aqc锅炉入口流场对过热器换热及磨损的模拟研究

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1、学校代码10530学号201510161691分类号TK172密级公开硕士学位论文AQC锅炉入口流场对过热器换热及磨损的模拟研究学位申请人刘乐乐指导教师徐顺生副教授学院名称机械工程学院学科专业动力工程及工程热物理研究方向热工过程仿真与优化二○一八年六月七日SimulationResearchonHeatTransferandErosionofSuperheateratInletFlowFieldofAQCBoilerCandidateLiuLe-leSupervisorAssociateProf.X

2、uShun-shengCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramPowerEngineeringandEngineeringThermalPhysicsSimulation&OptimizationofThermalProcessSpecializationDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune2018摘要摘要本文以湘潭某水泥企业预分解窑余热回收系统中AQC锅炉（窑头余热锅

3、炉）为研究对象，采用数值模拟方法，对AQC锅炉烟道进行流场优化，获得在分段扩散及布置导流板两种优化方案下流动结果。在较优方案下，对余热锅炉过热器区域对流管束传热特性进行深化研究，同时对过热器内环形鳍片管的磨损特性进行研究，研究成果为AQC锅炉的高效低磨损设计与运行提供了技术支持。具体研究内容及结论如下：（1）入口烟道采用分段扩散方法时，对其第一段扩散角度（α）与扩散长度（L）研究发现，当L=3.0m、α=15°时，此时入口烟道出口截面均方差及总压降分别降低了56.63%和27.0%。采用布置导流板进

4、行优化时，对其导流板长度（Ld）与导流板间距比（K）研究发现，当Ld=4.5m、K=1.8，入口烟道出口截面均方差及总压降分别降低了82.4%和9.5%。（2）对过热器进行换热特性研究。研究发现，对入口烟道流场进行优化能明显改善过热器段烟道内的流场，同时提高管束换热能力。相比原烟道结构，分段扩散最优结构下及导流板布置最优结构下过热器管束表面换热系数分别提高了5%及15%。同时基于原烟道结构，对不同烟气温度及不同烟气流量下换热性能及压降进行了分析研究，结果显示，管束表面传热系数随烟气温度的升高或流量的

5、增加而增大，压降随温度的升高呈降低趋势，随流量的增加而增加。（3）对气固两相流参数下错排布置的环形鳍片管磨损特性进行研究，得到不同颗粒粒径、烟气流速及烟气含尘量下不同管排的磨损规律；同时基于烟道流场优化，对不同烟道结构下鳍片管磨损进行对比发现，以磨损最严重的区域为例，在导流板布置最优结构下，第2排基管磨损率为1.98×10-10kg/m2s，比原烟道结构下减轻了2个数量级，第4排鳍片顶部磨损率为1.14×10-9kg/m2s，与原烟道结构下磨损减轻了50倍左右。（4）通过研究发现，通过在入口烟道扩口

6、部位布置导流板能有效改善烟道内部流场，提高过热器管束的换热性能，同时减轻管束的磨损程度，有效提升AQC锅炉余热回收效率。关键词：AQC锅炉；入口烟道；过热器；换热；磨损IAbstractAbstractTheAQCboilerofwasteheatrecoverysystemofacementplantinXiangtanistakenastheresearchobjectinthepaper,themethodofnumericalsimulationisadoptedfortheflowfiel

7、doptimizationoftheflueoftheAQCboilertoobtaintheresultswithtwooptimizationmethods,whichrespectivelyarepiecewiseinletandtheinstallationofguideplate.Thenundertheoptimumscheme,theheattransfercharacteristicsofconvectiontubesinsuperheaterareaarestudiedfurthe

8、r,andtheerosioncharacteristicsofannularfinstubesarestudiedsimultaneously,theresearchresultsprovidetechnicalsupportfortheefficientdesignandoperationofAQCboiler.Thespecificresearchcontentsandconclusionsareasfollows:(1)Whenthemethodofpiece