单炉膛300Mw循环流化床锅炉二次风穿透性数值模拟的研究.pdfVIP

募础研究 oO 单炉膛3 Mw循环流化床锅炉 二次风穿透性数值模拟研究 程乐鸣郑成航周星龙王勤辉方梦祥骆仲泱岑可法 (浙江大学热能工程研究所 能源清洁利用国家重点实验室 浙江杭州 310027) 摘要对于大型循环流化床锅炉，二次风的穿透力直接影响氧量在炉膛内的分布，进而影响燃烧 效率。研究二次风在炉瞠内的穿透规律并以此来指导二次风喷口结构设计以及风速参数的选取非常 重要。论文对300MW单炉膛循环流化床锅炉炉瞠内二次风的穿透性及射流深度进行数值模拟计算。 研究不同固体颗粒浓度背景、不同一、二次风风速条件下二次风穿透深度的变化规律，为大型循环 流化床锅炉的经济运行和设计提供理论基础和思路． 关键词 300MW循环流化床锅炉二次风单炉膛射程 对于大型循环流化床锅炉，如果炉膛底部仍然使用传统的单炉膛结构，则会由于锅炉炉膛尺寸 大，造成前后墙或左右墙水冷壁之间的距离很大，使得二次风不能很好地到达炉膛中心，炉内气体 混合不充分，在燃烧中心区存在贫氧区，影响炉膛内的燃烧过程及污染物排放控制，导致飞灰含碳 量偏高、高温分离器内存在后燃等问题【l】。为解决这个问题，法国Alstom公司采用“裤衩管”设计， 即把炉膛底部分成两个独立的流化区(称为“支腿”)，通过这种方法来达到送入循环流化床锅炉高 浓度区的二次风能够较好地穿透到达炉膛中心【2】。但“裤衩管”设计使的系统复杂，在实际运行过程 中两裤衩腿间有“翻床”现象，影响锅炉稳定安全运行【3、41。因此研究二次风在炉膛内的传播轨迹、 扩散规律，并以此来指导二次风喷口结构设计以及风速参数的选取显得非常重要。 在化工领域提升管反应器中，Zheng等研究者研究表明二次风有助于流化床内径向气体扩散【51。 【6】。Namkung和Kim研究了单一喷口的径向和切向二次风，表明径向对气体扩散系数影响比较显 著【7】。Koksal和H amdullahpu．r则以径向、切向和两者混合三种二次风喷13做了实验，结果显示径 向二次风对于气体混合的影响最大瞄[8】。 大型循环流化床锅炉和化工过程中循环流化床反应器不同。就截面而言，循环流化床锅炉一般 具有矩形的炉膛截面，截面面积远大于化工提升管反应器。化工循环床提升管反应器的二次风大多 以水平方向射入，而循环流化床锅炉中的二次风一般采用斜向下成一定角度射入炉内。目前对于大 型循环流化床锅炉中二次风的流体动力特性，尤其是二次风射流在炉内不同物料浓度背景下的射程 研究不多。 1．国家科技支撑计划项目：2006BAA03802-08 2．本文仅供全国循环流化床机组协作网“300MW循环流化床机组技术交流研讨会”大会交流用 全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网技术交流论文集(十三)3001|I『M循环流化床专集 本文报告采用数值模拟计算方法研究单炉膛300MW循环流化床锅炉中影响二次风射程的因素 及规律结果。 1 炉膛流场数值模拟对象 数值计算研究对象为国内某电厂3号锅炉，该锅炉是国内某锅炉股份有限公司自主研发的 300MW循环流化床锅炉，单布风板单炉膛，采用3分离器非对称布置，是具有同等级最大炉膛截 面的300MWe循环流化床锅炉。模拟计算采用FLUENT(version 6．2)计算软件按照锅炉实际尺寸 建立计算模型，并对该锅炉炉膛在不同一、二次风风量下的气固流场进行数值模拟，以此研究实际 锅炉中不同一、二次风配比下的二次风穿透性问题。 2计算模型及方法 所建立的模型根据300MW循环流化床锅炉实际尺寸建立，z方向上高为37．1m，x方向上长为 排各布置16个二次风口，第一排二次风口距布风板高度为lm，第二排二次风口高度为5m，二次 风口直径均为0．32m；锅炉后墙距布风板高度为lIn处布置6个回料口，回料口直径为1．1m。网 格数量为87．5万，模型如图1所示。 二相流射流模拟条件为非稳态的两相流动。壁面条件采用无滑移边界条件，湍流模型采 用RNG k-e模型。采用控制容积法离散控制方程，控制容积界面物理量应用一阶迎风差分 格式获得，流体压力—速度耦合基于SIMPLE算法。边界条件包括入口速度边界、压力出口 边界和壁面边界，近壁区模拟采用壁面函数法。双流体模型中的主要控制方程包括连续性方 程、动量守恒方程以及联系二者的曳力模型。 模拟中采用Gidaspow曳力模型来描述不同颗粒