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循环流化床锅炉床下等离子体点火的特性研究

作　者: 邰翔
导　师: 张华
学　校: 北京交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 等离子体点火等离子体燃烧器循环流化床锅炉床下风道数值模拟试验研究
分类号: TK227.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 59次
引　用: 1次
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内容摘要

循环流化床锅炉是新一代高效低污染的燃烧设备,具有燃料适应性广、环保性能优良等优点。等离子体点火技术可以减少锅炉点火时的用油量,实现无油点火,同时减少低负荷运行时的助燃用油量,是降低电厂成本的有效手段。本文首次研究了等离子体点火在循环流化床锅炉床下点火中的应用。首先,利用试验研究和数值模拟对三型等离子体燃烧器热态点火进行研究,研究了燃烧器结构、一次风速和煤粉浓度的变化对燃烧的影响。研究表明,喷口φ350mm的等离子体燃烧器比φ325mm的燃烧效果好；当一次风速为22m/s,煤粉浓度为0.3kg/kg时,既保证了燃烧器出口温度较高,又保证有较充足的煤粉在风道中燃烧来加热二次风。其次,对循环流化床锅炉床下风道的燃烧情况进行试验研究与数值模拟,分析床下风道内的燃烧效果以及结构变化、不同配风比对燃烧的影响。研究表明,调整配风比可以保证煤粉燃尽率,使风道温度快速升高来加热床料；通过在风道挡板处加入小孔,减少风道内的回流量,避免烧损风道；当一次风速为22m/s,周界风速为8m/s,燃尽风速为11m/s,煤粉浓度为0.3kg/kg时,既能达到加热床料的温度要求,又能保证风道内回流量较少,避免风道烧损。最后,对采用等离子体点火启动循环流化床锅炉过程中的风帽堵塞、风室积灰和风室防爆问题做了一定的分析。分析得到,煤粉颗粒不会造成风帽堵塞；需要在风室内和风道末端安装放灰斗,定时放灰；由于风室内可燃物较少,不会发生风室内爆燃现象。通过以上对循环流化床锅炉床下等离子体点火的特性研究,可以证明循环流化床锅炉的点火方式采用等离子体点火是切实可行的,可以达到无油启动,为电厂节省了发电成本。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-26
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 循环流化床锅炉  13-14
  1.3 等离子点火技术  14-19
    1.3.1 等离子体的定义  14-15
    1.3.2 等离子煤粉无油点火原理  15-16
    1.3.3 煤粉与等离子体的作用  16-18
      1.3.3.1 煤的常规热解  16-17
      1.3.3.2 煤在等离子体中的热解  17
      1.3.3.3 煤粉在等离子体中热解的影响因素  17-18
    1.3.4 等离子体对煤粉的热化学处理  18-19
  1.4 等离子点火技术的国内外研究现状  19-24
    1.4.1 国外等离子点火技术的研究现状  19-22
    1.4.2 我国在等离子点火方面的应用情况  22-24
  1.5 本文的主要研究内容  24-26
2 煤粉燃烧的数学模型  26-36
  2.1 基本控制方程  26-27
  2.2 湍流流动模型  27
  2.3 离散相模型  27-28
  2.4 气相湍流燃烧模型  28-29
  2.5 煤粉燃烧模型  29-31
    2.5.1 挥发分热解模型  29-30
    2.5.2 焦炭的燃烧模型  30-31
  2.6 辐射换热模型  31-33
  2.7 数值求解方法  33-34
    2.7.1 区域的离散化  33-34
    2.7.2 流场数值算法  34
  2.8 计算模型小结和主要修改的物性参数  34-36
3 等离子体燃烧器试验研究与数值模拟  36-66
  3.1 锅炉介绍及改造方案  36-38
    3.1.1 锅炉基本介绍  36-37
    3.1.2 锅炉改造方案  37-38
      3.1.2.1 燃烧器改造  37
      3.1.2.2 煤粉系统  37-38
  3.2 等离子体燃烧器介绍  38-40
  3.3 等离子体燃烧器着火特性的数值模拟  40-58
    3.3.1 网格划分  40-41
    3.3.2 采用的煤种  41
    3.3.3 等离子体燃烧器内燃烧过程分析  41-49
    3.3.4 燃烧器结构特性研究  49-52
    3.3.5 一次风速对燃烧器内煤粉燃烧的影响  52-55
    3.3.6 煤粉浓度对煤粉燃烧的影响  55-58
  3.4 等离子燃烧器试验研究  58-63
    3.4.1 试验目的  58
    3.4.2 试验系统  58-59
    3.4.3 试验方法  59-60
    3.4.4 试验结果  60-63
      3.4.4.1 喷口大小对燃烧器出口温度的影响  60-61
      3.4.4.2 一次风速对燃烧器出口温度的影响  61-62
      3.4.4.3 煤粉浓度变化对燃烧器出口温度的影响  62-63
  3.5 数值模拟与试验结果的比较  63
  3.6 本章小结  63-66
4 床下风道点火试验研究与数值模拟  66-88
  4.1 研究对象  66-67
  4.2 床下风道点火试验研究  67-75
    4.2.1 试验目的  67
    4.2.2 试验对象简介  67
    4.2.3 试验系统  67-68
    4.2.4 试验方法  68-71
    4.2.5 床下点火风道试验结果  71-75
      4.2.5.1 床下风道点火过程分析  71-73
      4.2.5.2 不同配风对点火效果的影响  73-75
  4.3 床下风道着火特性的数值模拟  75-84
    4.3.1 床下风道模型介绍  75-76
    4.3.2 网格划分  76
    4.3.3 采用的煤种  76
    4.3.4 床下点火风道模拟结果与分析  76-84
      4.3.4.1 床下风道热态模拟分析  76-80
      4.3.4.2 点火风道结构对流场的影响  80-82
      4.3.4.3 床下风道中不同配风对床下点火的影响  82-84
  4.4 床下风道着火特性数值模拟与试验结果的比较  84-85
  4.5 本章小结  85-88
5 实际运行时可能遇到的问题分析  88-92
  5.1 风帽烧损、堵塞的问题  88
  5.2 床下风室积灰问题  88-89
  5.3 床下水冷风室防爆问题  89-92
6 全文总结及展望  92-94
  6.1 全文总结  92
  6.2 展望  92-94
参考文献  94-98
作者简历  98-102
学位论文数据集  102

循环流化床锅炉床下等离子体点火的特性研究

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