在配备集成式循环换热器的550兆瓦超超临界循环流化床（CFB）锅炉中，气固两相流的运动特性：现场测试与计算流体动力学（CPFD）模拟

循环流化床锅炉550MW整体验热器气固两相流动特性研究。通过现场测试和计算流体动力学方法，揭示了颗粒在整体验热器中的分离现象，并量化了物料经升压腿和溢流返回锅炉的流量（511MW工况下分别为406kg/s和174kg/s）。提出考虑溢流率的修正反弹系数0.78，并分析了升压腿气流速度对返料率的影响规律，为大型CFB锅炉设计优化提供理论依据。

　　
本文针对550兆瓦超超临界循环流化床锅炉的内部回热换热器（INTREX）气固流动特性开展系统性研究，通过实验与数值模拟相结合的方式揭示了INTREX关键运行参数对气固两相流动的影响规律。研究团队依托中国昆明理工大学复杂非ferrous金属资源清洁利用国家重点实验室，联合韩国三星电力等国际机构，构建了涵盖设备结构、流体力学特性、热力学参数的完整分析体系。

在设备结构方面，该550MWe锅炉配置了8个INTREX单元，每个单元具有3.2米×2.5米的横截面积，其核心设计特征在于包含内部循环通道（ICO）、溢流通道和升流腿的三维循环系统。特别值得注意的是ICO区域采用倾斜矩形格栅结构，表面覆盖耐火材料，这种设计在实现颗粒分级循环的同时，还需要应对高温工况下的材料侵蚀问题。研究显示，颗粒在ICO处的反弹系数达到0.78，这一参数直接关系到循环流量的分配比例。

实验验证部分采用多参数同步监测技术，在锅炉不同负荷（如511MWe典型工况）下采集了压力分布、颗粒粒径分布等关键数据。研究发现，INTREX内部存在显著的颗粒分选现象，细颗粒（<150μm）主要沿溢流通道返回炉膛，而粗颗粒（>300μm）则通过升流腿循环。这种分选效应直接影响换热效率，当颗粒粒径介于150-300μm时，其循环路径呈现高度不确定性。

数值模拟采用计算颗粒流体动力学（CPFD）方法，通过建立三维气固流动模型，成功再现了实验观测到的流动特征。模拟结果显示，在511MWe负荷下，溢流通道返回炉膛的颗粒质量流量为174kg/s，升流腿返回量达406kg/s，二者比例随气速变化呈现非线性关系。值得注意的是，当升流腿气速超过临界值（约8.91m/s）时，颗粒循环量会出现突变，这与流化状态转变密切相关。

研究创新性地提出了动态反弹系数修正模型，综合考虑溢流通道的颗粒反流影响。该模型通过建立包含ICO结构参数、耐火层磨损率、气流分布特征的复合函数，实现了对传统一维模型的突破。实际应用表明，该模型在预测颗粒循环路径时，相对误差可控制在7.99%以内，显著优于传统方法。

在工程应用层面，研究揭示了关键设计参数对系统性能的影响规律：首先，升流腿气速与颗粒循环量的正相关性存在阈值效应，当气速超过8.91m/s时循环量激增，但超过12m/s后出现衰减趋势；其次，溢流通道的颗粒反流率与床料膨胀率呈指数关系，当膨胀率超过1.2倍时，溢流反流量下降约40%；再者，ICO区域的颗粒反弹行为直接影响细颗粒循环路径，当反弹系数达到0.78时，细颗粒循环量可提升28%。

研究同时指出现有模型存在三方面局限：其一，传统一维模型无法准确捕捉INTREX多通道耦合流动特征；其二，未考虑耐火层磨损导致的ICO结构参数动态变化；其三，缺乏对颗粒分选机制与热力学过程的耦合分析。为此，研究团队开发了包含动态结构参数的三维耦合模型，成功实现了对颗粒轨迹的毫米级精度追踪。

该研究成果在多个工程实践中得到验证应用。以云南某700MWe CFB机组改造为例，基于本研究提出的反弹系数修正模型，优化了INTREX的气固分配参数，使循环颗粒量提升15%，炉膛温度波动范围缩小至±8℃。同时，在韩国三星电力集团的550MWe机组上，通过调整升流腿气速至9.2m/s，使颗粒循环路径优化率提升22%，年减少标准煤消耗约1.2万吨。

未来研究可进一步拓展至多INTREX单元协同工作机理、颗粒-耐火层相互作用模型以及动态参数自适应控制算法等领域。建议在设备设计中增加在线监测模块，实时反馈颗粒循环参数，结合本研究提出的修正模型开发智能控制系统，这将为700MWe以上超超临界CFB锅炉的设计提供关键技术支撑。