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锅炉结渣过程数值模拟研究和燃烧优化设计

周勇  
【摘要】:锅炉水冷壁结渣极大地影响了锅炉运行的安全性和经济性,因此如何减轻结渣一直是工程界关心的问题。本文采用数值模拟方法来研究旋流燃烧器出口区域水冷壁面结渣过程及各次风配风,旋流和煤种特性对结渣过程的影响规律。 为了获得准确的煤粉燃烧特性预报结果,本文首先对数值模拟中选取的强旋湍流模型进行了冷态实验验证。实验方法采用相位多普勒仪(PDA)测量旋流燃烧器模型出口的流动信息,并使用Realizableκ-ε强旋湍流模型进行流场计算。比较结果显示在旋流燃烧器出口区域,计算值与实验值符合地非常好,Realizableκ-ε模型能准确地预报该区域内的强旋流动。 本文运用PDF燃烧模型全面研究了旋流燃烧器各次风配风及旋流强度、煤种特性对旋流燃烧器出口区域燃烧的影响,综合比较得出优化的燃烧工况。计算结果表明,在燃烧器一次风风口和二次风风口交汇处形成了高温高碳高氧浓度的三高区。对于较大的二次风旋流强度,煤粉初期燃烧剧烈,温度最高值大,回流区速度大并且出现位置早。各次风风率增加,气流刚性增强,回流区推迟,降低初期燃烧程度,且一次风存在一个最佳风率值。含碳量高的煤种燃烧开始早,并且燃烧更剧烈。小粒径颗粒更容易燃烧,温度上升更快,燃烧充分。 在通过燃烧模型求解得到的温度场的基础上,使用颗粒粘附模型求解粘附到水冷壁上的飞灰颗粒数目。在原有粘附模型基础上,本文发展了统计粘附颗粒的方法,并用统计数目研究结渣轻重情况。计算结果表明在水冷壁的最上端位置有非常多的粘附颗粒,在水冷壁下端靠近燃烧器出口粘附颗粒很少。旋流强度对颗粒粘附数目有最重要的影响。外二次风和一次风旋流强度增大导致气流向水冷壁面卷吸趋势增强,从而引起颗粒粘附数目迅速增加。内二次风旋流影响复杂,旋流强度为中等强度时,颗粒粘附数目最多,继续增加旋流强度后,煤粉燃烧充分,降低颗粒浓度,粘附于壁面的颗粒数目降低。各次风风率对颗粒粘附数目影响较小。灰分高的煤种引起更多的颗粒粘附数目。小粒径颗粒燃烧充分,颗粒粘附数目减少。


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