送粉管道中90°弯头内煤粉浓度分布试验探究

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1、送粉管道中90°弯头内煤粉浓度分布试验探究　　【摘要】本文应用数值模拟的方法研究了送粉管道中90°弯头内煤粉浓度分布情况，结果显示粉尘冲刷最厉害的位置在弯头外弧靠近壁面处，且靠近弯头出口位置，并不是耐磨弯头接管中心线与弯头外弧面相交位置。给出了火电厂送粉管道支吊架管部焊接吊板结构设计的建议，如果现场条件有限，将支吊架管部焊接吊板结构设计在耐磨弯头接管中心线与弯头外弧面相交位置也是可行的，不会因为颗粒冲刷磨损而影响耐磨弯头的寿命。【关键词】数值模拟；浓度分布；耐磨弯头；寿命1前言《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》DL-T5121-2000第10.1

2、.11条规定，送粉管道（无烟煤除外）支吊架管部不应采用焊接吊板结构[1]。但实际在火电厂送粉管道设计中，有时由于空间位置限制送粉管道支吊架不得已必须设置在弯头上且采用焊接吊板结构。这一设计是否会对耐磨弯头的寿命有影响，弯头内粉尘冲刷最厉害的位置是否就是耐磨弯头接管中心线与弯头外弧面相交位置，本试验将通过气固两相流的数值模拟手段来研究煤粉在90°解答上述问题。62物理模型本试验以广州市某电厂4×300MW机组改造工程所选90°送粉管道为原型建立相关模型。90°双金属耐磨弯头具体尺寸如下：接管φ480x10弯曲半径R=960圆弧角=90°展开长度L=28

3、08入口总直段a=500出口总直段b=800入口过渡段c1=100出口过渡段c2=100。根据物理原型建立的物理模型具体尺寸如下：弯头过流截面φ460弯曲半径R=960圆弧角=90°入口总直段a=1000出口总直段b=1000。根据模拟试验研究发现，90°弯头入口必须设置一定长度的入口直管段才才符合实际进入弯头时的流场分布，而弯头出口是否设置入口直管段对弯头内流场分布无影响。本试验为了更好地体现弯头内真实流场分布，在90°弯头进出口分别设置1000mm的直管段。3试验参数本试验所选取的试验参数与广州市某电厂4×300MW机组改造工程的设计参数完全一样

4、，具体如下：（1）进口空气：温度70℃；密度1.029kg/m?；运动学粘度2.06×10-5Pa·S；质量流量3.64kg/s（单台磨通风量52.42t/h，每台磨4根送粉管）；体积流量3.537m?/s；平均风速21.296m/s。（2）进口煤粉：真密度1.5×103kg/m?；质量流量2.366kg/s（单台磨送粉量34t/h，每台磨4根送粉管）；真实体积流量1.573×10-3m?/s；堆积密度0.5×103kg/m?；可视体积流量4.72×10-3m?/s；煤粉平均流速0.028m/s；粒径分布R90=20%；煤粉直径90μm=9×10-5

5、m。4数学模型及边界条件设置4.1连续相进口设置为mass-flow-inlet边界；出口设置成outflow边界；流体简化为70℃密度1.029kg/m?的空气；湍流模型K-ε模型，湍动能为6.8123㎡/s2；湍流耗散率为90.7336㎡/s3。4.2离散相[2]颗粒模型：离散相模型（DiscretePhaseModels，简称DPM模型）St=τd/ts=（ρd·dd2/18μc）/（Ls/Vs），其中，St斯托克斯数；τd颗粒响应时间；ts系统响应时间；ρd颗粒真密度；dd颗粒直径；μc连续相运动粘度系数；Ls特征长度，取弯头过流截面直径；V

6、s特征速度，取连续相平均速度。代入数据得St=1.514>1，说明颗粒不是紧紧跟随连续相运动，会有一定的气固分离，故可以选择离散相模型或欧拉模型。颗粒体积分数ψp=颗粒真实体积流量÷连续相体积流量，代入数据得ψp=0.0445%10%～12%。故可以使用离散相模型。6Δt=L/（Up+Uc），其中，L长度标尺，其值最好小于最小单元格的大小；Up颗粒速度；Uc连续相速度。代入相关数据，得Δt=0.001407s。Δt*=D/Up，其中，Δt*颗粒穿过控制体的时间；D控制体长度，取弯头展开长度与进出口直管段总和；Up颗粒速度。代入数据得Δt*=125.2

7、857s。Δt=Δt*/λ，其中，Δt时间步长；Δt*颗粒穿过控制体的时间；λ步长因子。代入数据得λ=89053。L·Ntmax=D，其中，Ntmax最大计算步数；D控制体长度，取弯头展开长度与进出口直管段总和；L长度标尺。代入数据得Ntmax=117。说明在设置计算步数时至少要117步以上。5试验结果及分析讨论5.1气流相在弯头内的分布图5.1气流速度标量在弯头内的分布图5.2气流速度梯度dVz/dx在弯头内的分布5.2分析及结论根据上述模拟实验结果，可以得出以下结论：（1）90°弯头内气流速度最高的位置在弯头内弧处（图5.1），但此处颗粒浓度并不

8、是最大。这是因为气流与煤粉颗粒的惯性不同，随着运动方向的改变，存在气固两相分离。6（2）90°弯头内气流速度