數(shù)值模擬分析在鍋爐改造設計中的應用

　　數(shù)值模擬分析在鍋爐改造設計中的應用王瑩李長志久韓偉實王芝秋秦裕琨21.哈爾濱工程大學動力工程系，黑龍江哈爾濱150001；2.哈爾濱工業(yè)大學能源學院，黑龍江哈爾濱150001各截面煤粉顆粒的速度分布濃度分布及湍動能分布進行對比，分析了改造前造成水冷壁高溫腐蝕的原因，驗證了改造方案的正確性，認為改造方案可以從根本上解決水冷壁高溫腐蝕問。數(shù)值模擬的結果與改造前后牙1數(shù)值模擬方法1.1湍流運動通用微分方程組型對爐內(nèi)流動進行數(shù)值模擬1.電站鍋爐的爐內(nèi)流動是復雜的維湍流氣固兩相流動過程，由于煤粉爐整個爐膛內(nèi)的煤粉濃度較低，在穩(wěn)定冷態(tài)條件下，爐內(nèi)流動可用維定常湍流稀疏懸浮體等溫無相變反應氣固兩相流動的基本方程組來。在直角坐標系內(nèi)，氣相及顆粒相湍流運動控制方程組的通用形式分別為1氣相湍流運動控制方程組的通用形式2顆粒相湍流運動控制方程組的通用形式對氣相作用產(chǎn)生的源項纟為通用的氣相場因變量；2，5.！2分別代顆粒自身源項和氣相對顆粒相作用產(chǎn)生的源項；為通用顆粒相場因變量。

　　1.2離散化差分方程的建立及求解在湍流氣固兩相流動中，氣相和顆粒相控制方程組具有相似的通用形式，因此可將兩組微分方程分別離散化后，采用統(tǒng)的數(shù)值解法求解。

　　根據(jù)實際計算的需要，進行非均勻網(wǎng)格劃分。

　　為詳細了解噴口處這各參數(shù)變化最為劇烈的區(qū)域同時也為了降低偽擴散，本文在噴口處采用了較細的網(wǎng)格劃分，把由鈍體隔開的每個噴口的半劃分為個獨立的網(wǎng)格。在網(wǎng)格上采用控制容積法，將積分區(qū)域離散化，建立離散化差分方程組后，采用SIMPLE方法迭代求解。氣相及顆粒相控制微分方程組的維差分方程可用相似的方法分別得到氣相迭代求解的收斂精度為顆粒相迭代求解收斂精度取為顆粒數(shù)密度方程相對余源和小于2 2設備概況及改造方案某臺1000亞臨界直流鍋爐，爐膛結構為單爐體雙爐膛，形布置。該爐多次發(fā)生不同程度的水冷壁煙氣側高溫腐蝕，嚴重危害了鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性2.由于該爐左右爐膛的速度分布基本對稱，在此只研究左側爐膛。爐膛結構及原燃燒器噴口布置情況2.燃燒器為均等配風，2次風噴口相間布置，次風噴口自下而上分為甲乙丙丁4層，2次風噴口自下而上分為A，RC，D，E5層�，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該爐水冷壁高溫腐蝕部位主要分布在燃器及以上區(qū)域且以前后墻腐蝕尤為嚴重。其中，1和3角溫度較高，腐蝕速度較大，稱為熱角；2和4角溫度較低，腐蝕速度較小，稱為冷角。根據(jù)實際情況提出采用水平濃淡風煤粉燃燒器32化改造方案。

　　3數(shù)值模擬結果分析層1次風噴口截面上，冷熱角對角連線上的顆粒相切向速度矢量分布。中實線箭頭改造前速度矢量，虛線箭頭改造后速度矢量。由可以清晰地看到改造前后工況的冷熱角區(qū)域顆粒相切向速度的變化情況。與改造前相比，改造工況的各1次風射流的偏轉(zhuǎn)在很大程度上減少，爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流直徑減小，對壁面的沖擊明顯減小，可以有效防止熱態(tài)運行中1次風煤粉氣流沖刷水冷壁，預防高溫腐蝕的發(fā)生。

　　截面上，高溫腐蝕最為嚴重的1熱角附近區(qū)域的煤粉濃度，分布。該區(qū)域壁面附近的煤粉濃度在改造前后有很大不同，從0.171煤粉1空氣，降到0.05 1煤粉1空氣。壁面煤粉濃度的大幅度下降，可以防止水冷壁高溫腐蝕的發(fā)生。計算結果明，燃燒器上部區(qū)域的嚴重高溫腐蝕問得到了根本解決。

　　口截面顆粒相湍動能人1瓦分布。與改造前相比，顆粒相湍動能值的減小，減輕了煤粉顆粒對壁面的沖刷，有利于防止高溫腐蝕的發(fā)生。原燃燒器改造后燃燒器甲層1次風噴口截面乙層1次風噴口截面1改造工況4結語數(shù)值計算得到空間連續(xù)的煤粉顆粒濃度分布速度分布和湍動能分布，證實了在原始設計中燃燒器區(qū)域的前墻及熱角壁面附近，煤粉顆粒濃度遠大于其他區(qū)域，且存在煤粉顆粒沖刷壁面的現(xiàn)象。燃用高硫煤時，將必然導致水冷壁高溫腐蝕合，因此本文對爐內(nèi)氣固兩相流動數(shù)值模擬的結果是正確的。

　　改造方案與原始設計相比，在各2次風噴口截面內(nèi)，壁面附近的煤粉濃度大幅度降低，不存在還原性氣氛，同時顆粒相湍動能減小，使得射流解決了雙爐膛直流鍋爐煙氣側水冷壁高溫腐蝕問上接第9頁對照仿真結果和深海試驗結果，它們的有功聲強結果均優(yōu)于淺海試驗的結果，主要原因在于噪聲場的空間分布差別。如式36分析，有功聲強完全抵消噪聲場的各向同性分量，有功場強的增益受到噪聲場的各向異性分量制約。文獻2中的矢量水聽器布放在水下150和250叫試驗海域遠離海岸和航線，而且海面風浪較小，因此，水平面和垂直面內(nèi)的噪聲基本上是各向同性分量占絕對優(yōu)勢，垂直面內(nèi)由于沒有遠處航船的噪聲且遠離嘈雜的海面而更趨于各向同性。這些與計算機產(chǎn)生2中的海洋環(huán)境噪聲場基本上是各向同性的。對于本次淺海試驗，由于受水深所限矢量水聽器只布放在17，而且試驗海域靠近海岸和航道，無論是水平面還是垂直面內(nèi)，海洋環(huán)境噪聲場各向同性的程度均低于深海的情況，這是深海結果2優(yōu)于本次淺海試驗結果的根本原因。

　　4結論利用矢量水聽器測量水下目標的低頻輻射噪采用數(shù)值模擬的方法，對鍋爐改造設計進行分析，使改造后的情況目了然，達到最優(yōu)化鍋爐改造設計的目的，同時可節(jié)省大量的資金，更避免改造失誤帶來的損失。有理由相信數(shù)值模擬分析在今后的鍋爐改造設計中將擔當極其重要的角色。

　　周力行。湍流氣粒兩相流動和燃燒的理論與數(shù)值模擬。北京科學出版社，1994陳永保。金代立。1000直流鍋爐水冷壁事故分析孫紹增。濃淡風煤粉燃燒器中國實用新型專fljZL96245179.7.

　　聲可以獲得較可觀的增益相對于傳統(tǒng)的單只聲壓測量，綜合寬帶和窄帶的結果，振速測量約有5 8的增益；有功聲強約有1048的增益。在保證定增益的前提下，定程度上減少了傳統(tǒng)聲壓陣列的孔徑，使其更適合于在淺水區(qū)進行水下目標輻射噪聲測量。