锅炉一次风二次风:超临界循环流化床锅炉二次风射程的数值模拟研究

 2019-02-24 14:39:55   |    937   |    循环流化床锅炉   |    
[导读]:本文(《超临界循环流化床锅炉二次风射程的数值模拟研究》)由来自渭南的用户投稿,并经由本站(循环流化床锅炉)结合主题:锅炉一次风二次风,收集整理了众多资料而成。主要记述了循环流化床锅炉,数值模拟,超临界,科普等方面的信息。相信从本文您一定可以获得自己所需要的!

循环流化床(Circulating FluidizedBed,CFB)燃烧技术由于燃烧效率高、污染物排放量低、燃料适应性广、负荷调节性能好等特点而在世界范围内得到广泛应用。我国是世界上循环流化床锅炉投运最多的国家,装机容量世界第一,循环流化床锅炉大型化技术也趋于成熟。当前,循环流化床锅炉正朝着大型化、超临界方向发展,在其大型化发展进程中产生的技术问题需要进一步研究和优化。循环流化床锅炉中,一次风与二次风协同保证炉膛内煤粉或矸石燃烧所需氧气,一次风由炉膛底布风板安装的风帽进入炉膛,为床料提供流动动量并实现流态化,二次风由炉膛外侧与内侧的二次风喷口进入炉膛,以较大动能穿透气固混流,组织气固流动形式,为炉膛中心燃烧区提供氧气,将炉内颗粒实现分级燃烧并降低NOx 排放。随着机组大型化、炉膛结构尺寸大型化的发展,二次风穿透问题日益成为其发展的阻碍因素,因此,对二次风喷口的布置和风速的优化以及气固混合和扩散特性的研究具有很重要的理论意义和工程指导意义。

当前,循环流化床二次风领域的研究探讨,目的在于实现炉内气固混合优化,提高分级燃烧效率并降低污染物排放。国内外相关领域学者应用试验和数值模拟的方法,对二次风射流问题进行了研究。Koksal 等通过小型试验台研究了二次风射入对炉内气固混合的影响及轴向二次风射入对稀相区固相份额产生的提高作用。Kang 等通过实验研究了在二次风射入条件下上升管颗粒体积份额与一、二次风配比,颗粒循环倍率的联系。曹昊等采用双欧拉流体模型对二次风射流影响因素进行了数值模拟研究,得出了二次风动量、温度、颗粒浓度等因素对二次风穿透性和气固两相混合的影响。刘佳等应用可视化实验装置进行了冷模实验,结果表明二次风扩散程度与颗粒浓度成反比与二次风动量成正比。陈继辉等通过冷模实验和数值模拟,得出二次风射程随二次风速的增加而近似成幂函数增加的规律。由于电厂实炉中的二次风射流深度缺乏相应测量手段,而随着CFB 机组大型化发展趋势,针对超临界循环流化床的二次风数值模拟也少有刊登,本文研究对象为密相区二次风与气固两相流的穿透性规律,选择了更贴近实际规律的欧拉-欧拉双流体模型,应用某工程流体商业软件,基于某电厂超临界CFB 锅炉炉型进行数值模拟,得出主气流流速、二次风射流速度、颗粒背景和二次风射流角度对二次风射程的影响,对工程应用和优化具有理论指导意义。

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数值模拟条件

1.1 炉膛结构及网格划分

计算模型如图 1 是按照某电厂“裤衩腿”型超临界循环流化床锅炉的实际尺寸建立的。锅炉Z 方向高55 m,Y 方向宽16.47 m,X 方向纵深31.41m。炉膛下方布置两块大面积布风板,尺寸为4.1m×31.41 m。“裤衩腿”区域,沿X 方向外侧两边各设置10 个二次风风口,距布风板高度5.4 m,内侧两边分2 排各设置10 个二次风喷口,上排距布风板高度5.4 m,下排距布风板高度2.5 m。炉膛四周共设置6 个尺寸为1.6 m×2.4 m 的椭圆形返料口,炉膛烟气出口沿X 两侧各3 个布置。

锅炉一次风二次风:超临界循环流化床锅炉二次风射程的数值模拟研究

计算模型的网格划分采用上部炉膛六面体网格、“裤衩腿”区域六面体加密网格的划分方法,二次风风口和返料口加密处理,网格划分总量约为1.2×106。

1.2 模拟方法与条件设置

计算模型的模拟条件为三维非稳态两相流动,欧拉-欧拉双流体模型中的主要控制方程为连续性方程、气体与颗粒动量守恒方程和曳力模型。设置非稳态时间步长为2×10-4 s。采用控制容积法离散控制方程,通过一阶迎风差分格式获得控制容积界面物理量,应用Simple 算法耦合流体压力-速度。壁面条件采用无滑移边界条件,湍流模型为RNGk-ε 模型。一、二次风入口和返料口采用速度入口边界条件,炉膛出口采用压力出口边界条件。

应用 Gidaspow 曳力模型描述气固两相间的动量传递系数:

曳力系数:

颗粒相对雷诺数:

相间动量传递系数:

当 αg>0.8 时,

当αg<0.8 时,

式中:αg 和αs 分别为气相和固相的体积分数;μg 为气相剪切黏度;ds 为颗粒直径,本数值模拟取0.4mm。

1.3 射程定义

当前对于二次风射程的研究中,实验研究和数值模拟对于射程的判定标准不同。杨建华等通过冷态实验,使用热空气作为示踪气体,通过测量射流气体的温度场分布,定义射流深度为平行于喷口的相对横向距离,在这距离上无量纲剩余温度降至二次风出口处无量纲剩余温度的5%。

本文通过数值模拟的方法对炉膛内的气固两相流动进行数值计算,从而得出二次风射流的穿透特性。因此,本文采用速度分布射程定义,定义射流深度为平行于喷口的横向距离,在这距离上二次风射流速度在Y 轴的投影衰减为出口速度的1%。如图2所示,此时射流已几乎无能力继续渗透扩散深入。

结果和分析

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结果和分析

2.1 主气流流速对射流深度的影响

图 3 为二次风射流速度为60 m/s,射流角度为水平向下30°,背景颗粒浓度由125 kg/m3 变至1 250kg/m3 时,二次风射流深度随主气流流速的变化。

锅炉一次风二次风:超临界循环流化床锅炉二次风射程的数值模拟研究

随着主气流流速的提高,二次风射流深度呈现衰减趋势,本数值模拟结果与冷态试验台结果相同。二次风射流进入炉膛后,穿透背景气固两相流并且耗散自身能量,当没有主气流进入时,自身能量全部克服背景气固两相流对二次风射流的阻力;而当有主气流进入时,自身能量一部分克服气固两相阻力并穿透,另一部分克服主气流向上的速度和卷吸作用,且随着主气流流速的增大和卷吸作用的增强,耗散的这部分能量也越多,从而减弱了对气固两相流的穿透效应。

随着主气流流速从 0 m/s 到5 m/s 的增大,各颗粒浓度下的二次风射流深度均减小,且随着颗粒浓度的增大,射流深度减小幅度也越显著。其原因可能为当主气流流速增大时,其对颗粒运动的影响增强,二次风射流克服颗粒阻力的能量增多,且颗粒浓度越高,二次风射流克服的阻力也就越多,从而使得阻碍穿透效果更加明显。因此,在高颗粒浓度的密相区,保证正常流态化的情况下,可适当减小主气流流速来提高二次风射流深度。

2.2 二次风射流速度对射流深度的影响

图 4 为在主气流流速为5 m/s 时,不同颗粒浓度下二次风射流深度随二次风射流速度的变化曲线。文献中,背景颗粒浓度为125 kg/m3,通过得出的经验公式进行计算,二次风射流深度随着射流速度的增大近似呈线性如图4 所示,本模拟结果与之趋势相同但略大于其数值。

随着二次风射流速度的增大,二次风射流深度近似呈幂函数增加,本数值模拟结果与之相吻合。当颗粒浓度为125 kg/m3 时,二次风射流深度随着射流速度的增大,由0.53 m 增大至1.83 m,而随着颗粒浓度的增大,二次风射流深度随射流速度而变化的幅度明显减小,当颗粒浓度为1 250 kg/m3时,二次风射流深度由0.27 m 增至0.78 m。

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二次风射流速度大于100 m/s 时,射流深度的增大减缓,可能是带动颗粒能量耗散增多和同水平面二次风对冲损耗等原因综合影响造成的。在实际运行的循环流化床锅炉中,可以考虑通过增大二次风射流速度来增强二次风穿透性,满足炉膛中心氧量供氧。同时,为减少风机压头,应控制二次风射流速度在100 m/s 以下,此时其穿透性已足够。

2.3 颗粒背景对射流深度的影响

图 5 为在主气流流速为5 m/s 时,不同二次风射流速度下二次风射流深度随背景颗粒浓度的变化曲线。分析图5 可以得出:随着颗粒浓度的提高,二次风射流深度呈现减小趋势,且当颗粒浓度小于

500 kg/m3 时,其减小的幅度显著,当颗粒浓度大于500 kg/m3 时,其减小的幅度逐渐减弱;随着二次风射流速度的减小,颗粒浓度对射流深度的影响效果越来越不明显。

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结合实际锅炉运行情况,设置静止床高为2 m,主气流流速5 m/s,二次风射流速度60 m/s,对该超临界循环流化床锅炉进行长时数值模拟,通过加载UDF 实现炉膛颗粒循环,直至炉膛出口气固质量流率达到相对稳定,得出炉膛密相区颗粒体积分数分布,此时炉内气流两相流场达到相对稳定。

如图 6 所示,“裤衩腿”区域随着水平面的升高,颗粒体积分数呈现减小趋势,且在下排二次风风口水平面,颗粒呈现较为明显的向“裤衩腿”内侧的堆积。因此,考虑到下排二次风风口处背景颗粒浓度较高,增大二次风射流速度对穿透性的影响较小,可在二次风率不变的情况下,适当减小下排二次风射流速度,使其成为一次风的补充,同时适当增大上排二次风射流速度,可明显增强其射流穿透性,为炉膛中心燃烧供氧。

二次风射流角度对射流深度的影响

2.4 二次风射流角度对射流深度的影响

图 7 为在主气流流速为5 m/s 时,不同二次风射流角度下二次风射流深度随背景颗粒浓度的变化曲线。相同颗粒浓度下,射流角度为水平向下30°时

二次风射流深度最小,水平和水平向上30°时二次风射流深度较大且较接近。在二次风射流速度为70m/s 条件下,当颗粒浓度小于500 kg/m3 时,射流角度对射流深度的影响随着颗粒浓度的增大而增大,当颗粒浓度大于500 kg/m3 时,射流角度对射流深度的影响随着颗粒浓度的增大而减小。当二次风射流速度为40 m/s 时,射流角度对射流深度的影响较小。

锅炉一次风二次风:超临界循环流化床锅炉二次风射程的数值模拟研究

在实际锅炉运行中,下排二次风喷口处颗粒浓度较大,调整射流角度对穿透性的影响不明显,且水平向下30°时下排二次风能促进混合密相区气固两相的混合。上排二次风喷口处颗粒浓度较小,可适当调整二次风射流角度为水平或水平向上微偏,更大程度的增强二次风穿透性。

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结论

(1) 在二次风射流速度不变的情况下,随着主气流流速的增大,射流深度逐渐减小。为增大实炉中二次风的穿透性,可适当减小主气流流速。

(2) 背景颗粒浓度不变,二次风射流深度随二次风射流速度的提高而增大,且近似呈幂函数变化。可在实炉运行中适当提高二次风速来增强其穿透性。

(3) 二次风射流速度不变的情况下,颗粒浓度小于500 kg/m3 时,颗粒浓度对射流深度影响更大。在相同颗粒浓度条件下,射流角度为水平或水平向上30°时射流深度较大。可在保证二次风量不变的同时,增大上排二次风风口射流速度,并调整射流角度为水平或向上微偏一定角度。

文献信息

常浩,原奇鑫,帅志昂,孙保民. 超临界循环流化床锅炉二次风射程的数值模拟研究[J]. 电站系统工程,2016,32(06):1-4.

锅炉一次风二次风视频

330MWCFB锅炉单台一、二次风机设计存在问题分析及对策

相关问答

问:循环流化床锅炉一、二次风的作用

答:一次风的作用是流化炉内原料,同时给炉膛下部密相区燃料提供氧量,提供燃烧。一次风由一次风机供给,经布风板下一次风室通过布风板和风帽进入炉膛,由于布风板风帽及床料(或物料)阻力很大,并要使床料达到一定的流化状态,因此一次风压头很高,一般在1400-2000mmH2O范围内。
一次风压头大小主要与床料成分,固体颗粒的物理特性、床料厚度以及炉床温度等因素有关。
一次风量取决于流化速度和燃料特性以及炉内燃烧和传热等因素,一次风量一般占总风量的50%当燃煤挥发份较低时一次风量可大些。一次风与二次风比为50:50。
二次风的作用主要是补充炉内燃烧的氧气和加强物料的掺混,另外CFBB的二次风被适当调整炉内温度场的分布,对防止局部温度过高,降低NOX排放量起着很大作用。
二次风一般由二次风机供给,二次风最常见的分二级在炉膛不同高度给入(有的分三级),二次风口分二级从炉膛不同高度给入,二次风口根据炉型不同,有的布置于侧墙,有的布置于四周炉墙,还有四角布置,布置于给煤口和回料口以上的高度,运行中通过调整一二次风比就可控制炉内燃烧和传热

问:循环流化床锅炉一次风和二次风的作用是什么

答:循环流化床锅炉的一次风与二次风,要从其结构上来说明清楚。炉底进风为一次风,为密相区域的流态化风,二次风从锅炉的上部某位置切向进入,使上部稀相段达到一定的风速以及助燃等作用。找本锅炉方面的书,看看就不难明白的。二次风主要是燃烧更充分

问:循环流化床锅炉中的一次风、二次风的作用是什么?

答:一次风是新风,从锅炉床下进入,将床上的燃料吹起沸腾、燃烧,二次风是烟气分流出来的热风,吹入炉膛用来调节燃烧热点的高度。

问:火电厂锅炉一二次风的流程?

答:一次风为给煤风,它是携带煤粉送入燃烧器的空气。
二次风是助燃风,补充煤粉继续燃烧所需要的空气并起到扰动,混合作用。
三次风为了废气再循环,在磨煤机内干燥原煤后排出的乏气,由单独喷口送入炉膛燃烧。

1。链条炉、抛煤机一次风就是燃料充分燃烧的所提供的风,二次风为扰动炉内气流,加强气体混合有明显的效果,可以提高锅炉的热效率。
2。燃煤粉、燃气、燃油的一次风是于燃料预混同时喷出的风。二次风是为燃烧提供氧气以及卷吸高温烟气至燃料根部加热燃料。这个时候,一次风压头要比二次风压头大,但是风量却是二次风要大很多。
循环流化床锅炉的一次风与二次风,要从其结构上来说明清楚。炉底进风为一次风,为密相区域的流态化风,二次风从锅炉的上部某位置切向进入,使上部稀相段达到一定的风速以及助燃等作用。CFB锅炉的一次风压头要比二次风压头大,风量配比大概是一次风:二次风为60%:40%,最多也就是五五开而已,还有就是CFB锅炉的二次风在低负荷启动的时候,根本就是不开的,停运的。 一次风和二次风,温度都差不多的。

用户评论

来自[密山]的客户:2019-03-24 16:32:31
质量杠杠的,发货速度快,卖家服务态度好,物超所值,值得购买!

来自[武夷山]的客户:2019-03-23 10:23:17
水温升的超快,别墅取暖用,操作简单,无需专人看管,厂家服务到位,不错,值得购买 赞!

来自[贵港]的客户:2019-03-22 00:24:37
操作简单,服务好,技术型老板,合作愉快!

来自[南京]的客户:2019-03-20 20:44:59
一次风的主要作用是保证物料处于良好的流化状态,同时为燃料燃烧提供部分氧气,基于这一点,一次风量不能低于运行中所需的最低流化风量。二次风一般在密相区的上部进入炉膛,一是补充燃烧所需要的空气;二是起到扰动作用,加强气、固两相混合;三是改变炉内物料的浓度分布。

来自[揭阳]的客户:2019-03-03 14:03:48
我是养殖大棚冬季采暖用的,煤的不让烧的,煤锅炉淘汰就用烧这个颗粒锅炉啦,成本算算用的比煤还低,锅炉用起来也挺方便的

来自[昆山]的客户:2019-03-03 01:30:14
一次风保证床料流化,提供一次燃烧风量和氧量;
二次风主要提供上部燃烧氧量。
二者还兼顾调节床温。

来自[潞西]的客户:2019-02-27 17:48:32
用着很好,操作省事,还省煤。 挺好。

来自[宜兴]的客户:2019-02-27 15:02:57
包装很严实,安装卖家很细心讲解,好产品,

来自[重庆]的客户:2019-02-26 22:14:56
用了才上来评价,这个炉子很好用,很方便,厂家服务也很好。

来自[延安]的客户:2019-02-25 14:07:35
价联物美

来自[唐山]的客户:2019-02-25 10:10:40
一次风作用主要是充分流化燃烧 的炉内床料,并给燃料提供部分氧气。
二次风作用主要是给燃料提供氧气的

来自[定州]的客户:2019-02-25 10:05:13
质量不错。保暖效果可以。下次扩建厂房 还买你的!

来自[丹东]的客户:2019-02-25 09:26:28
发货很快,卖家态度也很好,很满意!

来自[兴化]的客户:2019-02-25 00:56:57
锅炉已经安装好了,开始烧了,真的很省煤,客户经理很好,有问必答,如宣传的一样好

来自[镇江]的客户:2019-02-25 00:31:44
质量没得说,价格还很便宜便宜,客服小姐姐很热情的,服务周到。物流也超级快的。打满分

来自[太仓]的客户:2019-02-24 23:47:23
CFB锅炉的一次风主要作用是将床料流化,同时给炉膛下部密相区提供一定氧量供燃料燃烧,一般由一次风机供给,经布风板下一次风室通过布风板和风帽送入炉膛。
二次风的作用和普通煤粉炉基本相同,主要是补充炉内燃料燃烧所需氧气,同时加强物料的掺混。

来自[深圳]的客户:2019-02-24 22:16:51
非常好用,价格比别的厂优惠,上门安装,在犹豫的朋友们可以果断下单了。

来自[黑河]的客户:2019-02-24 20:34:15
炉子很早之前就和这边联系过了 也到厂里实地考察过了 周围的一些淋浴圈的朋友 也是使用的这种炉子而且效果很不错 之前我也去过别的厂去考察了解过这边专业知识和产品使用真正效果 才是真的打动我的 很不错 我自己也很不屑于做托 好就是好