循环流化床U型阀调节特性的实验研究与数值模拟

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1、学兔兔www.xuetutu.com第44卷第3期锅炉技术V01．44，No．52013年5月B0ILERTECHN0L0GYMay．，2013循环流化床U型阀调节特性的实验研究与数值模拟徐钊，缪正清，黄永志。，肖峰。(1．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2．上海锅炉厂有限公司，上海200245)摘要：采用数值模拟与实验研究2种方法对循环流化床U型阀进行深入的研究，分析了u型阀调节过程中的3种状态。验证了数值模拟的可行性，对于循环流化床实炉U型阀的研究提供新的方法和依据。并使用数值模拟的方法依次研究初始变量流化风、松动风、U型阀水平通道以及中间变

2、量料高h对于调节特性的影响。关键词：循环流化床；U型阀；双流体模型；调节特性中图分类号：TK229．66文献标识码：A文章编号：1672—4763(2013)03—0032—05阀的局部微观特性，能够非常容易通过可视化处0前言理软件处理U型阀中颗粒的结焦问题。循环流化床锅炉燃烧技术是一项近40年来但是，由于数值模拟中理论模型的限制，气固发展起来的燃煤技术，它具有燃料适应性广、燃烧两相流的数值模拟方法的准确性一直有待研究，本效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大和负荷调文首先验证双流体模型研究U型阀的准确性，然节快等突出优点¨1]。而U型阀是目前循环流化床后再利用双流

3、体模型研究u型阀的调节特性。锅炉最常用的返料装置，起到了如下作用：1数值模拟说明(1)维持稳定的物料流率，这是保证循环流化床稳定运行的一个基本条件。U型阀的基本工作原理和结构尺寸如图1所(2)有效控制物料流率，使其不但具有开启示，图2为数值模拟的网格划分方式，通过CFD或关闭循环的能力，还具有一定的调节特性。(ComputationalFluidDynamics)前处理软件实具体来讲，U型阀的调节特性就是循环回料现对该U型阀的网格划分得到4万多网格组成的量G随着外部变量改变而改变的特性。这将是模型。本模拟条件为三维非稳态两相流动，使用本文重点研究的内容。欧拉双流体

4、模型，非稳态时间步长为1×10。。“S。(3)防止烟气反窜，达到既能将燃料送到流控制容积法离散控制方程，湍流模型采用标准模化床，又能有气体密封作用。型，采用了density—based，implicit求解器。目前国内外对于U型阀的研究，大多以实验为主，并辅以一定的理论论证_2]。随着计算机的发展，计算流体力学研究成为了继理论和实验之后的另一种更新型有效的研究手段。采用CFD(ComputationalFluidDynamics)软件对循环流化床U型阀数值模拟成为了一种重要的研究方法。相比与其他研究方法，数值模拟有着一下优点：(1)便捷性。能够方便快捷地模拟出各种

5、工况。(2)瞬态性。使用数值模拟可以研究U型阀的瞬态特性，这样就容易处理U型阀的非稳态1一回料管；2排料室；3松动室；4一立管；5～侧风口。L一料调节特性。高；Q流化风；Qz一松动风；hv溢流高度。(3)微观性。使用数值模拟可以研究U型图1U型阀的基本工作原理和结构尺寸图收稿日期：2012—12—05作者简介：徐钊(1989一)，男，硕士。主要从事循环流化床方面的研究。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com第3期徐钊，等：循环流化床u型阀调节特性的实验研究与数值模拟流化风和松动风共同影响着回料阀

6、的调节性能，为了研究松动风和流化风的作用区别，假设总风量为Q，松动风在总风量中所占的比例为O0OOOOOOOO加H挖m傩∞∞，z，则此时回料阀的运行效果由图8可以看出，松动风占的比例越大，随着总风量的增加，回料阀越早进入窜风状态。而松动风占的比例越小，流化风占得比例越大，随着总风量减小，回料阀中颗粒越早进入移动床状态。由此可见松动风和流化风在回料阀中起到的作用是不同的。图9水平通道尺寸对于U型阀调节特性的影响60(1)从调节范围来讲，图9(a)中循环回料量50为0．4kg／s~O．21kg／s，图9(b)中循环回料量为·400．16kg／s～0．34kg／s，图9

7、(c)中循环回料量为300．08kg／s~O．28kg／s，可见随着水平通道高度的20增大，回料阀越来越容易窜风；随着水平通道高度10的减小，回料阀回料室越来越容易进入移动床状0态。水平通道高度较低的回料阀适于低回料量，0．040060．080．100120．140．160．180．200．22而水平通道高度较高回料阀适于高回料量。00O0OO0O0O0OO如勰弛砺m∞(2)从调节幅度来讲，从图中很容易看到随图8松动风和流化风的比例对于回料阀运行影响着水平通道高度L的增大，流化风和松动风的调3．2U型阀水平通道的影响节幅度明显增大。在回料阀中，连通回料阀排料室和松

8、动室之3．