數(shù)值模擬分析在鍋爐改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　數(shù)值模擬分析在鍋爐改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用王瑩李長(zhǎng)志久韓偉實(shí)王芝秋秦裕琨21.哈爾濱工程大學(xué)動(dòng)力工程系，黑龍江哈爾濱150001；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源學(xué)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(dòng)能分布進(jìn)行對(duì)比，分析了改造前造成水冷壁高溫腐蝕的原因，驗(yàn)證了改造方案的正確性，認(rèn)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(jié)果與改造前后牙1數(shù)值模擬方法1.1湍流運(yùn)動(dòng)通用微分方程組型對(duì)爐內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬1.電站鍋爐的爐內(nèi)流動(dòng)是復(fù)雜的維湍流氣固兩相流動(dòng)過程，由于煤粉爐整個(gè)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(dòng)可用維定常湍流稀疏懸浮體等溫?zé)o相變反應(yīng)氣固兩相流動(dòng)的基本方程組來。在直角坐標(biāo)系內(nèi)，氣相及顆粒相湍流運(yùn)動(dòng)控制方程組的通用形式分別為1氣相湍流運(yùn)動(dòng)控制方程組的通用形式2顆粒相湍流運(yùn)動(dòng)控制方程組的通用形式對(duì)氣相作用產(chǎn)生的源項(xiàng)纟為通用的氣相場(chǎng)因變量；2，5.！2分別代顆粒自身源項(xiàng)和氣相對(duì)顆粒相作用產(chǎn)生的源項(xiàng)；為通用顆粒相場(chǎng)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(dòng)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(shí)際計(jì)算的需要，進(jìn)行非均勻網(wǎng)格劃分。

　　為詳細(xì)了解噴口處這各參數(shù)變化最為劇烈的區(qū)域同時(shí)也為了降低偽擴(kuò)散，本文在噴口處采用了較細(xì)的網(wǎng)格劃分，把由鈍體隔開的每個(gè)噴口的半劃分為個(gè)獨(dú)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(duì)余源和小于2 2設(shè)備概況及改造方案某臺(tái)1000亞臨界直流鍋爐，爐膛結(jié)構(gòu)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(cè)高溫腐蝕，嚴(yán)重危害了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性2.由于該爐左右爐膛的速度分布基本對(duì)稱，在此只研究左側(cè)爐膛。爐膛結(jié)構(gòu)及原燃燒器噴口布置情況2.燃燒器為均等配風(fēng)，2次風(fēng)噴口相間布置，次風(fēng)噴口自下而上分為甲乙丙丁4層，2次風(fēng)噴口自下而上分為A，RC，D，E5層�，F(xiàn)場(chǎng)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(yán)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(shí)際情況提出采用水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器32化改造方案。

　　3數(shù)值模擬結(jié)果分析層1次風(fēng)噴口截面上，冷熱角對(duì)角連線上的顆粒相切向速度矢量分布。中實(shí)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(fēng)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(duì)壁面的沖擊明顯減小，可以有效防止熱態(tài)運(yùn)行中1次風(fēng)煤粉氣流沖刷水冷壁，預(yù)防高溫腐蝕的發(fā)生。

　　截面上，高溫腐蝕最為嚴(yán)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(jì)算結(jié)果明，燃燒器上部區(qū)域的嚴(yán)重高溫腐蝕問得到了根本解決。

　　口截面顆粒相湍動(dòng)能人1瓦分布。與改造前相比，顆粒相湍動(dòng)能值的減小，減輕了煤粉顆粒對(duì)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(fēng)噴口截面乙層1次風(fēng)噴口截面1改造工況4結(jié)語數(shù)值計(jì)算得到空間連續(xù)的煤粉顆粒濃度分布速度分布和湍動(dòng)能分布，證實(shí)了在原始設(shè)計(jì)中燃燒器區(qū)域的前墻及熱角壁面附近，煤粉顆粒濃度遠(yuǎn)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(shí)，將必然導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕合，因此本文對(duì)爐內(nèi)氣固兩相流動(dòng)數(shù)值模擬的結(jié)果是正確的。

　　改造方案與原始設(shè)計(jì)相比，在各2次風(fēng)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(shí)顆粒相湍動(dòng)能減小，使得射流解決了雙爐膛直流鍋爐煙氣側(cè)水冷壁高溫腐蝕問上接第9頁對(duì)照仿真結(jié)果和深海試驗(yàn)結(jié)果，它們的有功聲強(qiáng)結(jié)果均優(yōu)于淺海試驗(yàn)的結(jié)果，主要原因在于噪聲場(chǎng)的空間分布差別。如式36分析，有功聲強(qiáng)完全抵消噪聲場(chǎng)的各向同性分量，有功場(chǎng)強(qiáng)的增益受到噪聲場(chǎng)的各向異性分量制約。文獻(xiàn)2中的矢量水聽器布放在水下150和250叫試驗(yàn)海域遠(yuǎn)離海岸和航線，而且海面風(fēng)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(duì)優(yōu)勢(shì)，垂直面內(nèi)由于沒有遠(yuǎn)處航船的噪聲且遠(yuǎn)離嘈雜的海面而更趨于各向同性。這些與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生2中的海洋環(huán)境噪聲場(chǎng)基本上是各向同性的。對(duì)于本次淺海試驗(yàn)，由于受水深所限矢量水聽器只布放在17，而且試驗(yàn)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(chǎng)各向同性的程度均低于深海的情況，這是深海結(jié)果2優(yōu)于本次淺海試驗(yàn)結(jié)果的根本原因。

　　4結(jié)論利用矢量水聽器測(cè)量水下目標(biāo)的低頻輻射噪采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)鍋爐改造設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，使改造后的情況目了然，達(dá)到最優(yōu)化鍋爐改造設(shè)計(jì)的目的，同時(shí)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(shè)計(jì)中將擔(dān)當(dāng)極其重要的角色。

　　周力行。湍流氣粒兩相流動(dòng)和燃燒的理論與數(shù)值模擬。北京科學(xué)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(fēng)煤粉燃燒器中國(guó)實(shí)用新型專fljZL96245179.7.

　　聲可以獲得較可觀的增益相對(duì)于傳統(tǒng)的單只聲壓測(cè)量，綜合寬帶和窄帶的結(jié)果，振速測(cè)量約有5 8的增益；有功聲強(qiáng)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(jìn)行水下目標(biāo)輻射噪聲測(cè)量。