数值模拟分析在锅炉改造设计中的应用

数值模拟分析在锅炉改造设计中的应用

　数值模拟分析在锅炉改造设计中的应用王莹李长志久韩伟实王芝秋秦裕琨21.哈尔滨工程大学动力工程系，黑龙江哈尔滨150001；2.哈尔滨工业大学能源学院，黑龙江哈尔滨150001各截面煤粉颗粒的速度分布浓度分布及湍动能分布进行对比，分析了改造前造成水冷壁高温腐蚀的原因，验证了改造方案的正确性，认为改造方案可以从根本上解决水冷壁高温腐蚀问。数值模拟的结果与改造前后牙1数值模拟方法1.1湍流运动通用微分方程组型对炉内流动进行数值模拟1.电站锅炉的炉内流动是复杂的维湍流气固两相流动过程，由于煤粉炉整个炉膛内的煤粉浓度较低，在稳定冷态条件下，炉内流动可用维定常湍流稀疏悬浮体等温无相变反应气固两相流动的基本方程组来。在直角坐标系内，气相及颗粒相湍流运动控制方程组的通用形式分别为1气相湍流运动控制方程组的通用形式2颗粒相湍流运动控制方程组的通用形式对气相作用产生的源项纟为通用的气相场因变量；2，5.！2分别代颗粒自身源项和气相对颗粒相作用产生的源项；为通用颗粒相场因变量。

　　1.2离散化差分方程的建立及求解在湍流气固两相流动中，气相和颗粒相控制方程组具有相似的通用形式，因此可将两组微分方程分别离散化后，采用统的数值解法求解。

　　根据实际计算的需要，进行非均匀网格划分。

　　为详细了解喷口处这各参数变化最为剧烈的区域同时也为了降低伪扩散，本文在喷口处采用了较细的网格划分，把由钝体隔开的每个喷口的半划分为个独立的网格。在网格上采用控制容积法，将积分区域离散化，建立离散化差分方程组后，采用SIMPLE方法迭代求解。气相及颗粒相控制微分方程组的维差分方程可用相似的方法分别得到气相迭代求解的收敛精度为颗粒相迭代求解收敛精度取为颗粒数密度方程相对余源和小于2 2设备概况及改造方案某台1000亚临界直流锅炉，炉膛结构为单炉体双炉膛，形布置。该炉多次发生不同程度的水冷壁烟气侧高温腐蚀，严重危害了锅炉运行的安全性和经济性2.由于该炉左右炉膛的速度分布基本对称，在此只研究左侧炉膛。炉膛结构及原燃烧器喷口布置情况2.燃烧器为均等配风，2次风喷口相间布置，次风喷口自下而上分为甲乙丙丁4层，2次风喷口自下而上分为A，RC，D，E5层。现场检查发现，该炉水冷壁高温腐蚀部位主要分布在燃器及以上区域且以前后墙腐蚀尤为严重。其中，1和3角温度较高，腐蚀速度较大，称为热角；2和4角温度较低，腐蚀速度较小，称为冷角。根据实际情况提出采用水平浓淡风煤粉燃烧器32化改造方案。

　　3数值模拟结果分析层1次风喷口截面上，冷热角对角连线上的颗粒相切向速度矢量分布。中实线箭头改造前速度矢量，虚线箭头改造后速度矢量。由可以清晰地看到改造前后工况的冷热角区域颗粒相切向速度的变化情况。与改造前相比，改造工况的各1次风射流的偏转在很大程度上减少，炉内旋转气流直径减小，对壁面的冲击明显减小，可以有效防止热态运行中1次风煤粉气流冲刷水冷壁，预防高温腐蚀的发生。

　　截面上，高温腐蚀最为严重的1热角附近区域的煤粉浓度，分布。该区域壁面附近的煤粉浓度在改造前后有很大不同，从0.171煤粉1空气，降到0.05 1煤粉1空气。壁面煤粉浓度的大幅度下降，可以防止水冷壁高温腐蚀的发生。计算结果明，燃烧器上部区域的严重高温腐蚀问得到了根本解决。

　　口截面颗粒相湍动能人1瓦分布。与改造前相比，颗粒相湍动能值的减小，减轻了煤粉颗粒对壁面的冲刷，有利于防止高温腐蚀的发生。原燃烧器改造后燃烧器甲层1次风喷口截面乙层1次风喷口截面1改造工况4结语数值计算得到空间连续的煤粉颗粒浓度分布速度分布和湍动能分布，证实了在原始设计中燃烧器区域的前墙及热角壁面附近，煤粉颗粒浓度远大于其他区域，且存在煤粉颗粒冲刷壁面的现象。燃用高硫煤时，将必然导致水冷壁高温腐蚀合，因此本文对炉内气固两相流动数值模拟的结果是正确的。

　　改造方案与原始设计相比，在各2次风喷口截面内，壁面附近的煤粉浓度大幅度降低，不存在还原性气氛，同时颗粒相湍动能减小，使得射流解决了双炉膛直流锅炉烟气侧水冷壁高温腐蚀问上接第9页对照仿真结果和深海试验结果，它们的有功声强结果均优于浅海试验的结果，主要原因在于噪声场的空间分布差别。如式36分析，有功声强完全抵消噪声场的各向同性分量，有功场强的增益受到噪声场的各向异性分量制约。文献2中的矢量水听器布放在水下150和250叫试验海域远离海岸和航线，而且海面风浪较小，因此，水平面和垂直面内的噪声基本上是各向同性分量占绝对优势，垂直面内由于没有远处航船的噪声且远离嘈杂的海面而更趋于各向同性。这些与计算机产生2中的海洋环境噪声场基本上是各向同性的。对于本次浅海试验，由于受水深所限矢量水听器只布放在17，而且试验海域靠近海岸和航道，无论是水平面还是垂直面内，海洋环境噪声场各向同性的程度均低于深海的情况，这是深海结果2优于本次浅海试验结果的根本原因。

　　4结论利用矢量水听器测量水下目标的低频辐射噪采用数值模拟的方法，对锅炉改造设计进行分析，使改造后的情况目了然，达到最优化锅炉改造设计的目的，同时可节省大量的资金，更避免改造失误带来的损失。有理由相信数值模拟分析在今后的锅炉改造设计中将担当极其重要的角色。

　　周力行。湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值模拟。北京科学出版社，1994陈永保。金代立。1000直流锅炉水冷壁事故分析孙绍增。浓淡风煤粉燃烧器中国实用新型专fljZL96245179.7.

　　声可以获得较可观的增益相对于传统的单只声压测量，综合宽带和窄带的结果，振速测量约有5 8的增益；有功声强约有1048的增益。在保证定增益的前提下，定程度上减少了传统声压阵列的孔径，使其更适合于在浅水区进行水下目标辐射噪声测量。