CFB循環流化床爐膛內氣固兩相流模擬分析及微合金導流板防磨方案

與常規煤粉燃燒相比，循環流化床的特點在于：首先，床內存在大量并不斷循環的物料，其質量、粒度分布、循環程度、濃度分布、熱容量等對動態特性有重大影響；其次，床料內存在著大量的未燃盡殘碳，其動態燃燒及消耗過程以及燃燒放熱位置對爐溫及其分布影響很大。針對上述特點，建立了以給煤量、給風量、排渣量為輸入的動態數學模型，它由氧質量平衡、殘碳動態燃燒過程的碳質量平衡、揮發份燃燒及殘碳燃燒的動態能量平衡以及以排渣量為主動操作量的動態床料質量平衡４個方程組成。

計算結果表明：該模型能夠正確地反映各種操作量變化時循環流化床的動態特性，而且計算速度滿足實時要求。

利用CFD軟件Fluent，基于顆粒動力學理論的雙流體模型對循環流化床鍋爐(CFBB)爐膛內氣固兩相流的宏觀流動特性進行了數值模擬。將爐膛壓降沿軸向的分布規律與理論值對比,驗證了本次數值模擬計算的準確性。通過定性與定量分析，得到爐膛內顆粒固含率呈中心高，邊壁低的"環-核"流動結構及顆粒軸向速度中心處向上，邊壁處向下的內循環流動形式。另外,改變操作氣速與質量循環流率，沿軸向爐膛中下部區域及沿徑向邊壁區顆粒固含率分布的影響比較顯著。同時，操作條件對顆粒軸向速度的影響都表現為中心區域顆粒向上速度變化的效果要顯著于邊壁處向下運動速度的變化。

基于循環流化床鍋爐爐內流動特性 ，結合顆粒動力學理論和氣體分子運動理論 ，給出了適用于模擬循環流化床爐內氣固兩相流動的k ε Θ kp 湍流模型 ，即氣相湍流流動采用標準的k ε模型 ，固相湍流采用kp 模型。該模型的優點是引用了顆粒平均溫度的同時不僅考慮了顆粒湍動能自身的對流、擴散、產生和因流體作用而產生的耗散 ，而且考慮了顆粒相自身相互碰撞對流動脈動特性的影響。在此基礎上 ,用Fortran語言編寫了循環流化床內二維湍流氣固兩相流動的計算程序 ，并針對一臺循環流化床裝置進行了數值模擬和實驗數據的對比 ，得到了較為滿意的結果。

超臨界循環流化床鍋爐(CFB)兼備了CFB清潔排放燃燒和超臨界參數鍋爐機組的優點，是一種值得積極探索研究并具有美好前景的發電技術。現在國內外各個研究機構對超臨界循環流化床鍋爐技術開展了廣泛的探索，并設計出了相關的爐型，對其開展了廣泛的技術攻關研究。 

以國產超臨界循環流化床鍋爐設計參數為基礎，模擬了爐膛內部氣固兩相流流場，模擬出了爐膛內顆粒固含率的分布規律，床層壓降的分布規律，顆粒速度的分布規律，并模擬出了內部流場流動對爐膛內部磨損量的參數，為水冷壁磨損問題的研究提供了依據。通過數值模擬分析了沖蝕角度、介質硬度、沖刷速度等影響磨損的參數。然后根據模擬結果,以不同磨粒的大小和沖蝕角度進行高溫沖蝕實驗。 

結果表明：磨粒大小的不同所引起的沖刷磨損效果不一樣,在相同的磨粒質量下，粒度小的所引起的磨損率相對大，沖蝕角度的不同所造成的磨損效果也不同，在45°角的情況下磨損率最大。

通過豐鏈智造鎳基高質量耐磨新材料智慧防磨設計多元感知多維融合的防磨工藝方法,制備出具有高性能的微合金化析出強化導流板,對多維融合防磨工藝方案進行了顯微硬度分析及高溫沖蝕磨損等試驗。

結果表明,水冷壁及20G管，年平均磨損量小于0.1mm，防磨效果完全超出預期。

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