区气体径向混合扩散规律的试验研究

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1、第39卷第2期锅炉技术Vol.39,No.22008年3月BOILERTECHNOLOGYMar..2008文章编号:CN31一1508(2008)02一0030一03循环流化床稀相区气体径向混合扩散规律的试验研究杨建华‘，岳光溪“(1.郑州电力高等专科学校，河南郑州450004;2.清华大学热能工程系，北京100084)关键词:循环流化床;气体径向混合系数;试验研究摘要:在截面尺寸为500mmX250mm,H=3000mm的循环流化床实验台上，以平均粒径100fcm的石英砂作为循环物料，连续注人Cq作为示踪气体，在塞状流模型的假设下，对气固两相流稀相区中气体的混合规律进行了冷

2、态试验研究。研究表明:颗粒的存在对气体径向混合具有促进和抑制的双向影响;循环流化床中径向混合系数很小;流化风速对混合系数的影响规律不明显，颗粒浓度对混合系数的影响较大。中图分类号:TK229.6+6文献标识码:A待条件成熟时再在实炉上进行验证和修正。1前言2试验原理及试验设计目前运行的燃煤循环流化床锅炉中，普遍存在飞灰含碳量偏高、高温分离器内存在后燃、实2.1试验原理际运行热效率达不到设计效率等现象，所有这些在快速流化床中，气体为连续相，颗粒为分问题可能有一个共同的原因:炉膛内气体混合扩散相，因而从气固流动结构看，可以将气体混合散不好。许多证据表明，直到炉膛出口处，气体过程处理

3、为拟均相的扩散过程。于是，气体混合还没有能够均匀混合，这说明炉膛径向氧量分布程度即可用轴向扩散系数和径向扩散系数来表很不均匀，中心区域的氧浓度比靠近壁面的区域征，描述扩散过程的基本方程为:低得多。为了解决这些问题，对循环流化床锅炉ac，，ac.-a2c.D,aiac炉膛内气固两相流中尤其是稀相区中气体混合茄一U丽rtVax石z2T丁多气r酥)l1)扩散的规律进行研究，是很有必要的。这些规律式中:U—流化风速，MIS;将对循环流化床锅炉的设计提供依据，并有助于c—示踪气体浓度，%;指明优化运行的方向。Dax—气体轴向扩散系数，m2/S;虽然已经有许多研究者对气固两相流中的气D,

4、—气体径向扩散系数，m2/se体扩散进行过研究，但该研究领域仍属薄弱环节。在实验条件下，进行如下假设:由于气固两相流动的复杂性，再加上前人的研究(1)定常假设:第1个试验工况下，试验条件多集中于化工反应器循环流化床，所以至今仍无与参数不随时间变化;可以应用于燃煤循环流化床锅炉工程实际的结(2)轴对称假设:将提升段垂直轴线附近区论。在已有的研究中，试验条件各不相同，所得结域视作一个轴对称区域;论差别较大，有的甚至相互矛盾。更普遍意义的(3)柱塞流假设:气体速度沿截面均匀分结论尚待有足够多的报告后才能进一步总结。布，颗粒的浓度均匀分布;鉴于目前还不具备在实炉上进行试验研究(4)忽略

5、沿床边壁区的边界层对气流的影响。的条件，我们先在实验室规模的冷态试验台上进这些假设适用于提升段垂直轴线附近区域行试验研究，以期发现一些具有普遍意义的规律的上升气流中颗粒密度较低的部分及气体没有即气固两相流中的气体混合扩散一般性的机理，返混情况下。这些数学模型已经在科学研究中收稿日期:2006一12一25荃金项目:国家重大技术装备研制项目计划资金资助(ZZ02-06一01一02一4)作者简介:杨建华(1970一)，男，清华大学毕业，工学硕士，副教授.现为清华大学在职博士研究生，郑州电力高等专科学校动力工程系主任，从事电站锅炉、循环流化床锅炉教学和科研工作。万方数据第2期杨建华，等

6、:循环流化床稀相区气体径向混合扩散规律的试验研究被广泛运用。CO:的浓度，设备型号为TEI40G型COz气体分以CO:作为示踪气体，从距布风板某一高度析仪，测量设备安装示意图如图2所示。图中的处单点给人，示踪气体从中心线上的点上连续稳氮气瓶为红外光谱分析仪提供高纯氮，作为浓度定地注人。在其下游的提升段中，测定CO:浓度测量的标准气。的分布，分析气体在提升段内的气固两相流中的3试验结果及分析扩散规律，可以建立循环流化床提升段中主流区扩散的数学模型。3.1试验结果2.2实验方法及试验装置试验发现，各测量截面的示踪气体浓度分布试验装置是一个循环流化床冷态试验台，主类似钟形，如图3所示

7、，提示我们可以使用概率要由送风管、引风管、旋风分离器、布风板、提升分布函数描述浓度分布。概率分布函数的一般段组成，见图1。提升段主体段尺寸为床高H=表达式如下:3000m，截面尺寸(外部)为500X250mm。旋y=Qe-kZ(z-xo)2(2)风分离直径为400mm,式中:y—示踪气体浓度;x—测点距中心线距离(半径);xa一浓度峰值横坐标。N)m2Q—曲线的峰值;日‘k—常数。受奎邑州r’‘’‘__.[入‘、..`’一1-提升段;2一旋风分离器;3一回料阀;4一示踪气体注人点;5一测量