，风机能耗和受热面的磨损都会大大减少。图12．锅炉用于现场试验为了验证重建的流化状态是否符合标准，我们在多台循环流化床锅炉中进行了一系列现场试验。本文获得的结果基于锅炉额定容量为75t/h的循环流化床锅炉。在中国，太原锅炉厂利用清华大学的专利技术，设计出一种新型蒸汽介质温度与压力的75t/h循环流化床锅炉。如图2所示，这个循环流化床锅炉的主要配置类似于其他75t/h循环流化床锅炉。然而，在受热面布置的一些修改都是重新计算的，这些计算是基于热释放分布作为流化状态的重建结果。在中国山西，Datuhe电站锅炉从2006运营至今。它的燃料是从当地煤炭洗选厂送来的中等煤炭，它的属性如表1所示。图2表一我们要控制好送入炉膛中煤的粒度分布，既不能太粗也不能太细。如图3所示，大约90%的粒子直径要小于4毫米。实验表明60%颗粒直径约为1-2毫米。而火山灰形成的火山灰颗粒，其中60%颗粒直径在100-1000μm之间，这基本符合循化流化床的煤粉颗粒要求。现场测试是在满负荷情况下运行的。分别通过控制底灰、循环灰的排放，使炉膛压降调整为3.2，3.8，5.6，和7.3kPa。循环灰是通过排放阀排放。而锅炉在这些压降下始终保持稳定燃烧。在测试期间，一次风和二次风的流速保持不变，流化速度和Ug是保持在4.4-4.6m/s之间。3．结果与讨论3.1不同床层压降下的轴向固体悬浮密度分布。忽略了重力加速度和摩擦的影响，我们可以计算出沿炉内的轴向颗粒悬浮密度分布与沿轴向床层的压力降。图4显示了在不同测试条件下轴向的颗粒悬浮密度。可以看出M的影响较大。随着床层压力下降，在炉中间有更多的灰渣。值得注意的是，在3.4米的顶部附近的锥形部，煤粉颗粒悬浮密度有着明显的变化。图4在不同的情况下，循环密封的压力下降结果列于表2。在试验过程中，循环密封的充气空气流量几乎是恒定的。提供的阻力系数是常数，粒子流量GS通过回路密封线性变化与施加的压力，在不同条件下的GS根据环密封压力损失可以看出，随着床层压降的增加，密相区高度的也随着增加，而GS和FS几乎是不变的，如图4和表1所示。表23.2炉内温度分布及传热系数如表2，根据热吸收的工作介质和床层温度可以计算得出总传热系数和辐射换热系数。若对流换热系数略有增加，则证明在炉膛上部的热传导系数略有变化。图5显示了不同条件下的炉内温度分布。与表3相一致，随着床压降的增加，平均床温从911摄氏度下降到895摄氏度，从换热角度看，温度下降是煤粉颗粒浓度升高的结果。表3图53.3飞灰含碳量因为燃料中的粗颗粒煤被筛选出来，所以炉灰渣的颗粒大小比较适合。灰渣中90%的煤灰颗粒比2毫米细。这使得粉煤灰也更细，有50%的煤灰在30-50μm的范围之间，超过95%煤灰小于100μm。结果表明，循环灰分离器有很高的分离效率。3.4风机的能耗锅炉在床层压降较低情况下运行时，循环流化床一次风压与二次风压都会降低。因此，风机能耗降低。一次风机、二次风机、送风机和引风机的主要变化如表4所示。4．总结床层压降，就是床层的库存量，对旋风炉和循环流化床锅炉的性能有重要的影响。在国家规范设计理论的基础上，将循环流化床锅炉炉膛内的气固两相流看作是快速流化床，这个快速流化床是由炉内的大颗粒与炉膛上部的细颗粒混合形成的。从传热的角度来看，在循环流化床锅炉中的煤灰可以分为两种，一种是在循环灰分离器中未完全燃烧的飞灰，另一种是在炉膛底部灰斗中的飞灰。由于炉膛上部仍在快速流化，当减少床压降时，仅仅对炉膛的传热有一点影响。床层压降显著影响煤颗粒的燃烧效率。大多数现有的循环流化床锅炉都会有存留大量的床层物料，在一个最佳的低床压降值的循环流化床中，不仅使得燃烧效率最大，风机能耗降低，还可以大大减少受热面的磨损。在锅炉额定容量为75t/h的循环流化床锅炉满负荷运行下，对床层压降影响的理论分析进行了实地测试验证。发现锅炉可以稳定的在重建的气固两相流的流化状态下安全燃烧。而这个重建的床层压降低至3.1kpa。在5.0-5.8kpa的最佳床层压降下，LOI从23%减少到17%。同时，锅炉及其辅助设备加热表面的侵蚀得以缓解。这个锅炉的最佳点床层压降在5.7kpa，过量空气系数为1.06。最佳床层压降还会影响锅炉几何(主要是炉高度)和煤炭类型。本文是在流体动力学、传热学、炉膛燃烧学等基础上，对如脱硫床层压降的影响，一氧化二氮的形成进行了大量的研究。文献：(1)Yue,G.;Lu,J.;Zhang,H.,etal.InDesignTheoryofCirculatingFluidizedBedBoilers.In18thInternationalFluidizedBedCombustionConference:Toronto,Canada,May2005;Jia,L.Ed.(2)Bai,D.;Kato,K.J.Chem.Eng.Jpn.1995,28,179–185.(3)Xu,G.;Gao,S.PowderTechnol.2003,137,63–76.(4)Rhodes,M.J.;Laussmann,P.Can.J.Chem.Eng.1992,70,625–630.(5)Chang,H.;Louge,M.PowderTechnol.1992,70,259–270.(6)WeinsteinH.;Graff,R.A.;Meller,M.;etal.TheInfluenceoftheImposedPressureDropacrossaFastFluidizedBed.InFluidization;Kunii,D.,Toei,R.Eds.;EngineeringFoundation,NewYork,1983;pp299-306,Vol.IV.(7)Li,J.;Tung,Y.;Kwauk,M.AxialVoidageProfilesofFastFluidizedBedsinDifferentOperatingRegions.InCirculatingFluidizedBedTechnologyII;Large,J.F.;Basu,P.Eds.;PergamonPress:Oxford,1988;pp193-203.(8)Mori,S.;Liu,D.;Kato,K.PowderTechnol.1992,70,223–227.(9)Li,Y.Chen,B.;Wang,F.;etal.HydrodynamicCorrelationsforFastFluidization.Kwauk,M.;Kunni,D.(10)Kim,S.;Numkung,W.;Kim,S.KoreanJ.Eng.1999,16,82–88.(11)Bai,D.;Jin,Y.;Yu,Z.;etal.PowderTechnol.1992,71,51–58.(12)Hu,N.,FlowRegimesintheUltraHighCFBRiser;BachelorThesis,TsinghuaUniversity:2008.(13)Lu,J.;Jin,X.;Yang,H.;etal.J.BasicSci.Eng.2000,8(1),97–105.(14)Bursi,J.M.Lafanechere,L.;