旋流鍋爐氣固分離系統(tǒng)流動特性分析

旋流鍋爐氣固分離系統(tǒng)流動特性分析

0內(nèi)部流動特性的研究循環(huán)流暢性發(fā)電技術(shù)是解決能源危機和氣候變化的傳統(tǒng)凈潔煤發(fā)電技術(shù)之一。通過循環(huán)流化床鍋爐的超臨界大型化,可進一步提高供電效率和降低污染物排放,是清潔煤燃燒領(lǐng)域的熱點之一。在CFB鍋爐燃燒系統(tǒng)大型化過程中,如果對內(nèi)部流動特性認識不足,會造成燃燒和分離系統(tǒng)設(shè)計不當、系統(tǒng)運行效率不高、風(fēng)險性大等問題,是制約循環(huán)流化床鍋爐大型化發(fā)展和應(yīng)用的主要因素旋風(fēng)分離器內(nèi)部流動特征參數(shù)測量中,旋風(fēng)分離器中固相濃度分布的在線測量是旋風(fēng)分離器實驗研究的難點和關(guān)鍵問題。廖磊已在本文實驗裝置上進行了測量實驗研究,定性研究了旋風(fēng)分離器的分離特性,本文將在此基礎(chǔ)上采用電容層析成像(ECT)技術(shù)進行旋風(fēng)分離器入口固相顆粒濃度的在線測量,分析旋風(fēng)分離器入口固相顆粒濃度的分布特性,并結(jié)合壓力測量結(jié)果進行分析比較,研究超臨界循環(huán)流化床多分離器系統(tǒng)固體顆粒分布特性。1旋轉(zhuǎn)軸兩組載荷對比圖1為六個旋風(fēng)分離器采用軸對稱并聯(lián)布置循環(huán)流化床冷態(tài)實驗臺。爐膛主體高度5.8m,橫截面920mmx420mm。六個旋風(fēng)分離器采用相對爐膛出軸對稱并聯(lián)布置方案，具體參見圖1(a)和(b)。旋風(fēng)分離器逆時針標號分別為No.1至No.6.實驗臺供風(fēng)系統(tǒng)由鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和空氣壓縮機組成。旋風(fēng)分離器入口三段式設(shè)計，中間采用法蘭固定，中間段布置12電極電容傳感器,用于旋風(fēng)分離器入口處固相顆粒濃度測量,具體結(jié)構(gòu)見圖2。1.2交流充放電系統(tǒng)固相顆粒濃度是由電容層析成像測量系統(tǒng)測量,電容采集系統(tǒng)基于交流充放電系統(tǒng)。電極通過標準電容電纜(RG-174)與多通道交流電容采集系統(tǒng)(AC-ECT)連接,系統(tǒng)通過NI-PCI6024E數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接。1.3電容層析成像測量實驗主要考慮一次風(fēng)流量和床料量兩個影響因素,床料量分別為220kg、270kg,實驗工況見表1。按照以上設(shè)計的6組工況進行了電容層析成像測量,實驗中,待一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)到設(shè)計工況、系統(tǒng)循環(huán)回路穩(wěn)定運行后,開始電容層析成像測量。同一工況隨一次風(fēng)流量上行和下行各測一次,每次測量5000組數(shù)據(jù),圖像重建采用LBP,并利用Landweber算法進行迭代,以提高成像質(zhì)量。測量區(qū)域的像素個數(shù),本文取為34×109,傳感器靜態(tài)測量和誤差分析參見文獻。3測量結(jié)果分析3.1濃度分布分析通過圖像重建可得到電容傳感器測量段平均濃度分布圖,圖3給出了軸對稱布置型式下六個旋風(fēng)分離器入口電容傳感器測量段某一瞬時的濃度分布圖。濃度分布圖顯示的是電容傳感器測量段垂直于紙面方向所有截面的平均截面濃度,顆粒濃度集中一側(cè)(圖中紅色集中區(qū)域)為電容傳感器測量段截面底部,截面底部方向與切向式旋風(fēng)分離器入口一致。由圖3可知,六個旋風(fēng)分離器入口顆粒濃度分布基本上呈軸對稱分布,顆粒主要集中于旋風(fēng)分離器入口切向壁一側(cè),說明顆粒主要沿旋風(fēng)分離器入口切向壁進入旋風(fēng)分離器筒體進行分離,分離效果較好。3.2原始電容信號的周期圖4給出了床料量為220kg,爐膛表觀風(fēng)速分別為3.23m3.95n/s、4.67m/s時,測量時間段內(nèi)的原始電容信號變化。由圖4可見,電容信號呈現(xiàn)周期性的波動特性;在相同的工況(相同床料量和相同爐膛表觀風(fēng)速)下,爐膛同一側(cè)三個返料系統(tǒng)測量原始電容信號存在差異。對其它床料量(270kg)的數(shù)據(jù)分析也能得到相同的結(jié)論。3.3旋轉(zhuǎn)器入口顆粒濃度隨爐搗變化的變化規(guī)律表2給出了六個測量工況下旋風(fēng)分離器入口顆粒濃度在測量時間段內(nèi)的時均值。根據(jù)表2,三個旋風(fēng)分離器入口顆粒濃度時均值相對相應(yīng)的返料器內(nèi)部顆粒濃度偏大,分析原因是穩(wěn)定運行時,旋風(fēng)分離器入口出現(xiàn)顆粒堆積現(xiàn)象導(dǎo)致,但是相對于旋風(fēng)分離器入口顆粒濃度真實值偏低,這是由于空場標定所致。圖5表示在床料量為220kg時,在不同爐膛表觀風(fēng)速下爐膛同一側(cè)三個旋風(fēng)分離器入口斷面固相顆粒平均濃度分布波動圖。由圖5可知,旋風(fēng)分離器入口斷面固相顆粒平均濃度呈現(xiàn)周期性的波動,爐膛一次風(fēng)入口右側(cè)靠近一次風(fēng)入口的旋風(fēng)分離器No.4入口斷面平均濃度較同側(cè)其它兩個大。3.4表觀風(fēng)速對斷面固相顆粒濃度的影響圖6表示六個旋風(fēng)分離器入口煙道內(nèi)固相顆粒濃度橫向分布與爐膛表觀風(fēng)速的關(guān)系。圖6中,橫坐標0到1表示從旋風(fēng)分離器入口切向外壁到內(nèi)壁,縱坐標表示橫向方向上各位置處的顆粒平均濃度。由圖6可知,六個旋風(fēng)分離器入口斷面固相顆粒濃度橫向分布基本變化規(guī)律為,隨爐膛表觀風(fēng)速增大,斷面固相顆粒濃度增大,斷面固相顆粒濃度橫向分布曲線上移。圖7表示床料量為220kg時，在不同爐膛表觀風(fēng)速下,爐膛同一側(cè)三個旋風(fēng)分離器入口煙道內(nèi)固相顆粒濃度橫向分布大小關(guān)系。由圖7可知，爐膛同一側(cè)三個旋風(fēng)分離器入口斷面固相顆粒濃度橫向分布基本變化規(guī)律為，爐膛一次風(fēng)入口右側(cè)三個旋風(fēng)分離器(No.4～No.6)中，靠近一次風(fēng)入口的No.4旋風(fēng)分離器入口固相顆粒平均濃度最大3.5速下分布的分布根據(jù)表2,在床料量相同條件下,三個旋風(fēng)分離器入口顆粒濃度在不同爐膛表觀風(fēng)速下的分布,如圖8所示。由圖8可知,旋風(fēng)分離器入口顆粒濃度存在差異,不同工況下均勻性程度不同,結(jié)果表明,靠近一次風(fēng)入口的No.4號旋風(fēng)分離器入口固相顆粒平均濃度最大,No.5號中間旋風(fēng)分離器入口固相顆粒平均濃度最小。3.6測量結(jié)果分析比較其他測量方法結(jié)果見表3、表4和圖9～圖11,將本文測量結(jié)果與其進行比較分析可得,在相同床料量下,旋風(fēng)分離器壓降和返料流率隨爐膛表觀風(fēng)速增大而增大,其結(jié)果與電容層析成像結(jié)果一致。4固相顆粒分布規(guī)律對于六個旋風(fēng)分離器采用軸對稱布置型式的電容層析成像測量實驗,得到如下結(jié)論:1)在相同床料量下,隨爐膛表觀風(fēng)速增大,各個位置的旋風(fēng)分離器入口斷面固體顆粒平均濃度增大,返料流率增加;2)旋風(fēng)分離器入口內(nèi)固相顆粒平均濃度沿橫向分布規(guī)律為:固相顆粒主要聚集在入口切向外壁處,切向外壁處固相顆粒平均濃度遠高于其他位,固相顆粒平均濃度沿外壁到內(nèi)壁方向先急減小后變化平緩;3)在相同條件下,不同位置的旋風(fēng)分離器入口固相顆粒分配不均,不同工況下均勻性程度不同。三個旋風(fēng)分離器(No.4～No.6)呈現(xiàn)基本規(guī)律為:靠近一次風(fēng)