1、把数据由文本格式，转变为MATLAB默认格式，并且利用Welch谱估计窗函数计算得到每个采集样点的频谱图。本文控制单因素影响，测量了不同粒径、不同料高、不同测压点和不同主风量的炉膛静压频域分布并进行频域分析。关键词：压力信号；循环流化床；压力分布； 频谱分析ABSTRACTCurrently running circulating fluidized bed boiler, hood fault and damage is still one of the most important objectives of its shutdown overhaul. With the circulat
2、ing fluidized bed boiler and equipment large-scale, boiler operation economy and safety engineers are increasingly valued. How to stop furnace maintenance will be able to know the status of the air distribution hood damaged board, has become the key to run smoothly with large-scale circulating fluid
3、ized bed boilers . For this outstanding issue, the subject of the cold fluidized build an experimental model, simulated air distribution chamber, the air distribution plate and operating conditions hood and hearth. By changing working conditions, collecting normal random hood hood and bad pressure f
4、luctuation signals and in-depth analysis derived characteristic frequency.In the analysis of experimental samples collected frequency, Based on MATLAB programming, using Fourier transform raw data processing. The pressure will be collected convert analog signals to digital signals, befor import it i
5、nto MATLAB software. The data from the text format, the default format into MATLAB, and use Welch spectral estimation window function is calculated for each sample collection point spectrum.In this paper, the control unit factors, measuring the different size, different material level height, differ
6、ent measurement points and different amounts of the main air chamber static pressure distribution in the frequency domain and frequency domain analysis.Keywords: wind cap；Circulating fluidized bed； Stress distribution；Spectrum Analysis目录摘要 IABSTRACT II第一章 绪论 11.1循环流化床锅炉简介 11.2循环流化床锅炉的发展 11.2.1循环流化床锅
7、炉的优点 21.3循环流化床锅炉的发展总况 21.3.1循环流化床锅炉的结构形式 31.3.2国外循环流化床锅炉的先进性 51.3.3国内循环流化床锅炉技术情况 61.3.4循环流化床锅炉目前存在的主要问题 61.4发展循环流化床锅炉的意义 7第二章 实验介绍 92.1实验装置 92.2实验材料 102.3目数的换算 112.4循环流化床锅炉模型炉膛压力采样点的布置 122.5压力波动信号的频谱分析 132.5.1压力波动信号的时域描述 132.5.2压力波动信号的频域描述 14第三章 实验方法 183.1实验参数的设定 183.2实验参数的设定 183.3正交实验方法 193.4试验步骤简述
8、 19第四章 试验结果及分析 204.1不同测压点的频域分析 204.2不同送风量的频域分析 244.3不同粒径的频域分析 264.4不同料高的频域分析 284.5不同测压点波峰值的散点图分析 314.6实验结论总结 32参考文献 34附录A 37附录B 51附录C 66附录D 71致谢 78第一章 绪论1.1循环流化床锅炉简介迄今为止循环流化床锅炉已经在全世界范围内变得家喻户晓。CFB锅炉系统一般情况下由两大系统组成即：燃烧系统，汽水系统。燃料在循环流化床锅炉的燃烧系统中完成燃烧过程，并且，通过燃烧来进行能量之间的转换；锅炉的汽水系统的功能的实现是通过受热面吸收烟气所发出的热量，完成工质由水
9、转变为饱和蒸汽，进而再转变为过热蒸汽而实现的。通过研究知道它具有很多异于旧式锅炉的鲜明特点，例如脱硫效率高、燃烧效率高、污染物排放量量小、燃料的适用性强、有很大的负荷调节比、灰渣可以综合利用等一系列特点。1.2循环流化床锅炉的发展在1979年，位于Finland的奥斯龙公司开发出了全球第一台20t/h商业用途的循环流化床锅炉，并投入使用，在这之后，Germany的鲁奇公司于20世纪八十年代年开发的全球第一台用于产汽与供热双重用途的CFBB并且建成运营。至此以后，CFB以及其相关的技术开始飞速的发展。尽管我国在CFBB的研究与开发方面，虽然起步相对较晚，但是由于政府的高度重视和我国科研人员的不屑
10、努力使我国的CFBB发展非常的迅速。在1987年中国科学院，它的工程热物理研究所与原名为开封的锅炉制造厂共同研究开发生产出中国首台CFBB，并且在开封中药厂投入运行，至此我国在CFB锅炉领域取得了零的突破。到目前为止，该台锅炉还在继续的工作，并且对该企业的发展做出了非常重要的贡献。在20世纪八十年代之后，全国几乎所有与热工程有关的科研院校和科研机构，比如清华大学、西安交通大学等高校和西安热工研究院等其它研究院，都投入到CFB锅炉的研发当中，各锅炉制造厂先后开发出20t/h、35t/h、65t/h、75t/h、130t/h及220t/h等中、小型循CFB锅炉，通过我国多年的发展与研究，我国在中、
11、小型循环流化床技术等相关方面已经相当的成熟。由此可知，CFBB是中国锅炉这一行业的发展总的趋势，对于其他类型的锅炉，一定会被被CFB锅炉取而代之1。1.2.1循环流化床锅炉的优点循环流化床具有许多的优点2：（1）循环流化床是一种低污染燃烧方式；（2）燃料适应性广；（3）循环流化床锅炉燃烧效率高 ；（4）可以对老电厂进行改造；（5）灰渣易于综合利用。正因为循环流化床具有以上的诸多好处，让它在未来的社会中拥有广阔的前景。1.3循环流化床锅炉的发展总况循环流化床锅炉和利用其它燃烧方式的锅炉相比较拥有相对较高的锅炉运行效率，并且它的脱硫效果也非常的好，除此之外它的氮氧化物排放量也较之普通的燃烧锅炉偏低
12、，更重要的是它的燃料即煤炭的适用性非常的广，正是由于诸如这么多的优点，CFBB才受到了广泛的流行。经过近30年的迅猛发展，国外循环流化床锅炉技术已经趋于成熟，循环流化床锅炉的蒸发量已由最初的每小时几十吨发展到现在的每小时几百吨乃至上千吨，并已从工业锅炉扩展到电站锅炉，具有广阔的应用前景3-6。尤其是美国的福斯特惠勒公司、德国的鲁奇、拔柏葛公司、法国的阿尔斯通和ABB-CE等公司在循环流化床锅炉技术的研究及开发中都有突出的成就，并形成了自己的特色，已能够提供功率600MW以下的全套大型商品化循环流化床锅炉发电设备7-10。由于近几十年来的发展与改进，截至到现在，外国的循CFB锅炉的生制造与研发大
13、部分都集中到惠勒公司以及阿尔斯通公司及其相关的子公司中。截止到现在，循环流化床锅炉的检查规格和检查程序以及安全规格和安全程序都已经被列入到了美国的ASME标准，这是其CFB锅炉的相关技术走向成熟的一个非常重要的里程碑11。近几十年来，国外的CFB锅炉技术快速迅猛地发展，并且正趋向于大型化、高参数，到近期为止，国外的100MW以上容量的CFB锅炉已经在六十台以上，并且它们中许现在已经投入运营的CFBB在四十台以上。据目前来说，国外大型的循环流化床锅炉（大于一百兆瓦）的用户主要集中在欧美地区，亚洲地区分布的非常少大约占有20%上下。我国CFBB的燃烧技术的发展较之欧美国家相对比较晚，但是发展的非常
14、之快，仅仅在20世纪后期，我国的许多科学研究机构和高等院校实验室先后开发了一系列有其独特优点的CFB锅炉，并且很快从实验室走向了大型工业生产上的应用。上世纪90年代以来，我国CFB锅炉的不但在数量上，而且在单台容量上也在不断的增加，同时锅炉的参数也从中压、次高压、高压不断发展到超高压。到现在为止，我国已成为世界上CFB锅炉台数和总蒸发量最大的国家12。截止到现在，国产220t/h和其以下容量的CFBB已在我国的工业生产中得到普遍的运用，并且已经实现了生产的商业化。我国自主研究和生产的410t/h高压CFB锅炉和些许通过引进国外的技术与自主开发相结合的440465t/h超高压一次再热循环流化床锅
15、炉已开始投入商业运行12,16。据现有的情况统计，迄今为止我国已经工作的CFBB和正在建造的CFBB发电机组的总容量已经超过全国总装机容量的8%。最近几年我国的大型锅炉制造厂和科研机构还联合进行了关于600MW超临界循环流化床锅炉的开发和研究的一系列工作。并且我国还在2003年的时候与France的阿尔斯通公司签订了关于引进200350MW级CFB锅炉制造的相关技术和有关电站设计的一系列技术,首台300MW循环流化床锅炉已于2006年在四川白马循环流化床锅炉示范电厂投运13。1.3.1循环流化床锅炉的结构形式迄今为止，世界上比较有代表性的CFB锅炉炉型14为：德国Lurgi型，芬兰Pyrofl
16、ow型，美国FW型，德国Circofluid型和内循环（IR）型，见图1.1。 Lurgi型。锅炉的炉膛内布置膜式水冷壁受热面，采用工作温度与炉膛燃烧温度相接近的高温旋风分离器。它的主要技术特点是在循环灰回路上设置有外置式流化床换热器15。这种锅炉的类型最早由Lurgi公司推出。 Pyroflow型。采用绝热的高温旋风分离器，膜式水冷壁炉膛内布置管屏和分隔墙两个受热面。由于无外置式换热器，固体物料循环回路中的吸热靠膜式水冷壁和分隔墙受热面这两个来完成。图1.1 循环流化床锅炉的主要型式 FW型。这种型式的CFB锅炉因由美国的福斯特惠勒公司制造而得名。Circofluid型。炉膛运行时气速相对较
17、低。此种炉型由德国拔柏葛公司研发制造而成。内循环型。在炉膛出口处布置一级U型分离元件，分离下来的烟灰沿炉墙后墙向下流动，形成内循环，故称内循环型，这种形式的循环流化床锅炉结构简单，外形与常规煤粉炉相似，比较适合于现有煤粉锅炉的改造17。国内在CFB锅炉基础研究及工程应用等方面都起步相对较晚，至今还没有完全自主知识产权的循环流化床锅炉布置方案，但在某些设备部件方面，具有自主知识产权的新技术18。主要有：下排气旋风分离器循环流化床锅炉。这种拥有下排气旋风分离器的CFB锅炉是经过华科大煤碳燃烧国家重点实验室和武锅容器厂共同研究开发而成，该CFBB的最大的不同之处就是使用华科大的专利技术即：下排气旋风
18、分离器。该分离器布置在锅炉水平烟道与尾部竖井烟道相连接的换向室，将水平烟道与尾部竖井烟道整装为一体，使锅炉具有典型的“”型布置，锅炉深度小，结构紧凑，占地面积小19，下排气旋风分离器布置在过热器之后，属于中温分离器，与高温分离器相比，有体积小、耐火层薄、重量轻、点火启动时间短等优点17-18。中温分离器的应用能够有效地避开由于高温引起的循环系统结渣，从而减小影响CFBB连续安全运行的有关问题。方形水冷分离器循环流化床锅炉。方形水冷分离器CFBB由清华大学和四川锅炉制造厂联合开发的结果。该锅炉有如下特点：1）采用了一个膜式壁构成的方形水冷上排气旋风分离器。该分离器与燃烧室整装为一体，结构紧凑；2
19、）水冷分离器与燃烧室由膜式水冷壁组装成一个整体，非常好的解决了膨胀的密封性的情况；3）和在外边放置高温分离器的情况作比较，相比之下水冷分离器有：耐火层薄，重量相对较轻，水冷分离器的加热时间对CFB锅炉启动的时间没有限制；4）与Pyroflow方形水冷分离器相比，它采用了进口加速段结构。1.3.2国外循环流化床锅炉的先进性在西欧、北美和日本，循环流化床燃烧技术的开发受到高度重重视，许多有关的高等院校，科研机构一直在开展研究工作，经常举行各种国际性学术会议研讨循环流化床锅炉发展技术20。现在国外一些电力公司正在考虑设计制造新一代的、更大的容量的循环流化床锅炉，国外循环流化床锅炉的先进性主要有以下几
20、点20:（1）有扎实的工作基础。到现在为止国外对CFBB的基础理论研究已经非常的深入，并且在锅炉的设计方法方面也是相当的先进，在CFBB的设计与制造中，利用与之相对应的计算机软件并进行冷态实验、热态实验和对燃料进行试烧等多种实验。（2）锅炉的可用率较高。国外CFB锅炉的可用率已达90 以上。由于国外CFB锅炉设计技术、制造技术都比较先进合理，在锅炉的安装质量上也能得到很好的保证，有专门为CFB锅炉而配套的装备，辅助系统和给煤系统等都有很高的可靠性，因此CFB锅炉的连续运行时间可以达到半年左右甚至还可以更长。（3）锅炉的燃烧效率较高。CFB锅炉的燃烧效率和一般的锅炉的燃烧效率相比来说循环流化床锅
21、炉的燃烧效率较高，一般来说在百分之八十八到百分之九十五的区间之内，以至于可以与煤粉锅炉并驾齐驱。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点，气固混合良好，燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧21。（4）锅炉的负荷可调节性好，自控水平高。当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（34），负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4%22。1.3.3国内循环流化床锅炉技术情况循环流化床锅炉的应用与发展，在我国的当今情况下具有特殊的意义。由于我国是煤炭大国化石燃料中主要以煤炭为主，目前，我国煤炭的消耗大约占一次能源消费的比例在75%以上，并且我国的煤炭利用率较低进而导致环
22、境污染较为严重，因此在我国发展循环流化床锅炉符合我国的大的国情以及近几年中央提出的建设环境友好型社会的主张，对资源的利用和环境的治理都有一定的益处具有较好的综合社会效益。由于我国在电力行业的技术相对落后大多采用煤粉炉，对于大型的循环流化床锅炉的制造技术还没有完全掌握，最终导致能源部决定，作为范例引进的国外100MW CFB锅炉，其购买价格竟达到三千万美元之多。因此迅速发展大容量的国产CFB锅炉是锅炉制造业以及锅炉科研单位的重中之重。循环流化床锅炉 在我国的发展前景非常的广大，我国必须大力推进洁净煤燃烧技术的发展和利用, 减轻我国的环境压力。用发展的眼光看, 发展先进的煤炭燃煤技术用来提高煤碳的
23、有效利用率不但经济而且又有实际的战略意义，从整个发电技术来看煤气化联合循环发电技术和超临界蒸汽参数锅炉将成为发电设备的主流23。1.3.4循环流化床锅炉目前存在的主要问题（1）炉膛、分离器和回送装置及其之间的膨胀性以及密封性的问题。由于循环流化床锅炉的表面附着一层非常厚的耐磨材料以及保温材料，并且它的各个部位受热时间和受热程度也不一定完全一样，因此会产生相应的热应力进而造成局部部位的膨胀不均，导致出现循环颗粒的外漏情况。（2）由于设计或施工工艺的操作不当造成的磨损问题。锅炉部件的磨损主要与风速、颗粒浓度以及流场的不均匀性等有关，实验研究表明：磨损与风速的3.6 次方和浓度成正比24。（3）飞灰
24、含炭量高的问题。对于CFB来说，它的底渣含炭量较低，但由于其最佳脱硫温度的限制，飞灰含炭量却比之前相对较高25。（4）NO2 排放较高。流化床燃烧技术可有效抑制氮氧化物、二氧化硫的排放，但流化床低温燃烧是产生NO2 最主要的原因26。（5）厂用电率高。由于在循环流化床锅炉存在布风板，以及飞灰再循环燃烧产生的阻力，流化床的送风系统的阻力远大于煤粉锅炉的送风阻力，而且烟气系统中又增加了循环灰分离器的阻力，所以流化床的烟风系统阻力大27。1.4发展循环流化床锅炉的意义随着社会的发展科技的进步人们认识水平增长的同时，人们对能源的需求程度也在随着对空气质量的不断要求而逐渐增加。循环流化床锅炉作为近几十年
25、在国际上迅速发展起来的新一代高效率低污染排放的煤炭洁净燃烧技术正是借着这股春风如雨后春笋般迅速发展起来得到广泛的推广，由于CFB锅炉各控制变量非常多并且个变量之间相互关联，导致手动操作很难达到非常好的结果，因此借用计算机的运算技术以及自动化操作技术来达到CFB锅炉的自动化控制，并且这种自动化控制是目前科研工作者的主要研究方向之一，是一个有着非常重要实际意义的课题。保护环境，走可持续发展的道路，循环流化床锅炉正是基于此发展起来，其最佳的环保特性以及广泛的燃料适应性，越来越受到广泛关注，完全适合我国国情及发展优势。 能源是社会发展的基础，对全球未来五十年的能源需求及能源利用结构的预测表明，人类对能
26、源的需求将增加到现在的三倍，而电能的需求将增加到现在的五倍。在地球上可探知的矿物能源中60%的可采储量和82%的估计储量是煤28。截至到目前，在我国煤炭发电所占比例仅仅有47%，而美国的煤炭发电已经达80以上。据专家预测到2030年我国用于发电的煤炭将高达70%。想要我国的发电所用煤炭达到70%这一相对较高的目标，必须要拥有先进的煤炭清洁燃烧的发电技术以及与这一技术相对应的被套装备。高效清洁煤燃烧技术对我国协调可持续发展具有重大的战略意义。正是由于循环流化床锅炉具有高的效率，较低的污染，煤炭种类的适应性广泛，锅炉的负荷调节能力非常强，同时也是因为循环流化床锅炉的造价较低，技术操作方面较为成熟，
27、并且技术方面相对较容易学习，符合国家的基本战略等优点，得到了国家的重视，到现在为止它已经成为煤炭洁净燃烧的最有效的技术之一，得到了非常快的发展。从国内和国外的应用实践来说，CFB锅炉与常规煤粉锅炉相比，它采用的这种技术可使燃烧煤炭的电站锅炉排烟中二氧化硫和氮氧化物等有害气体减少到百分之八十到九十，对有效减少燃烧煤碳发电对大气环境的污染做出了不小的贡献。由于近几年国家的一系列的可持续发展战略的提出，以及我国的CFBB设计与制造方面的大幅度提高，我国在新建电厂和改造旧电厂等方面得到了较为广泛的运用。第二章 实验介绍2.1实验装置 在整个实验操作以及分析过程中，我们可以将循环流化床的床内流动划分为多
28、个不同的特性区域，并且每个区域有着不同的流动特性，这是描述系统整体宏观流动的有效方法。本文采用在冷态循环流化床锅炉试验台上，针对在不同主流化风速和风量变化、物料粒径、静止料位高度运行条件下，对沿炉膛高度的压力值进行测量和分析。如图，试验台的安装方式采用底部支架定位和上部固定相结合的方案。具体方式为一次风室和返料风室采用支架固定，炉膛顶部法兰固定辅助以分离器顶部固定。采用的材料为有机玻璃和钢化玻璃结合，具有美观耐用的特点。循环流化床锅炉的燃烧分为两部分, 一部分是燃烧室,进入炉膛的煤粒首先在这里燃烧, 二是燃烧室出去的旋风分离器, 未完全燃烧的部分颗粒和灰分通过这里与烟气分离后下落收集到料腿中,
29、 通过回料阀回到燃烧室, 再去携带大量的热来完成炉膛热量的有效发散，燃烧室分为两个区域, 床上部的浓相区和稀相区，进入炉膛的燃料分布在床上, 被通过床下进入的一次风流化，使得燃料在炉膛燃烧室内呈流化状态29。图2.1 模型整体结构 2.2实验材料1、 实验模型：所采用的矩形圆柱体循环流化床锅炉， 高320cm，横截面积为2830cm2 。2、实验条件：温常压下，风量变化10%80%。3、实验物料：本实验中使用的是非常细小的玻璃微珠，粒径范围100-180微米，具有质轻、低导热、高分散、和热稳定性好等诸多优点，其中在本实验中选用的是40-60、60-80、100-120目三种料径和料高100、1
30、40、180三类。4、测量位置：0号高度为床底至地面高度，高37.5cm；1-24号高度沿炉膛正面中间从低到高排列，其中111号高度差为7.5cm，1112号高度差为20cm，1224号高度差为15cm。5、使用仪器： agilent，引风机，U形管压力测量器，数据采集卡。6、处理软件：matlab，excle。2.3目数的换算1. 目是指每平方英吋筛网上的空眼数目，50目就是指每平方英吋上的孔眼有50个，500目就有500个，孔眼随着目数的增高而增多。目除了表示筛网的孔眼外，它同时也用于表示能够通过筛网的粒子的粒径，目数越高，粒径就越小30。 2. 料的颗粒大小被称作为颗粒粒度。但是由于颗粒形状及其的不规则，因此通常有筛分粒度、沉降粒度、等效体积粒度、等效表面积粒度等多种表示方法,筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸宽度的筛网内的筛孔数来表示，因而我们称他们为“目数”,目前在国内和国外还没有统一的粉体粒度技术标准，在不同的国家、不同行业的筛网规格都有着各自不同的标准，因此“目”的含义非常的不好统一31。表2.1 目数换算网目数 m 2800042355180803
