循环流化床 锅炉炉内过渡区磨损机理数值模拟的研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第43卷第3期锅炉技术Vo1．43。NO．32012年5月B0ILERTECHN0L0GYMay．，2012循环流化床锅炉炉内过渡区磨损机理数值模拟的研究孔圆，陈逸，缪正清，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：采用欧拉一欧拉双流体模型，对某大型循环流化床锅炉炉膛内过渡区的磨损机理进行数值模拟研究。模拟结果表明，密稀相过渡区存在大摆动及由其引起的大涡流，是引起过渡区磨损的主因。通过揭示的大摆动与大涡流的本质在于炉膛内沿密稀相过渡区高度上气固两相流的不稳定性来表明，这一结论与以往所认识的磨

2、损机理的重要区别在于，以往的研究中，把这一区域的磨损机理仅仅简单地看作稳定流动下的涡流现象。研究深化了对循环流化床过渡区磨损机理的理论认识。关键词：循环流化床；过渡区；气固两相流；流体摆动；大涡流；磨损机理中图分类号：TK229．66文献标识码：A文章编号：1672—4763(2012)03—0040—04只强调涡流现象，虽然没有区分稳定流动与非稳0前言定流动条件，实际上也就将流化床内的气固两相循环流化床(CirculationFluidizedBed，流有意或者无意地看作为稳定流动了。对于前CFB)燃烧技术具有燃料适用性广、脱硫效率高、者，似乎定性上并不会改变结论(但机理仍有差NO排放量小

3、、负荷调节比大及灰渣可综合利用异)，但是，对于后者就完全不同了。等优点口]，因此，近几十年来在国内外得到了非认清磨损的真实机理，有助于磨损问题的更常迅速的发展和商业推广[2]。然而，由于循环流好解决。循环流化床锅炉内发生的气固两相流化床的高操作流速和固体颗粒的大量循环，使得现象，总体上呈现一种非稳定态流动，即在炉膛其内部构件经受着严重的磨损_3]，尤其是炉膛内的垂直方向上，颗粒与气流呈现波动性，炉膛内卫燃带与水冷壁交界面以上2～3rn的过渡区四压力呈现的波动性就是其直接反映。而在过渡周水冷壁，因其特殊的位置，磨损常常更加严区炉膛的横向是否存在同样的波动性，或者说不重]。长期磨损会造成潜在危险

4、，甚至于造成安稳定性这种不稳定性是否与过渡区的整体性磨全事故，因此，对循环流化床的磨损问题展开研损相关，这是本文要研究的内容。究是十分必要，也是亟需解决的一个难点。随着计算机技术的飞速发展，也得益于商业过渡区的磨损可分成2种类型：一种是在炉膛CFD软件的强大功能，用计算机数值模拟的方法内卫燃带与水冷壁交界面附近水冷壁上的局部磨研究循环流化床复杂气固两相流问题成为了可损，另一种就是具有一定区域高度的整体磨损。前能]，由于气固两相流体的动力特性是影响流化者往往磨损速度较快，后者磨损速度稍慢。床锅炉工作的各个方面，包括影响到受热面的磨对前者文献Es]认为磨损的机理为：一是沿壁损。因此，本文将采用欧

5、拉一欧拉双流体模型，面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运通过对某大型循环流化床锅炉炉膛内的气固两动方向相反，在局部产生的涡漩流所致，另一方面相流动的模拟，研究锅炉炉膛卫燃带与水冷壁过是由于沿壁面下流的固体物料在交界区域产生流渡区整体磨损的机理。动方向的改变，对于水冷壁产生冲刷。对于后者，1数值模拟通常认为是由于总体上该区域处于颗粒浓度尚高的区域，并且与环核流动有关。显然，这些认识中应用CFB商业软件模拟气固两相流动时，气收稿日期：201l一12—15作者简介：孔圆(1986一)，男，硕士研究生，主要从事气固两相流数值模拟的研究。学兔兔www.xuetutu.com第3期孔圆，等：循环流

6、化床锅炉炉内过渡区磨损机理数值模拟的研究41固两相流动模型的精确程度是数值模拟能否取得势，因此，为了突出研究的重点，在建立计算模型成功的关键。目前的气固两相流动模拟方法主要时可进行适当的简化，在本文模拟中，主要研究受有3类：双流体模型(TwoFluidModel，炉膛形状和一次风边界条件影响的炉内密相区及TFM)]、离散颗粒模型(DiscreteParticleMod—密稀相过渡区气固两相流的行为，而暂时忽略返el，DPM)_8]，以及格子气(LatticeGasModel，料及二次风的影响，这样既可以抓住要害、突出重LGM)、格子波尔兹曼(LatticeBoltzmannModel，点，同

7、时也减小数值模拟的复杂性。LBM)。从研究方法的角度来看，离散颗粒1．2计算模型及网格划分模型和双流体模型主要在宏观层面上考虑流体、计算模型按照某300Mw循环流化床锅炉颗粒及相互间的作用，而格子气、格子波尔兹曼方的实际尺寸建立，X方向宽为28m，Y方向纵深法则是从微观层面按照彻底离散化思想考虑颗为8．5m，Z方向总高为37m，炉膛后墙(一y方粒、流体及相互的作用，具体比较如表1所示。向)上方布置3个4×7m