液-固循環(huán)流化床鍋爐中的顆粒分布

姜 峰，沈 宇，齊國(guó)鵬，景文玥，李修倫

(1. 天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072；2. 天津職業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300410)

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和生活中重要的能量轉(zhuǎn)換和供熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，如電站[1]、供熱[2]、石化[3]和廢水處理等[4]．鍋爐在使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢問題．結(jié)垢導(dǎo)致鍋爐換熱效率降低、能源浪費(fèi)和環(huán)境污染，甚至?xí)l(fā)安全問題[5-8]．因此，許多研究者對(duì)于鍋爐，特別是水側(cè)的防、除垢和強(qiáng)化傳熱開展了大量的探索和實(shí)踐．采取的措施主要包括物理法(如人工、電磁和超聲除垢)、化學(xué)法(如酸洗、堿洗和絡(luò)合物除垢)和鍋爐的水處理等．Dobersek等[9]考察了永磁鐵和電磁鐵對(duì)熱水換熱器中水垢沉積的抑制，并給出了操作條件對(duì)除垢效率的影響．Prisecaru等[10]在考慮FexOy沉積物厚度的情況下，預(yù)測(cè)了蒸汽鍋爐酸洗的最佳操作時(shí)間．Zeng等[11]發(fā)現(xiàn)在溫度低于100℃時(shí)，1-羥乙基-1，1-二磷酸具有很好的除垢效果．?uda等[12]對(duì)鍋爐用水進(jìn)行了反滲透處理，并與離子交換法進(jìn)行了對(duì)比．研究結(jié)果表明，在鍋爐給水礦化度較高時(shí)，反滲透技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)．

雖然上述方法可以在一定程度上緩解結(jié)垢，但并不能從根本上解決鍋爐的結(jié)垢問題；同時(shí)，在使用過程中，也存在著操作費(fèi)用高和環(huán)境污染等問題．

流化床換熱防垢節(jié)能技術(shù)可以有效地解決換熱設(shè)備的在線強(qiáng)化傳熱和防、除垢問題，已成功應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如制藥[13]、廢水處理[14]、食品[15]、石化和冶金工業(yè)等[16]．該技術(shù)是將流化床技術(shù)和換熱過程相結(jié)合，形成流化床換熱系統(tǒng)．系統(tǒng)中，流化的固體顆粒雜亂無章地運(yùn)動(dòng)，可以破壞和減薄傳熱壁面處的流動(dòng)和傳熱邊界層，降低傳熱熱阻，強(qiáng)化傳熱．同時(shí)，固體顆粒對(duì)邊界層的破壞和管內(nèi)流體的擾動(dòng)，也會(huì)阻止溶質(zhì)在邊界層附近中形成過飽和，延長(zhǎng)結(jié)垢的誘導(dǎo)期，進(jìn)而達(dá)到在線防垢的目的．此外，由于傳熱強(qiáng)化，傳熱系數(shù)增加，導(dǎo)致壁溫下降，也有利于防垢和減輕對(duì)管壁的腐蝕[17]．

由該技術(shù)的原理可知，在流化床換熱防垢節(jié)能技術(shù)的實(shí)施中，顆粒的流化和分布對(duì)于其強(qiáng)化傳熱和防、除垢效果有著重要的影響．若顆粒分布不均，則固含率過高的加熱管內(nèi)可能出現(xiàn)“堵管”，影響強(qiáng)化傳熱和防、除垢效果以及生產(chǎn)的正常運(yùn)行；而固含率過低的加熱管內(nèi)，由于顆粒與壁面的相互作用較弱，又起不到應(yīng)有的強(qiáng)化傳熱和防、除垢效果．因此，顆粒在加熱管內(nèi)相對(duì)均勻地分布，有利于流化床換熱防垢節(jié)能技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)．許多研究者圍繞循環(huán)流化床換熱器中的顆粒分布開展了一定的研究[18-31]．

Razzak等[18]分別利用電阻層析成像和光纖探針考察了液固循環(huán)流化床中的顆粒分布．他們發(fā)現(xiàn)兩種方法得到的結(jié)果一致，固含率由床層中心向壁面沿徑向增大．Wang等[19]采用歐拉-歐拉模型模擬了液-固循環(huán)流化床中的顆粒分布．他們基于能量最小化多尺度方法對(duì)阻力模型進(jìn)行了改進(jìn)，模擬結(jié)果與Razzak等[18]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論吻合．Liu等[20]利用CCD圖像測(cè)量和處理系統(tǒng)，考察了汽-液-固自然循環(huán)蒸發(fā)器中熱流密度和顆粒加入量對(duì)顆粒分布的影響．研究發(fā)現(xiàn)，固含率隨著熱流密度的增加先增大后減小，隨著顆粒加入量的增加而增大．Roy等[21]考察了液固循環(huán)流化床提升管中的顆粒分布．結(jié)果表明，提升管中的顆粒分布均勻，沒有明顯的軸向差異．橫截面平均固含率隨固體流量的增大而增大，隨液體流量的增大而減小.Sang等[22]基于表觀液體速率，考察了顆粒的密度和尺寸對(duì)液固循環(huán)流化床提升管中固含率的影響.Zheng等[23-24]考察了液固循環(huán)流化床中的顆粒分布．結(jié)果表明，顆粒在徑向上分布不均，增加液相的黏度可以改善顆粒的徑向分布．姜峰等[25]考察了循環(huán)流化床蒸發(fā)器豎直加熱管束中顆粒的分布．研究發(fā)現(xiàn)，顆粒分布不均勻度隨著液體循環(huán)流量、熱通量和顆粒加入量的增加而減小，隨著顆粒沉降速度的增加而增大．Li等[26]考察了豎直雙管程循環(huán)流化床蒸發(fā)器中的顆粒分布．研究結(jié)果表明，上行床中的顆粒分布較為均勻，但下行床中的顆粒分布不均，受循環(huán)流量，顆粒加入量和顆粒粒徑等操作參數(shù)的影響．Jiang等[27-28]考察了水平液固循環(huán)流化床中的顆粒分布．結(jié)果表明，由于受重力的影響，顆粒主要分布在水平管束和單管的下部．隨著循環(huán)流量和顆粒加入量的增加，管內(nèi)固含率增大，管束和單管中的顆粒分布也更加均勻．密度和粒徑較小的顆粒流化和分布的效果較好．張少峰和劉燕等[29-30]設(shè)計(jì)了Kenics靜態(tài)混合器和起旋器，改善了水平單管內(nèi)的顆粒分布，并建立了壓降的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式．鞏國(guó)棟[31]在水平換熱器的前管箱內(nèi)加入了可調(diào)節(jié)角度的擋板，以改善顆粒在管束中的分布．研究中獲得了較優(yōu)的擋板角度和操作參數(shù) 范圍．

鍋爐可分為鍋側(cè)和爐側(cè)．已有研究表明，在爐側(cè)應(yīng)用流化床技術(shù)可以提高燃燒效率和減少積灰[32-33].而將流化床換熱防垢節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于鍋側(cè)，解決其強(qiáng)化傳熱和結(jié)垢問題，目前鮮有報(bào)道．因此，本文根據(jù)工業(yè)鍋爐的實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)，按照流體動(dòng)力比例設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一套冷模循環(huán)流化床鍋爐實(shí)驗(yàn)裝置．所設(shè)計(jì)的鍋爐模型中上升管、集箱以及下降管等處的流體流速與實(shí)際工業(yè)鍋爐中相當(dāng)，以保證能夠模擬實(shí)際工業(yè)鍋爐中的流動(dòng)情況．在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸，確定了本研究中所用鍋爐模型的結(jié)構(gòu)尺寸，并根據(jù)文獻(xiàn)[34]中的方法對(duì)所設(shè)計(jì)鍋爐模型進(jìn)行了水動(dòng)力核算．實(shí)驗(yàn)選取不同粒徑的聚甲醛作為惰性固體顆粒．聚甲醛顆粒密度較小，便于流化，理化性質(zhì)穩(wěn)定，適于工業(yè)推廣應(yīng)用．采用CCD (電荷耦合器件)圖像測(cè)量和處理系統(tǒng)，考察了鍋爐回水流量、顆粒加入量和顆粒尺寸等操作參數(shù)對(duì)鍋爐中顆粒流化和分布的影響．研究結(jié)果有利于流化床換熱防垢節(jié)能技術(shù)在鍋爐中的應(yīng)用．

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和流程

實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)和構(gòu)建了冷模循環(huán)流化床鍋爐實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示．該裝置主要由鍋爐、水箱、離心泵、電磁流量計(jì)和CCD圖像測(cè)量和處理系統(tǒng)構(gòu)成．其中，鍋爐包括鍋筒、集箱以及兩者之間不同類型的連接管．鍋筒尺寸為Φ300mm×10mm，長(zhǎng)度為1010mm，主體采用不銹鋼制成．在鍋筒兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有8個(gè)目鏡，以用于觀察鍋筒內(nèi)部顆粒的運(yùn)動(dòng)和流化情況；鍋筒兩端的封頭采用有機(jī)玻璃制成．模擬實(shí)際工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)，在鍋筒內(nèi)部設(shè)置了36根螺紋煙管，其尺寸為Φ16mm×2mm，長(zhǎng)度為1010mm，呈正三角形排列，如圖2所示．集箱與鍋筒之間不同類型的連接管均采用有機(jī)玻璃制成．集箱尺寸為Ф64mm×4mm，長(zhǎng)度為1150mm．鍋筒和集箱之間的連接管按照功能可分為水冷壁管、八字煙道管、沖刷管和下降管．鍋爐正常操作時(shí)，水從集箱由水冷壁管、八字煙道管和沖刷管上升至鍋筒，部分水又由下降管返回至集箱，進(jìn)而形成循環(huán)．各種類型的上升管是鍋爐運(yùn)行時(shí)鍋側(cè)的主要受熱面，也是鍋側(cè)防垢和強(qiáng)化傳熱的關(guān)鍵所在．各上升管的結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格如圖3和表1所示．在集箱中下降管的底部設(shè)置有噴嘴，用以實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)部水的循環(huán)，如圖4所示．采用電磁流量計(jì)測(cè)量鍋爐回水流量，其型號(hào)為L(zhǎng)DG-32，測(cè)量范圍為1～25m3/h，精度為0.5級(jí)．

圖1 循環(huán)流化床鍋爐實(shí)驗(yàn)裝置流程Fig.1 Schematic of the circulating fluidized bed boiler

圖2 螺紋煙管在鍋筒中的分布Fig.2 Distribution of the fire tubes in the drum

圖3 不同類型連接管的結(jié)構(gòu)尺寸Fig.3 Structure and size of different types of connecting tubes in the boiler

表1 不同類型連接管的尺寸規(guī)格Tab.1 Dimensions of different types of connecting tubes in the boiler

圖4 連接管與噴嘴的分布(單位：mm)Fig.4 Layout of different types of tubes and nozzle(unit：mm)

CCD圖像測(cè)量和處理系統(tǒng)包括CCD相機(jī)，電腦和圖像采集軟件StreamPix-5-5-STD，用于獲取系統(tǒng)中顆粒的流化和分布圖像．CCD相機(jī)的型號(hào)為GT1920，幀頻為40.7幀/s，分辨率為1936×1456.因?yàn)樵诒疚牡膶?shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，上升管束內(nèi)的固含率很低，所以在采用CCD圖像測(cè)量和處理系統(tǒng)進(jìn)行顆粒流化和分布圖像采集時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)轭w粒遮擋而不能準(zhǔn)確計(jì)算的情況．

實(shí)驗(yàn)中，首先向鍋爐內(nèi)加入一定量的固體顆粒，然后將水充滿整個(gè)鍋爐．通過調(diào)頻調(diào)節(jié)離心泵的流量至指定值，由電磁流量計(jì)計(jì)量．由于水流經(jīng)噴嘴時(shí)，速度高，壓力低，導(dǎo)致鍋筒下降管底部的壓力小于頂部，因此，水和顆粒由下降管流下，再經(jīng)集箱由各種類型的上升管上升，在鍋爐內(nèi)形成循環(huán)．系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，記錄回水流量，用CCD采集鍋爐中顆粒的流化和分布圖像．改變操作參數(shù)，重復(fù)上述操作．

1.2 實(shí)驗(yàn)工質(zhì)和參數(shù)

選用水和聚甲醛(POM)顆粒分別作為液體和固體工質(zhì)，其中聚甲醛顆粒的相關(guān)物性如表2所示．

表2 顆粒的相關(guān)物性Tab.2 Relevant physical properties of the particles

研究中主要考察鍋爐上升管中顆粒的流化和分布情況．可調(diào)節(jié)的操作參數(shù)包括鍋爐回水流量、顆粒加入量和顆粒粒徑．實(shí)驗(yàn)中，回水流量Q分別取為8m3/h、9m3/h、10m3/h和11m3/h．顆粒加入量ε為加入顆粒的堆體積和鍋爐容積的比值，實(shí)驗(yàn)中分別取為7%、8%、9%和10%．

1.3 數(shù)據(jù)處理

前已述及，水冷壁管、八字煙道管和沖刷管等上升管是鍋爐中水側(cè)的主要受熱面，易于結(jié)垢．因此，本文重點(diǎn)考察了上升管中顆粒的流化和分布情況．為便于比較，將不同類型的連接管進(jìn)行了編號(hào)，如圖4所示．

使用顆粒分布不均勻度M和固含率sεi來描述上升管束中的顆粒分布．不均勻度越大，表明顆粒在管束中分布得越不均勻．M可采用下式計(jì)算：

式中εsi為第i#管中的固含率，可采用式(2)計(jì)算．

式中：nsi為第#i管中的顆粒數(shù)量；v為單顆粒的體積；li為第#i管測(cè)量段的長(zhǎng)度；Vi為第#i管測(cè)量段的體積；di為第#i管的內(nèi)徑．為上升管束中的平均固含率，表達(dá)式為

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，回水流量和顆粒加入量較小時(shí)，顆粒不能正常循環(huán)流化．絕大部分顆粒堆積在鍋筒底部和集箱前端．隨著回水流量和顆粒加入量的增加，顆粒逐漸被流化和參與循環(huán)．

可視化實(shí)驗(yàn)觀測(cè)表明，液-固兩相流在1#～8#管中上行，在9#管和下降管中下行．而在10#管中，顆粒則基本懸浮于管中，處于流化床狀態(tài)．本文主要討論1#～8#管中的顆粒分布．

根據(jù)文獻(xiàn)[34]中的水動(dòng)力計(jì)算方法，可以得到鍋爐中不同位置的水流速度，具體數(shù)值如表3所示．對(duì)比表2和表3可知，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，顆粒的沉降速度小于鍋爐不同位置的水流速度．

表3 鍋爐不同位置的水流速度Tab.3 Water velocity at different parts of the boiler

2.1 回水流量的影響

圖5所示為鍋爐回水流量對(duì)上升管束中顆粒分布不均勻度的影響．由圖可知，隨著回水流量的增大，上升管束中顆粒分布的不均勻度減小，顆粒分布變得更加均勻．

圖5 回水流量對(duì)上升管束中顆粒分布不均勻度的影響Fig.5 Effect of feedwater flow rate on the nonuniform degree of particle distribution in the riser tube bundle

一方面，隨著鍋爐回水流量的增加，鍋爐內(nèi)的循環(huán)推動(dòng)力增大，鍋筒和集箱中堆積的顆粒數(shù)量減少，參與流化和循環(huán)的顆粒數(shù)量增加，這有利于上升管束中顆粒的均勻分布．另一方面，隨著回水流量和鍋爐內(nèi)循環(huán)流量的增加，各上升管內(nèi)的流體流速增大，各管之間流體攜帶顆粒上升能力之間的差異減小，有利于顆粒在上升管束中分布得更加均勻．因此，在上述因素的共同作用下，不均勻度隨著鍋爐回水流量的增加而減?。?/p>

圖6所示為鍋爐回水流量對(duì)上升管束中固含率的影響．由圖可知，各上升管內(nèi)的固含率基本上隨著回水流量的增加而增大．

圖6 回水流量對(duì)上升管束中固含率的影響Fig.6 Effect of feedwater flow rate on the solid holdup of the riser tube bundle

回水流量的增加，一方面增加了集箱和各上升管中的流速，有助于攜帶顆粒；另一方面，使得噴嘴出口水的流速增大，壓力降低，增大了下降管進(jìn)、出口之間的壓差，導(dǎo)致了下降管內(nèi)流速的增大，促進(jìn)了鍋爐內(nèi)液-固兩相的循環(huán)，減少了顆粒的堆積量，使得參與循環(huán)的顆粒增加．因此，在上述因素的共同影響下，各上升管內(nèi)的固含率隨著回水流量的增加而增大.

從圖6中還可以看到，沖刷管中的固含率明顯高于水冷壁管和八字煙道管．這種現(xiàn)象可以歸結(jié)為“集箱效應(yīng)”[34]．水在集箱中流動(dòng)，途經(jīng)各上升管時(shí)，被不斷分流．因此，隨著與噴嘴距離的增加，集箱中水的流速不斷降低，而壓力則不斷增大．這導(dǎo)致距離噴嘴最遠(yuǎn)的沖刷管進(jìn)、出口的壓差高于水冷壁管和八字煙道管．同時(shí)，沖刷管的直徑大于水冷壁管和八字煙道管，如表1所示，這有利于減小液-固兩相的流動(dòng)阻力．因此，在上述因素的共同作用下，沖刷管的固含率明顯高于水冷壁管和八字煙道管．

圖7對(duì)比了不同類型上升管中的平均固含率．由圖可知，水冷壁管束和八字煙道管束的平均固含率非常接近，這表明顆粒在兩種類型的管內(nèi)分布較為均勻．由于水冷壁管和八字煙道管是鍋爐水側(cè)的主要受熱面，因此這有利于循環(huán)流化床鍋爐的強(qiáng)化傳熱和防、除垢．

圖7 不同類型上升管中的平均固含率(POM2)Fig.7 Average solid holdup in different types of riser tubes(POM2)

圖8所示為不同的回水流量下，上升管束中顆粒分布典型的CCD圖像．由圖可知，隨著鍋爐回水流量的增加，上升管內(nèi)固含率增大，管束中顆粒分布得更加均勻．

圖8 不同回水流量下上升管束中顆粒分布的CCD圖像Fig.8 Typical CCD images of the particle distribution in the riser tube bundle under different feedwater flow rates

2.2 顆粒加入量的影響

圖9所示為顆粒加入量對(duì)上升管束中顆粒分布不均勻度的影響．由圖可知，隨著顆粒加入量的增加，顆粒分布不均勻度大致呈現(xiàn)出波動(dòng)的趨勢(shì)，其變化規(guī)律與鍋爐回水流量和顆粒粒徑有關(guān)．而且結(jié)合圖5可以發(fā)現(xiàn)，與回水流量相比，顆粒加入量對(duì)顆粒分布不均勻度的影響相對(duì)較?。?/p>

圖9 顆粒加入量對(duì)上升管束中顆粒分布不均勻度的影響Fig.9 Effect of the number of added particles on the nonuniform degree of particle distribution in the riser tube bundle

圖10所示為顆粒加入量對(duì)上升管束中固含率的影響．由圖可知，在回水流量較低時(shí)，各上升管中的固含率基本上隨著顆粒加入量的增加呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)．而在較高的回水流量下，隨著顆粒加入量的增加，各管內(nèi)的固含率更多地呈現(xiàn)出波動(dòng)的趨勢(shì)，而并非單調(diào)地變化．

圖10 顆粒加入量對(duì)上升管束中固含率的影響Fig.10 Effect of the number of added particles on the solid holdup of the riser tube bundle

顆粒加入量的增加，一方面會(huì)增加鍋爐內(nèi)循環(huán)顆粒的數(shù)量，有利于增加各管內(nèi)固含率；另一方面，也會(huì)增加流體的表觀密度，增加顆粒之間及顆粒與壁面之間碰撞的能量損失，導(dǎo)致液-固兩相流的能耗和流動(dòng)阻力增大，特別是在高的循環(huán)流量下，因此，不利于顆粒的循環(huán)流化．在上述因素的共同作用下，使得高回水流量下，各上升管中的固含率隨著顆粒加入量的增加主要呈現(xiàn)出波動(dòng)的趨勢(shì)．

圖11所示為不同顆粒加入量下，上升管束中顆粒分布的典型CCD圖像．由圖可知，隨著顆粒加入量的增加，上升管內(nèi)的固含率增大．

圖11 不同顆粒加入量下上升管束中顆粒分布CCD圖像Fig.11 Typical CCD images of the particle distribution in the riser tube bundle under different numbersof added particles

2.3 顆粒粒徑的影響

圖12所示為顆粒粒徑對(duì)上升管束中顆粒分布不均勻度的影響．由圖可知，顆粒分布不均勻度隨著顆粒粒徑的增加而增大．

圖12 顆粒粒徑對(duì)上升管束中顆粒分布不均勻度的影響Fig.12 Effect of particle size on the nonuniform degree of particle distribution in the riser tube bundle

一方面，顆粒粒徑增加，其沉降速度增大，不利于流化和循環(huán)；另一方面，由于“集箱效應(yīng)”，距離下降管越遠(yuǎn)的上升管，其進(jìn)、出口壓差越大，管內(nèi)流體攜帶顆粒上升的能力越強(qiáng)．因此，粒徑大的顆粒更傾向于進(jìn)入與下降管距離較遠(yuǎn)的上升管，進(jìn)而導(dǎo)致顆粒分布的不均勻度增加．

圖13所示為顆粒粒徑對(duì)上升管中固含率的影響．總體來說，上升管中的固含率隨著顆粒粒徑的增加先增大，后減小．一方面，隨著顆粒粒徑的增加，顆粒的沉降速度增大，使得加入到鍋爐中的顆粒更傾向于沉積在鍋筒和集箱中，不能正常地循環(huán)流化，不利于提高上升管內(nèi)的固含率．另一方面，在一定的固含率下，大顆粒的數(shù)目較少，但其單顆粒體積較大．POM1和POM2顆粒的沉降速度較小，其流化程度相對(duì)較好，管內(nèi)固含率相對(duì)較為接近，如圖14所示．但由于POM2單個(gè)顆粒的體積要明顯大于POM1，因而導(dǎo)致POM2在上升管內(nèi)的固含率高于POM1．而POM3顆粒由于沉降速度大，不易流化和循環(huán)，同時(shí)，顆粒數(shù)量少，因此其在上升管中的固含率最低．

圖13 顆粒粒徑對(duì)上升管中固含率的影響Fig.13 Effect of particle size on the solid holdup of the riser tube bundle

圖14 不同顆粒粒徑下上升管束中顆粒分布的CCD圖像Fig.14 Typical CCD images of the particle distribution in the riser tube bundle under different particle sizes

圖14所示為不同粒徑的聚甲醛顆粒在上升管束中分布的典型CCD圖像．由圖可知，POM3顆粒在上升管中的固含率明顯低于其他兩種顆粒．

為綜合反映操作參數(shù)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐上升管束中顆粒分布的影響，構(gòu)建了不同操作條件下顆粒分布不均勻度的三維圖，如圖15所示．由圖15可以確定不同操作條件下，顆粒在鍋爐上升管束中的分布情況，可用于指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐．

圖15 操作參數(shù)對(duì)上升管束中顆粒分布不均勻度影響的三維圖Fig.15 Three-dimensional diagrams of the effects of the operating parameters on the nonuniform degree in the riser tube bundle

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立了液-固循環(huán)流化床鍋爐上升管管束中顆粒分布不均勻度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，即

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算值的對(duì)比如圖16所示．由圖可知，大部分的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)都落在±10%的誤差限內(nèi)，模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好．

圖16 顆粒分布不均勻度的模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比Fig.16 Comparison between the model results of the nonuniform degree and the experimental data

3 結(jié) 論

本文針對(duì)鍋爐運(yùn)行過程中鍋側(cè)出現(xiàn)的結(jié)垢和強(qiáng)化傳熱問題，將流化床換熱防垢節(jié)能技術(shù)與鍋爐相結(jié)合，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了冷模液-固循環(huán)流化床鍋爐．利用可視化研究考察了操作參數(shù)對(duì)鍋爐中顆粒流化和分布的影響，為循環(huán)流化床鍋爐的工業(yè)應(yīng)用提供了指導(dǎo)．研究中取得的主要結(jié)論如下．

(1) 在適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù)下，顆?？梢栽阱仩t內(nèi)部實(shí)現(xiàn)正常的循環(huán)流化，這是循環(huán)流化床鍋爐發(fā)揮其強(qiáng)化傳熱和防、除垢效果的前提．

(2) 鍋爐上升管束中顆粒分布的不均勻度隨著回水流量的增加而減小，隨著顆粒粒徑的增加而增大，而隨著顆粒加入量的增加則呈現(xiàn)出波動(dòng)的趨勢(shì)．上升管內(nèi)的固含率隨著回水流量和顆粒加入量的增加呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)；而隨著顆粒粒徑的增加，則先增大，后減?。?/p>

(3) 沖刷管的固含率明顯高于水冷壁管和八字煙道管；而水冷壁管和八字煙道管的平均固含率則較為接近，這有利于強(qiáng)化傳熱和防、除垢．

(4) 構(gòu)建了反映操作參數(shù)對(duì)顆粒分布不均勻度影響的三維圖和經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，用以指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐．

(5) 為促進(jìn)流化床換熱防垢節(jié)能技術(shù)在鍋爐中的應(yīng)用，在冷模實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，后續(xù)將繼續(xù)開展相應(yīng)地?zé)崮Ｑ芯亢蛿?shù)值模擬．