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1、第12卷第5期 电 站 系 统 工 程 Vol.12No.51996年10月 POWERSYSTEMENGINEERINGOct.1996四角布置切向燃烧锅炉炉内结渣原因分析及防止对策华中理工大学 胡泰来 姚 斌 曾汉才 袁建伟 徐明厚摘 要 以某厂四角燃煤锅炉为例,进行一、二次风同心正反切时炉内冷、热态试验研究,并进行数值模拟与之对照。试验和数值模拟结果均表明:当一、二次风气流以一定角度交叉送入炉膛时,合理调节一、二次风气流配风角度,采用合适的一、二次风动量矩的比值,能够改善炉内空气动力结构,减少煤粉气流刷墙贴壁,有
2、利于防止燃烧器区结渣。关键词:燃烧 动量矩 结渣 数值模拟 一、二次风同心正反切布置是指二次风气 收稿日期:1996205220流与一次风气流以一定角度正反向旋转送入炉CL=0.09,气体平均密度由气体方程得到,温度膛。合理的一、二次风交叉配风可削弱炉内气流利用从组分方程得到的焓和分子量计算。的旋转强度;同时,由于二次风气流实际切圆直112 颗粒动力学方程径略大于一次风气流实际切圆直径,在炉内近这里采用随机轨道模型对颗粒在炉膛中的壁区形成富氧区,减少煤粉气流冲墙贴壁,有利运行进行准确模拟。通过对速度概率密度函数于防止燃烧器区域的结渣。但是,如二次风动量的随
3、机选择来确定湍流速度,其基本思路是将矩过大,会把大量煤粉卷吸到炉内近壁区,也容颗粒按初始尺寸分组(假设相同尺寸组的颗粒易造成燃烧器区域的结渣;如二次风动量矩过具有相同的速度及温度),从拉格郎日坐标系中小,则由于一、二次风混合减弱,会引起燃烧延的颗粒瞬时方程组出发,考虑流体湍流对颗粒迟,炉膛出口烟温和飞灰可燃物提高。因此,选的作用,计算颗粒的随机轨道及沿轨迹的变化用合理的一、二次风动量矩比值是十分重要的。经历。颗粒动量方程为q′21 物理模型mpdupiödt=(1ö2)CDQ(ui+ui-upi)+mpgiq′式中,ui和ui分别为流体的平均速度和脉动速111
4、 气体流动度分量,upi为颗粒瞬时速度。气体流动由时间平均的整体质量、动量、焓113 颗粒燃烧和组分数的守恒方程所描述。湍流扩散系数由煤粉颗粒一开始是由原煤和灰分组成,煤有效粘性系数来处理,所有的方程由气体密度的热解和挥发分的燃烧发生于气相中,剩余煤来耦合,气体密度是燃料放热和辐射热的函数。焦以化学反应或扩散速率燃尽成灰,颗粒热解气相守恒方程的三维形式可由下式表达由一对平行的一阶反应来模化:5(Qui5)55X5É(原煤)→(1-Y1)(煤焦)+Y1(挥发分)=#5+S5+SP55Xi5Xi5XiÊ(原煤)→(1-Y2)(煤焦)+Y2(挥发分)式中,5代表质量
5、m、动量(u,v,w)、焓h及组这两个反应相互竞争,反应É慢而反应Ê分快,对单位质量原煤,其挥发分的产生率Y1假f;S5是气体的源或汇项;SP5是来自于颗粒的源设为挥发分的工业分析,Y2假设等于2Y1,速度2或汇项。有效湍流粘度即L=CLQköE+L1,式中K1和K2由Arrhenius表达式k=Aexp(-Eö©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第5期 胡泰来等:四角布置切向燃烧锅炉炉内结渣原因分析及防止对策43RTP)给定。流的相对切圆直径和混合强度的大小。热解之
6、后,煤焦燃尽是由氧扩散到颗粒的炉内气流相对实际切园直径及炉内气流的速度Kd和表面化学反应速率Kc所控制,对煤混合强度表达式见文献[3]式(2)及(3)。焦燃尽所得颗粒质量变化率为211 炉内空气动力结构2在一、二次风同心正反切布置时,不同的动dmpödt=-PktQpdpxO2量矩比所形成的炉内空气动力结构也不同。这里总体速率是由化学速率和扩散速率的[3]研究表明,当动量矩比远小于1时,随着混合系数确定的动量矩比的增大,炉内气流的相对切圆直径逐kt=1ö(1ökd+1ökc)渐减小;当动量矩比接近并超过1以后,随着动化学反应速度由Arrhenius表达式表示为
7、量矩比的不断增大,炉内气流的相对切圆直径kc=A0exp(-E0öRTp),A0和E0按煤种而变逐渐增大。当动量矩比接近并超过1时,随着动化。量矩比的增大,炉膛气流的混合强度增大。114 能量传递为了更清楚地说明问题,取相同的中一次锅炉中传热主要依靠辐射方式传递,因此风截面,在不同的动量矩比下炉内气流相对切这里重点介绍辐射传热计算方法,即离散传递圆直径的变化如表1所示。法(DiscreteTransferMethod),简称DT法。它表1 不同动量矩比下中一次风附近以热通量法为基础,并兼有区域法和蒙特卡罗截面处的相对切圆直径变化法的计算特点,适合应用于工程实际
8、。动量矩比数值计算结果冷态试验结果DT
