4 煤粉炉炉膛内颗粒对流换热模型和其应用.pdfVIP

上　海　交　通　大　学　学　报 第 30 卷 第 7 期　 30 №7 1996 JOU RNAL O F SHAN GHA I J IAO TON G UN IV ER S IT Y V o l 煤粉炉炉膛内颗粒对流换热模型及其应用 缪正清 ( 能源工程系) 摘　要　提出了炉膛内单颗粒碰撞壁面导热模型, 建立了颗粒流冲刷壁面的气固两 相流模型. 经理论推导, 得到了单位壁面上颗粒的对流换热系数表达式. 据此表达式 对正常工况炉内颗粒对流换热强度进行了估算, 并对炉内异常流动工况——火焰严 重刷墙时颗粒对流换热强度进行了分析, 获得了有益的结论. 关键词　煤粉锅炉; 颗粒对流换热; 气固两相流 中图法分类号　 224 12 T K 0　引　言 大型电站煤粉锅炉炉膛内正常空气动力工况的组织总是使炉膛壁面附近处于低速区. 常 见的四角切圆燃烧的炉膛内, 燃烧器喷出的主气流形成的旋转流动在炉壁附近流速就已衰减 到较低的数值. 尽管如此, 近壁气流中一部分粗颗粒还会因惯性而从气流中分离出来, 撞击壁 面, 其传热影响在粒子浓度较高的燃烧器区域, 在微弱的烟气对壁面的对流换热中, 可能占有 相当的比重, 尤其是在运行过程中, 当燃烧器配风较大地偏离设计和调整状态时, 常会造成炉 内异常流动工况——火焰刷墙, 而后者往往导致锅炉水冷壁爆管. 一般认为, 此种爆管是由炉 膛热负荷不均所致. 但造成局部热负荷偏高的原因中, 主要归咎于热辐射和高温烟气对流换热 强度分布状况发生了显著的变化, 而炉内颗粒对流换热强度的影响, 则由于定量研究的不足和 定性分析中对其一贯的忽视而被轻易略去, 显然, 这有点偏颇. 鉴此, 有必要对炉内颗粒对流换 热情况进行探讨. 1　单颗粒碰撞导热模型与单位壁面颗粒对流换热 11　单颗粒碰撞导热模型的提出 颗粒在炉内烟气主流中已达到了热平衡. 当颗粒通过近壁边界层与壁面碰撞时, 颗粒与壁 面之间具有很大的温度梯度, 而且对于总体来说粒径很小的炉内颗粒——煤粒和灰粒, 在与壁 面作用过程中具有相对大的接触比表面积, 因此, 碰撞导热是颗粒对壁面对流换热的特定形 式. 由于颗粒碰撞壁面的时间短, 故碰撞过程中, 颗粒燃烧对传热的影响可忽略不计. 需要指 　　收稿日期: 作者: 男, 1961 年生, 副教授. 上海, 200240. © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 　　　　　　　　　　　　　　　　上　海　交　通　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　1996 年　第 7 期 102 出的是, 在本文的讨论中, 假定炉内高温颗粒在碰撞壁面前尚未达到熔化状态, 即排除炉膛受 热面已经或者即将结焦的情况. 12　单颗粒碰撞导热模型 设颗粒为球体, 其直径为 , 半径为 , 密度为 , 比热为 , 导热系数为 , 颗粒与炉壁碰 s s p s d R C 撞之前的初始温度为 , 与壁面接触的任一时刻 时, 颗粒温度为 , 壁面温度恒为 , 碰撞过 s0 s