循环流化床 锅炉气动防磨技术研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第45卷第4期锅炉技术Vo1．45，NO．42014年7月B0ILERTECHN0L0GYJuly．，2014【流化床锅炉】循环流化床锅炉气动防磨技术研究孙佰仲，姜春坤，王擎(1．北京科技大学机械工程学院，北京100032；2．东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：循环流化床锅炉水冷壁的磨损问题已经严重影响了循环流化床锅炉的安全运行。通过利用Fluent软件对循环流化床锅炉炉膛内的磨损机理进行数值模拟研究，分析了炉膛内水冷壁的磨损情况。针对循环流化床锅炉水冷壁的磨损问题提出了一种新型

2、的水冷壁防磨方法，利用气体动力学中气膜形成机理，在磨损区按一定规律加装多个气体喷嘴，形成多孔气流，并在气流的作用下，在磨损区域的水冷壁与循环流动的物料之间人为构建气膜，以避免循环流动的物料继续与已经磨损的水冷壁相接触，降低了烟气与物料对水冷壁的压力，从而来防护水冷壁。因此这种措施可以很好的缓解磨损问题，增加了循环流化床锅炉的安全运行周期，通过数值模拟来验证了此措施的有效性。关键词：循环流化床锅炉；数值模拟；气膜；防磨中图分类号：TK229．66文献标识码：A文章编号：1672-4763(2014)04—0027—07情况；并加入了磨损量的计

3、算方法，模拟计算了0前言炉内的磨损损坏的分布情况，分析了炉膛内的磨由于我国的油、气不是很丰富，所以我国损部位。通过对原炉型的磨损区加装气体喷嘴，的能源消耗主要以煤为主，而煤中含有大量的对磨损区上的气体喷嘴进行优化排布以形成保氮和硫元素，对环境的污染非常严重，这也是护气膜，再次进行磨损量的模拟计算，降低固体我国迫切需要解决的问题[1]。循环流化床锅颗粒对壁面的接触，缓冲固体颗粒对壁面的冲击炉以其优良的性能、低污染燃烧特性成为当今力度，降低水冷壁的损坏，对比分析在炉膛相同世界先进可靠的洁净煤发电技术。这种燃烧位置的磨损量情况，以此来研究锅炉炉膛

4、内磨损技术已得到世界各国普遍认可和加以大力应的机理。用推广。循环流化床锅炉对煤质量的要求低，1计算模型和数值方法可以燃烧劣质煤，在循环中可以提高煤的燃烧效率，更能在不断循环中持续地脱硫、脱硝，会计算的实体模型按照东方锅炉股份有限大大地降低环境的污染。但受其特殊的燃烧公司自主设计的300MW循环流化床锅炉的实方式以及其它一些因素的影响，循环流化床锅际尺寸建立，在X方向为28．3m，Y方向为炉实际运行中存在运行时数少、磨损严重、出8．5m，Z方向总高为38．9m，炉膛的最小截力不足等问题，尤其是磨损问题已严重制约了面是4m×28．3m，在Z一8

5、m处截面为炉膛循环流化床锅炉的应用和发展。特别是水冷倒锥形的上部截面处，炉膛上方还有3个4m壁受热面的磨损，对循环流化床锅炉安全、经×7m的分离器人口段。网格的划分情况为炉济运行具有重要影响l_2]。膛上部选择的是六面体，而炉膛下部选择的是本文对典型的国产300Mw循环流化床锅加密四面体网格，两部分共计划分网格数量约炉的炉内气固两相流的流动情况进行了数值模为2O0万。模拟计算的几何模型和网格划分拟计算，得出了炉膛内颗粒的浓度和速度的分布情况分别如图1和图2所示。收稿日期：2014—01—09；修回日期：2014—03—22作者简介：孙佰仲(

6、1973一)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要从事油页岩综合利用技术的研究。学兔兔www.xuetutu.com28锅炉技术第45卷无滑移的，并且定义气体在炉膛内壁面的速度为零；固相的边界条件为滑移的，其采用的部分滑移边界条件为Johnson和Jackson的。计算中气相介质为常温空气，固相介质为单一的石英砂颗粒，石英砂颗粒的物性参数见表1。表1气固的物性参数气相空气密度p／(kg·m)1．2O图1计算实体模型粘度／(Pa·S)1．78×10固相石英砂平均粒径d。／ram0．45颗粒密度p／(kg·m)25002计算结果和分析z循环流化床

7、锅炉受热面的磨损主要有由冲／L、刷和冲击2种形式J。冲刷磨损是指气流和固体颗粒与受热面相平行流动时，固体颗粒冲刷图2模型的网格划分受热面造成的磨损；冲击磨损是指气流和固体本模拟计算是采用双欧拉模型计算的非稳颗粒的流动方向与受热面呈一定的角度或垂直态两相流动，湍流模型采用标准￡一kp模型，模时，固体颗粒撞击受热面而造成的磨损。所以型常数C一1．42，C一1．68，C一0．09，一1．O，炉膛内的磨损主要是固体颗粒的浓度和速度的一1．3一0．85。在压力一速度耦合方面上，影响，在这里主要模拟研究炉膛内的颗粒运动应用了唯一的设置算法，就是插值。在

8、空隙率的情况。设置上，使用QUICK的方式，这样能够增加模拟2．1炉膛内颗粒固含率的分布的精度，能够让气固两相更直接的显示。剩下的循环流化床锅炉的床体部分大致上可以分设定成二阶迎