430T直流煤粉燃燒器的設計及冷態(tài)流場的計算

1、應用直流燃燒器的430T/H煤粉爐爐膛流場計算摘 要 火力發(fā)電是我國電能生產(chǎn)的主要形式，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，發(fā)電廠的機組容量逐漸增大，對大容量鍋爐的需求也逐漸增多。室燃爐是我國目前電廠鍋爐的主要類型，其中以煤粉爐為主得到了廣泛的應用。在燃燒煤粉的煤粉爐中，燃料是懸浮在爐膛空間內(nèi)進行燃燒的，煤粉燃料是由燃燒器一次風氣流攜帶噴入爐膛。燃燒器是煤粉鍋爐的主要燃燒設備，其性能對燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性有很大的影響,一個好的燃燒器應組織良好的空氣動力場，并且運行安全可靠。根據(jù)其出口氣流的特征，煤粉燃燒器主要分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩大類，這兩種類型各有優(yōu)缺點。本設計主要為直流煤粉燃燒器的設計，根據(jù)煤種和鍋

2、爐參數(shù)的不同合理選取。包括各噴口的形式、大小、布置的設計及一、二、三次風的選取等,并用CAD繪出燃燒器的形式。最后用Fluent軟件計算四角切圓燃燒爐膛的流場,得出煤粉顆粒的運動軌跡。關(guān)鍵詞：直流燃燒器；設計；fluent軟件；四角切圓；流場計算The 430 t/H Pulverized Coal Furnace Flow Field of Applied DC Furnace Burners CalculationAbstract The thermal power is the main form of energy production in China, with the devel

3、opment of the national economy, a power generation unit capacity gradually increases,and the demand for lager-capacity boiler is gradually increased. Room stoves are at present the main types of boilers in power plants in china, which has been widely applied to pulverized coal. In the pulverized coa

4、l boiler, the burning fuel were suspended in space of the furnace. The pulverized coal fuel were carried by primary air what were sprayed into the furnace. Burner is a main combustion of pulverized coal-fired boiler equipment, its performance has a great influence on the combustion stability and eco

5、nomy. A good burner should be well-organized aerodynamic and safe and reliable operation. According to the characteristics of the outlet flow, the pulverized coal burner is divided into two categories:direct current(DC) burner and swirl burner. Each has advantages and disadvantages. The mean design

6、of DC pulverized coal burner. According to the coal and the different parameters of boiler, the design of the burner should be selected reasonably, including the form, size, layout design of the vents and the selection of the Primary,secondary,tertiary air. And draw the form of burner by CAD. Finall

7、y calculate the Corner Tangential burning flow field in furnace using the Fluent software, and derive the trajectory of coal particles.Keywords: direct current(DC) burner, design, the Fluent software , the Corner Tangential,calculate the flow filed 目 錄摘 要IAbstractI目 錄II第1章 緒 論11.1 課題背景及研究的目的和意義11.2

8、燃燒器的發(fā)展概況11.2.1 燃燒器的發(fā)展21.2.2 燃燒器的分類21.3 本文的主要研究內(nèi)容3第2章 直流煤粉燃燒器的簡單介紹42.1 引言42.2 直流燃燒器的型式42.3 直流燃燒器的四角布置方式42.4 本章小結(jié)6第3章 爐膛及制粉系統(tǒng)的設計選取73.1 引言73.2 煤粉鍋爐爐膛橫截面設計73.2.1 煤粉爐爐膛概述7 煤粉爐爐膛的設計73.3 制粉系統(tǒng)的選取123.3.1 磨煤機簡介12 制粉系統(tǒng)的分類133.4 本章小結(jié)13第4章 直流煤粉燃燒器的設計144.1 引言144.2 直流燃燒器各種風的設計計算144.3 直流燃燒器的結(jié)構(gòu)設計164.4 本章小結(jié)18第5章 用FLUE

9、NT軟件計算四角切圓流場195.1 引言195.2 FLUENT軟件簡介19 FLUENT的組成19 FLUENT程序的求解步驟和問題195.3 FLUENT軟件流場計算20 用GAMBIT建立計算模型21 利用FLUENT 3D求解器進行求解235.4 本章小結(jié)30結(jié) 論31致 謝32參考文獻33第1章 緒 論1.1 課題背景及研究的目的和意義 隨著經(jīng)濟、 社會的發(fā)展 ,人類對能源的需求逐年增加.煤、 石油、 天然氣等化石燃料仍然是人類賴以生存的主要能源. 對我國來說 ,煤在我國的能源總消費中占有 70 %以上的份額 .電力行業(yè)是我國的第一耗煤大戶 ,因此電力行業(yè)的節(jié)能降耗對全國能耗降低目標

10、的實現(xiàn)有舉足輕重的影響. 在我國火力發(fā)電廠中 ,煤粉爐得到了廣泛應用. 鍋爐技術(shù)發(fā)展的趨勢是容量的增大和參數(shù)的提高 ,其中燃燒技術(shù)的發(fā)展是一個重要方面. 燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 ,其主要作用是向爐膛內(nèi)輸送燃料和空氣 ,并組織合理的混合與燃燒. 燃燒器的主要評價指標是使煤粉氣流能夠穩(wěn)定著火、 燃盡 ,并防止結(jié)焦.其技術(shù)水平對鍋爐整體效率（能耗）有重大影響 .且隨著目前環(huán)境污染的壓力增大 ,燃燒器的污染物控制(特別是 NOx 生成量的控制)也已成為燃燒器性能的重要考察指標. 煤粉燃燒器具有特殊設計的多級多嘴送風導向結(jié)構(gòu)，能在短時間內(nèi)使煤粉產(chǎn)生高溫渦流，具有燃燒完全，熱利用率高，消煙除塵、高

11、效節(jié)能，改善工作條件，減輕勞動強度等優(yōu)點，是節(jié)能環(huán)保的理想產(chǎn)品，深受廣大客戶歡迎。1.2 燃燒器的發(fā)展概況燃燒器也稱噴燃器，是煤粉爐燃燒設備的主要組成部分。其作用是：將攜帶煤粉的一次風和助燃的二次風送入爐膛，并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使煤粉迅速穩(wěn)定的著火；二次風的及時供應，使煤粉在爐內(nèi)達到迅速的完全燃燒。一個好的燃燒器應滿足下列要求：（1） 組織良好的空氣動力場，使燃料及時著火，與空氣適時混合，保證燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。（2） 有較好的煤種適應性，具有良好的調(diào)節(jié)性能。（3） 運行可靠，不易燒壞和磨損，便于維修。（4） 易于實現(xiàn)遠程活自動控制。（5） 控制污染物的排放，保護環(huán)境。1.2.1 燃燒器的

12、發(fā)展燃燒器從開始使用到現(xiàn)在的發(fā)展，走過了漫長的過程。從早期的簡單裝配到現(xiàn)在的能滿足各種不同煤種及需要的燃燒器，其在理論及結(jié)構(gòu)上大發(fā)生了翻天覆地的變化，促進了電力工業(yè)的發(fā)展。目前國外大型燃煤鍋爐的特點：（1） 從專利權(quán)和掌握技術(shù)熟練程度方而考慮，某專業(yè)公司燃燒器的設計總是采用角式布置切圓燃燒方式。（2） 總是采用可以上下擺動一定角度的煤粉燃燒器來調(diào)節(jié)爐膛出口煙氣溫度,從而達到調(diào)節(jié)過熱及再熱蒸汽溫度的目的。這種調(diào)節(jié)汽溫的方式具有結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)節(jié)方便,反應靈敏,投資節(jié)省等優(yōu)點。（3） 制粉系統(tǒng)基本上采用正壓直吹式中速磨煤機。 上世紀 80 年代始 ,我國開始引進國外的鍋爐技術(shù)，取其精華去其糟粕，主要引

13、進了直流燃燒器 ,我國的大型燃煤鍋爐大部分采用直流燃燒器。近年來我國的燃燒器研制開發(fā)工作取得了很大進展，并繼續(xù)對直流燃燒技術(shù)進行改進和創(chuàng)新。1.2.2 燃燒器的分類燃燒器的形式很多，根據(jù)其出口氣流的特征，煤粉燃燒器可分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩大類。出口氣流為直流射流（組）的燃燒器為直流燃燒器。煤粉氣流以一定的速度，從直流燃燒器的噴口直接射入熾熱的爐膛內(nèi)部。由于氣流不旋轉(zhuǎn)，所以阻力小，直流射程相對旋流射程場，對煙氣的貫穿能力也強，對后期混合有利。直流射程與噴口尺寸和射流的初速度有關(guān)。噴口尺寸越大初始速度越高，射程越長。射流的卷吸能力直接影響燃料的著火。卷吸能力越強，速度衰減越快，射程也就越短。

14、射流射入爐膛后，在爐內(nèi)微小的擾動，也會導致射流偏離原定的軸線方向，對爐內(nèi)空氣動力場的組織產(chǎn)生影響。射流動量越大，越不容易偏轉(zhuǎn)，射流的剛性也越好。對矩形的截面噴口，噴口的高寬比越小，其剛性越大。出口氣流包含有旋轉(zhuǎn)射流的燃燒器為旋流燃燒器。出口氣流的初期擾動非常強烈，卷吸能力較強，但射程較短。射流的擴展角較大。1.3 本文的主要研究內(nèi)容 本課題的研究內(nèi)容主要是針對使用無煙煤的大型煤粉鍋爐進行直流燃燒器的設計。包括爐膛截面設計、制粉系統(tǒng)的選定及燃燒器具體形式的設計。最后用FLUENT軟件計算四角切圓爐膛內(nèi)部流場。 第2章 直流煤粉燃燒器的簡單介紹2.1 引言我國主要的常規(guī)能源是煤，占能源總消耗的70

15、%以上。隨著鍋爐熔容量和參數(shù)的提高，煤粉爐在電站中得到了廣泛的應用。其主要燃燒設備為燃燒器。其中又以直流燃燒器應用最為廣泛。2.2 直流燃燒器的型式直流燃燒器的出口是由一組圓形、矩形或多邊形的噴口組成。一次風煤粉氣流、燃燒所需要的二次風以及中間倉儲式制粉系統(tǒng)送粉是的熱風乏氣分別由不同的噴口以直流射流的形式噴進爐膛。燃燒器噴口之間保持一定的距離，整個燃燒器成狹長型。噴口射出的直流多為水平方向，有的直流燃燒器噴口可以在運行時在一定角度內(nèi)上下擺動。直流煤粉燃燒器根據(jù)一、二次風噴口的布置情況，可分為均等配風和分級配風兩種形式。均等配風直流煤粉燃燒器：一、二次風噴口相間布置，即在每一個一次風噴口的上下兩

16、端均布置有二次風噴口，這樣很有利于煤粉氣流著火燃燒后，二次風能及時充分地供應燃燒所需氧氣。故燃燒煙煤和褐煤使用較多。分級配風直流煤粉燃燒器：將一次風噴口集中布置在一起，二次風分級分階段地送入燃燒的煤粉氣流中，二次風噴口分層布置，且一、二次風噴口間保持較大的距離，以便根據(jù)燃燒狀況控制一、二次風的混合時間。一次風噴口集中布置，意味著煤粉氣流的著火和燃燒相對集中，有利于提高燃燒器區(qū)域局部熱負荷和溫度水平。但是不利于與二次風的充分混合，故有些燃燒器的二次風噴口設計為可上下擺動的形式。這種燃燒器的型式比較適合無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤的使用。2.3 直流燃燒器的四角布置方式 直流煤粉燃燒器與爐膛的配合方式不

17、同，其爐內(nèi)形成的空氣動力廠特性也不同。而爐內(nèi)氣體的運動狀況，影響著燃料的著火、燃燒和燃盡。燃燒器的布置形式有前后墻對沖布置、爐膛頂部布置、爐膛中部布置、四角切圓布置等等。直流燃燒器常采用四角布置形式，其出口氣流的集合軸線射向爐膛中心的一個假想切圓，組織切圓燃燒火焰，此即為切向燃燒方式。切向燃燒的爐內(nèi)空氣動力特性對煤粉的燃燒有很大的影響。燃燒器射出的四股氣流在爐膛中心形成一個穩(wěn)定的強烈旋轉(zhuǎn)火炬，在離心力的作用下氣流向四周擴散。由于引風機的抽力，迫使氣流旋轉(zhuǎn)上升，形成一個旋轉(zhuǎn)上升的氣流，這不僅改變了火焰在爐內(nèi)的充滿情況，而且延長了煤粉氣流在爐內(nèi)的停留時間，有利于煤粉的燃盡。各個角燃燒器的煤粉氣流噴

18、入爐內(nèi)，收到上游已燃高溫火焰的點燃而迅速燃燒，因此著火條件良好。直流射流射程長，對煙氣的貫穿能力強，爐內(nèi)氣流的強烈旋轉(zhuǎn)使后期湍流混合強烈，煤粉的燃盡條件較理想。切向燃燒方式通常有以下布置形式：（1） 正四角單切圓布置：四角燃燒器一、二次風口的集合軸線相切于爐膛中心同一個圓。此種布置方式，出口氣流兩側(cè)補氣差異小，氣流偏離較輕風粉管道對稱。如下圖2-1（a）。（2） 兩角對沖，兩角相切或一次風對沖，二次風切圓：可改善出口氣流的偏離，有利于避免爐膛結(jié)渣。如下圖2-1（b）。（3） 雙切圓布置：四角一、二次風口相切于不同直徑的圓或?qū)侨紵鞲髯韵嗲杏诓煌睆降膱A，用于截面長寬比較大的爐膛，可改善氣流偏

19、斜，防止實際切圓的橢圓度較大。如下圖2-1（c）。（4） 八向或六向切圓布置：適用于截面較大的單爐膛，特別適用于大容量褐煤爐。如下圖2-1（d）。（5） 雙爐膛切圓布置：大容量鍋爐有時采用這種布置，通常兩爐膛氣流旋轉(zhuǎn)方向相反。如下圖2-1（e）。 （a） （b） （c） （d） （e）圖2-1 切圓燃燒布置方式（a）正四角切圓 （b）兩角相切兩角對沖 （c）雙切圓 （d）八向布置（e）雙爐膛切圓2.4 本章小結(jié)燃燒器有各種不同的型式及布置方式，應根據(jù)設計的煤種和設計需要進行合理的選擇。本設計使用的煤種是無煙煤，故燃燒器的型式采用分級配風直流燃燒器，將一次風噴口集中布置。燃燒器與爐膛的配合方式采

20、用正四角單切圓布置方式。第3章 爐膛及制粉系統(tǒng)的設計選取3.1 引言制粉系統(tǒng)、爐膛、燃燒器是煤粉鍋爐的主要燃燒設備。燃燒器的設計與爐膛的橫截面形狀、制粉系統(tǒng)的選取息息相關(guān)。3.2 煤粉鍋爐爐膛橫截面設計爐膛橫截面的設計與爐膛截面熱負荷的選取及計算燃料消耗量有關(guān)。 煤粉爐爐膛概述爐膛是供煤粉充分燃燒的空間。高溫煙氣在爐膛內(nèi)把一部分熱量主要通過輻射的方式傳遞給爐膛四周的受熱面上，以保證出口氣溫在允許的范圍內(nèi)。故爐膛應該有合理的形狀及足夠的空間，并與燃燒器共同組織爐內(nèi)燃燒空氣動力場，保證火焰在爐內(nèi)充滿良好，不貼壁，并有均勻的截面熱負荷分布。固態(tài)除渣爐的橫斷面一般為長方形或者正方形。為更便于組織良好的

21、切圓燃燒方式，長方形的長寬比一般不超過1.2。爐膛下部有一個倒錐形的斗，由前后墻水冷壁管傾斜形成。其高度的一半是爐膛的下部邊界。其作用是把爐膛空間內(nèi)燃燒后的高溫爐渣冷卻后以固態(tài)爐渣形式排出爐膛。 煤粉爐爐膛的設計煤粉爐爐膛的設計很是復雜，在本設計中，僅設計出與燃燒器的設計計算有關(guān)的主要部分，包括爐膛橫斷面、爐膛高度及冷灰斗的設計，煙窗及前后測墻水冷壁的設計在本設計中并不重要，忽略。各部分的設計見以下各表（注：公式均匯總在表內(nèi)）。根據(jù)設計任務書中所給無煙煤的成分，計算出初始數(shù)據(jù)（各種氣體的體積），如下表3-1：表3-1 初始數(shù)據(jù)序號名稱符號計算公式或來源結(jié)果單位1理論空氣容積0.0889*(Ca

22、r+0.375*Sar)+0.265Har-0.0333*Oar6.8476m3/Kg2容積0.01866*(Car+0.375*Sar)1.293m3/Kg3理論容積0.79*V+0.8*Nar/1005.4175m3/Kg4理論容積0.111*Har+0.0124*Mar+0.0161*V0.493m3/Kg5理論煙氣容積7.2036m3/Kg6飛灰中純灰分額0.957煙氣中飛灰質(zhì)量濃度0.1804Kg/Kg8煤的折算灰分7.1932g/MJ 初始數(shù)據(jù)中得出了理論空氣量，三原子氣體、氮氣和水蒸汽的理論容積，以及飛灰質(zhì)量濃度，為以下的計算做準備。煙氣特性如下表3-2：表3-2 煙氣特性序號名

23、稱符號計算公式或來源爐膛與防渣管過熱器上級省煤器上級空氣預熱器下級省煤器下級空氣預熱器1漏風系數(shù)查表4-30.10 0.03 0.02 0.03 0.02 0.03 2出口過量空氣系數(shù)查表4-41.25 1.28 1.30 1.33 1.35 1.38 3平均過量空氣系數(shù)1.250 1.265 1.290 1.315 1.34 1.37 4實際水蒸氣容積0.521 0.522 0.5240.527 0.530 0.533 5實際煙氣量8.943 9.047 9.221 9.395 9.569 9.743 6RO2容積份額0.144 0.142 0.140 0.137 0.135 0.132 表

24、3-2（續(xù)表）序號名稱符號計算公式或來源爐膛與防渣管過熱器上級省煤器上級空氣預熱器下級省煤器下級空氣預熱器7H2O份額0.058 0.057 0.0560.056 0.055 0.054 8三原子份額0.202 0.200 0.197 0.1930.190 0.1879煙氣質(zhì)量11.99 12.12 12.3512.57 12.79 13.02 10飛灰濃度0.0150 0.0149 0.0146 0.0144 0.0141 0.0139 查表并計算得焓溫表如下表3-3：表3-3 焓溫表(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)100169.7 219.4 129.6 702.11 15

25、0.5 74.20 995.73 200357.5 462.2 259.9 1408.14 304.5 150.12 2020.50 300558.8 722.5 392.0 2123.86 462.7 228.11 3074.50 400771.9 998.1 526.5 2852.58 626.2 308.72 4159.36 500994.4 1285.8 663.8 3596.47 794.9 391.89 5274.11 6001224.6 1583.4 804.1 4356.61 968.9 477.67 6417.69 7001461.9 1890.2 947.5 5133.56

26、 1148.9 566.41 7590.20 8001704.9 2204.4 1093.6 5925.12 1334.4 657.86 8787.42 9001952.3 2524.3 1241.6 6726.99 1526.1 752.37 10003.68 10002203.5 2849.1 1391.7 7540.23 1722.9 849.39 11238.75 11002458.4 3178.7 1543.8 8364.31 1925.1 949.07 12492.09 12002716.6 3512.6 1697.2 9195.43 2132.3 1051.22 13759.22

27、 13002976.7 3848.9 1852.7 10037.93 2343.7 1155.44 15042.25 14003239.1 4188.2 2008.7 10883.14 2559.1 1261.64 16332.93 15003503.1 4529.5 2166.0 11735.39 2779.0 1370.05 17634.94 16003768.8 4873.1 2324.5 12594.14 3001.8 1479.89 18947.09 17004036.4 5219.1 2484.0 13458.31 3229.2 1592.00 20269.37 18004304.

28、7 5566.0 2643.7 14323.57 3458.4 1704.99 21594.53 19004574.1 5914.3 2804.1 15192.61 3690.3 1819.32 22926.24 100132.4 906.62 80.67 14.55 1354.80 200266.4 1824.20 168.87 30.46 2689.44 2744.16 300402.7 2757.53 263.34 47.51 4087.14 400541.8 3710.03 359.48 64.85 5522.72 500684.1 4684.44 457.71 82.57 60082

29、9.7 5681.45 559.28 100.89 700978.3 6699.01 661.28 119.29 8001129.1 7731.63 765.78 138.15 9001282.3 8780.68 873.62 157.60 10001437.3 9842.06 982.30 177.21 11001594.9 10921.24 1095.16 197.57 12001753.4 12006.58 1203.84 217.17 13001914.2 13107.68 1358.50 245.07 14002076.2 14216.99 1580.04 285.04 150022

30、38.9 15331.09 1755.60 316.71 16002402.9 16454.10 1872.64 337.82 17002567.3 17579.84 2060.74 371.76 18002731.9 18706.96 2181.96 393.63 19002898.8 19849.82 2382.60 429.82 煤粉燃燒后產(chǎn)生的總煙氣在煙道內(nèi)依次流過防渣管、過熱器、上級省煤器、上級空氣預熱器、下級省煤器和下級空氣預熱器。在不同的煙道處，總煙氣的焓值也不同。煙道內(nèi)每處的總煙氣的焓等于理論煙氣焓、飛灰焓及此處的過量空氣的焓三者之和。煙氣特性及焓溫表得出之后，接下來便進行鍋爐

31、熱量和計算燃料消耗量的計算。如下表3-4：序號名稱符號計算公式或來源結(jié)果單位1燃料低位發(fā)熱量給定26400 KJ/Kg2冷空氣溫度給定30 3理論冷空氣焓查表3，插入法計算271.185 KJ/Kg4排煙溫度給定140 5排煙熱焓查表3（=1.38），插入法計算1908.187 KJ/Kg6排煙過量空氣系數(shù)查表21.38 7排煙熱損失5.578 %8固體不完全燃燒熱損失查表8-394 %9氣體不完全燃燒熱損失查表8-390 %10散熱損失查圖3-40.88 %11灰渣物理熱損失0 %12鍋爐總熱損10.46 %13鍋爐熱效率89.542 %14鍋爐蒸發(fā)量給定119.40 Kg/s15過熱蒸汽出

32、口焓3332.40 KJ/Kg16飽和水焓1108.50 KJ/Kg17給水焓721.65 KJ/Kg18鍋爐排污率給定2.00 %19鍋爐總吸熱量312647.3 KW20燃料消耗量13.2259 Kg/s21計算燃料消耗量12.6968 Kg/s表3-4 鍋爐熱平衡及燃料消耗量計算通過鍋爐熱量計算，得出計算燃料消耗量后，查表參考選取鍋爐截面熱負荷，接下來進行爐膛橫斷面的設計計算。本設計中為更好的組織四角切圓燃燒，爐膛橫斷面設計為正方形。如下表3-5：序號名稱符號計算公式或來源結(jié)果單位1 爐膛界面熱負荷查表8-40、8-413500 2 爐膛截面積96 3 爐膛寬度及深度10 4 爐膛容積熱

33、負荷查表8-38135 5 爐膛容積2483 6 冷灰斗底口寬度設定1 7 冷灰斗傾角設定60 8 冷灰斗高度7 9 冷灰斗等分面到出口煙窗高度26 表3-5 爐膛截面設計3.3 制粉系統(tǒng)的選取煤粉鍋爐燃用的合格煤粉應由制粉系統(tǒng)供應。制粉系統(tǒng)的選用和設計是要在保證磨煤單位消耗最經(jīng)濟的情況下，安全可靠的將燃燒所需的煤粉通過燃燒器送入爐膛中懸浮燃燒，并提供一定的符合鍋爐穩(wěn)定燃燒需要的風量和風壓。故制粉系統(tǒng)的選取影響這燃燒器的設計。 磨煤機簡介磨煤機是煤粉制備系統(tǒng)的主要設備。其作用是將具有一定尺寸的煤塊干燥、破碎并磨制成煤粉，主要受到撞擊、擠壓和研磨三種力的作用。按照磨煤部件的轉(zhuǎn)速可分為：低速磨煤機

34、、中速磨煤機和高速磨煤機。其中常用的鋼球磨煤機是低速磨煤機的一種。鋼球磨煤機適應煤種廣，尤其適合磨制其他磨煤機不宜磨制的煤種，如硬度大、磨損性強的煤及無煙煤、貧煤、高灰分和高水分的劣質(zhì)煤等。能在運行中補充鋼球，結(jié)構(gòu)簡單，故障也少，運行安全可靠。磨煤機的選用與煤種特性、要求經(jīng)濟細度及鍋爐負荷有關(guān)。 制粉系統(tǒng)的分類 不同性質(zhì)的燃料，不同負荷的鍋爐以及與燃燒器的配合情況，有多種不同的制粉系統(tǒng)。對于電站鍋爐，主要分為中間儲倉式和直吹式兩種制粉系統(tǒng)。中間儲倉式制粉系統(tǒng)的主要特點在于磨制合格的煤粉全部儲存在中間煤粉倉內(nèi)，然后經(jīng)過給粉機按鍋爐燃燒需要量供給鍋爐燃燒使用。由于中間有個煤倉，所以磨煤機的運行處理

35、不必時刻與鍋爐配合，制粉量不必與燃煤量一致，故其運行有一定的獨立性，可以一直保持在經(jīng)濟負荷下運行，并保證整個設備和系統(tǒng)的可靠性。這種系統(tǒng)最適合配用調(diào)節(jié)性能較差的鋼球磨煤機。直吹式制粉系統(tǒng)中，磨制合格的煤粉全部直接送入鍋爐內(nèi)燃燒。因此每臺鍋爐所有磨煤機制粉量之和應時時與鍋爐煤粉消耗量一致，即制粉量隨鍋爐負荷變化而變化，運行可靠性相對較低。3.4 本章小結(jié)為更好的組織四角切圓燃燒流場，本設計中爐膛的橫斷面設計為正方形，四個燃燒器分別置在爐膛下部四角處。因本設計使用的煤種是無煙煤，不易燃燒，為保證鍋爐的可靠運行及煤粉的可靠供應，故采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)，與鋼球磨煤機配合使用。第4章 直流煤粉燃燒器的

36、設計4.1 引言燃燒器的設計包括一、二、三次風的選取和燃燒器個噴口具體具體尺寸的設計。4.2 直流燃燒器各種風的設計計算本設計設計煤種為無煙煤，揮發(fā)分很低只有9%，而固定碳含量較高，不易著火和燃盡。為了保證燃燒的穩(wěn)定性，必須保持較高的爐膛溫度，因此在燃燒器的一、二、三次風的選取上采取：（1） 為了保證著火的穩(wěn)定性，減少煤粉氣流的著火熱，我國燃用無煙煤的鍋爐均采用熱風送粉，熱風溫度一般選取為380420，故采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)。這時還有1015%的煤粉和高濕度低溫度的干燥劑（100），只能作為三次風送入爐膛，三次風噴口應布置在上二次風噴口以上一定距離處，采用較高的風速，使其能穿透高溫煙氣進入爐

37、膛中心。三次風應不影響爐膛內(nèi)燃燒中心的燃燒過程，又能加強爐內(nèi)氣體的擾動和混合，同時有利于三次風中細粉的燃盡。（2） 有的低揮發(fā)分煤種的直流燃燒器的一次風噴口四周包有一層速度較高的二次風，稱之為周界風。周界風風層薄，風速高，有利于將高溫煙氣卷吸入一次風氣流中。周界風的風量一般為二次風量的10%左右，風速為3045m/s，風層厚度為1525mm。（3） 磨煤廢氣作為三次風在爐膛上部噴入，三次風量按照制粉系統(tǒng)而定，一般約占總風量的1020%，對高水分和高灰分的劣質(zhì)煤，三次風量有可能達到2530%。（4） 二次風的作用是及時提供煤粉燃燒所需要的氧氣，并加強爐內(nèi)氣體的擾動混合，故要求二次風射流對煙氣的貫

38、穿力較大，故二次風風速選取較高，并且還應保持一定的一、二次風風速比。燃燒器一、二、三次風的選取設計計算如下表4-1：表4-1 燃燒器設計計算序號名稱符號公式或來源結(jié)果單位1 計算燃料消耗量查表413 2 燃料低位發(fā)熱量給定26400 3 理論空氣量查表17 4 爐膛出口過量空氣系數(shù)查表21 5 爐膛漏風系數(shù)查表20.16 爐膛漏風率87 空氣預熱器出口風溫給定370 8 一次風率查表8-425 9 一次風溫（送粉風溫）選取380 10 一次風速查表8-2723 11 一次風量65 12 三次（磨煤廢氣）風率選取20 13 三次風溫選取80 14 三次風速查表8-2750 15 三次風量28 1

39、6 二次風率47 17 二次風溫360 18 二次風速查表8-2748 19 二次風量118 4.3 直流燃燒器的結(jié)構(gòu)設計在燃燒器的結(jié)構(gòu)設計上采?。海?） 為了提高著火區(qū)域氣流中的煤粉濃度，推遲一、二次風的混合，一次風噴口采用集中布置，即分級配風的燃燒器型式。（2） 為了增加一次風射流與周圍高溫煙氣的接觸面積，噴口常設計成直立狹長型，以增加一次風射流周界，但其高寬比也不易過大，否則射流剛性變差而偏離導致爐膛及受熱面結(jié)渣。當采用一次風噴口集中布置，并用共同的周界風包圍時，它的高寬比應小于4。（3） 為了不干擾一次風煤粉氣流的著火過程，二次風采用分級送入的方式，在燃燒發(fā)展階段，將二次風分級逐步加入

40、。一般二次風噴口布置在一次風噴口的上、下方，上方的二次風噴口又分為兩個，下方布置一個。一般情況下二次風噴口設計為可擺動形式，以便控制二次風與一次風的混合時間。（4） 各噴口間間距的選取應在合理的范圍內(nèi)，過大則燃燒器整體過于狹長，過小則風量過于集中，混合時間過小，對燃燒不利。燃燒器的結(jié)構(gòu)設計見下表4-2：表4-2 燃燒器結(jié)構(gòu)設計序號名稱符號計算公式或來源結(jié)果單位1 燃燒器數(shù)量四角切圓布置4 個2 每個燃燒器的標準出力10 3 一次風口總面積3 4 二次風口總面積2 5 三次風口總面積1 6 每個燃燒器一次風噴口個數(shù)查表8-31選取3 個7 每個燃燒器二次風噴口個數(shù)選取3 個8 每個燃燒器三次風噴

41、口個數(shù)選取1 個 表4-2（續(xù)表）序號名稱符號計算公式或來源結(jié)果單位9 每個一次風噴口截面積0.235510 每個三次風噴口截面積0.140511 一次風噴口高寬比選取3 12 一次風噴口寬度307 13 一次風噴口高度76714 三次風噴口截面直徑42315 周界風風層厚度選取25 16 周界風風速選取40 17 周界風風量選取二次風量的6.7%8.024 18 周界風風口截面積0.200619 每個二次風噴口截面積0.189720 二次風噴口寬度選取360 21 二次風噴口高度52722 一次風噴口間間距由周界風截面積算得120 23 上二次風噴口間間距查表8-15250 24 一、上二次

42、風噴口間間距查表8-15選取310 25 一、下二次風噴口間間距查表8-15選取200 26 三、上二次風噴口間間距查表8-15選取210 27 燃燒器間距離與爐膛寬度同9.786 28 燃燒器假想切圓直徑1200 29 下二次風邊緣到灰斗轉(zhuǎn)折點查表8-14選取1500 燃燒器的結(jié)構(gòu)設計完成。4.4 本章小結(jié)本設計中根據(jù)無煙煤的煤種特性，先對一、二、三次風的風溫、風速、風量等進行合理的選取，并選定各種風噴口的個數(shù)，后對各噴口的形狀進行設計（選定高寬比）。給出噴口的布置方式（一次風噴口集中布置，一個下二次風噴口，兩個上二次風噴口，三次風噴口布置在最上方），在合理范圍內(nèi)選取各噴口間間距，保證燃燒器

43、整體的高寬比合適。第5章 用FLUENT軟件計算四角切圓流場5.1 引言FLUENT軟件是用來計算流體流動和傳熱問題的程序。故可用來計算燃燒器組織的切圓燃燒的爐內(nèi)流動場。5.2 FLUENT軟件簡介FLUENT是用于計算流體流動和傳熱的程序，它提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對相對復雜的集合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效?？梢陨傻木W(wǎng)格包括二維的三角形和四邊形網(wǎng)格，三維的四面體、六面體和混合網(wǎng)格。FLUENT還可以根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整整個網(wǎng)格，這種網(wǎng)格的自適應能力對于精確求解有較大梯度的流場有非常大的好處。且由于網(wǎng)格自適應調(diào)整只是在需要加密的整個流場區(qū)域里實施，而非整個流場，故可以節(jié)約計算時間。5.2.1 FLU

44、ENT的組成FLUENT的程序軟件包括以下幾個部分：（1） GAMBIT用于建立幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格生成，為FLUENT的模型讀入計算準備條件；（2） FLUENT用于進行流動模擬計算的求解器；（3） prePDF用于模擬PDF的燃燒過程；（4） TGrid用于從現(xiàn)有邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格；（5） Filters轉(zhuǎn)換其他程序生成的網(wǎng)格，用于FLUENT計算。FLUENT軟件功能強大，復雜難懂。雖完全滲透不易，但是簡單的基本操作還是具有很大的可掌握性。本設計主要涉及到的是GAMBIT和FLUENT這兩大基本部分。用GAMBIT繪出計算模型，劃分網(wǎng)格并設置邊界條件，后用FLUENT讀取模型進行計算5.2.2

45、 FLUENT程序的求解步驟和問題FLUENT的求解步驟：（1）確定幾何形狀，用GAMBIT生成計算網(wǎng)格，也可讀入其他指定程序生成的網(wǎng)格；（2）輸入并檢測網(wǎng)格；（3）選擇求解器（2D、3D）；（4）選擇求解方程：層流或湍流或無粘流、化學組分或化學反應、傳熱模型等，并確定其他需要的模型，如：風扇，熱交換器等模型；（5）確定流體的材料物性；（6）確定邊界類型及邊界條件；（7）條件計算控制參數(shù)；（8）流場的初始化；（9）求解計算；（10）保存結(jié)果，進行后處理等。在進行計算時，F(xiàn)LUENT求解器的選取有四種：（1） FLUENT 2D二維單精度求解器；（2） FLUENT 3D三維單精度求解器；（3）

46、 FLUENT 2ddp二維雙精度求解器；（4） FLUENT 3ddp三維雙精度求解器。FLUENT可求解的問題非常廣泛：可壓縮流體和不可壓縮流動問題；穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動問題；無粘流、層流及湍流問題；對流換熱問題；兩相流問題；復雜表面形狀下的只有流動問題等等。本設計所涉及的是DPM離散相的問題。對煤粉顆粒的運動軌跡，采用離散相模型進行計算。顆粒軌跡的計算基于連續(xù)相空氣流場的計算結(jié)果，且離散相（煤粉顆粒）的質(zhì)量和動量在流場中的承載率很低，對連續(xù)相空氣的流場沒有影響，故此種計算方法是可行的。5.3 FLUENT軟件流場計算問題描述：一、二、三次風分別以垂直于燃燒器（分置于爐膛四角）各噴口的速度方向以

47、直流射流方式射入爐膛內(nèi)部，在爐內(nèi)組織流動場。所研究的內(nèi)容是爐內(nèi)冷態(tài)的流場，得出煤粉顆粒的運動軌跡，即冷態(tài)模擬。問題簡化：（1） 本例中噴口布置情況較為復雜，一次風噴口集中布置，四周包含有共同的周界風，由于周界分層厚度較小，不利于網(wǎng)格的劃分，故在模擬計算時，將周界風忽略掉。另外三次風噴口設計為圓形，也增加了網(wǎng)格劃分的復雜性，故將三次風噴口簡化為正方形。（2） 本例的采取DPM離散相的模擬方法：先模擬單相空氣的流動場，后采用defineinjection指令，插入細粉粒子射流，通過演示得出煤粉的運動軌跡。 用GAMBIT建立計算模型用GAMBIT創(chuàng)建計算模型，并設定邊界條件劃分網(wǎng)格，用以FLUEN

48、T流場的計算，具體步驟如下。步驟一：啟動GAMBIT并選定求解器（FLUENT5/6）。步驟二：創(chuàng)建模型分別按設計尺寸畫出爐膛、冷灰斗及燃燒器，通過移動、旋轉(zhuǎn)、融合等指令，將燃燒器與爐膛冷灰斗融合為一個整體。如圖5-1、5-2所示。 圖5-1 爐膛燃燒器整體 圖5-2 燃燒器步驟三：網(wǎng)格的劃分（1） 打開Mesh Edges 對話框，選中爐膛下部四個燃燒器，如圖5-3所示，將其進行線節(jié)點劃分。選中Grading Apply，選中Spacing Apply，將interval size 設置為0.03，選中Mesh，其余默認。（2） 打開Mesh Volumes 對話框，選中整個Volumes，

49、如下圖5-4所示。選中Scheme Apply，選中Spacing Apply，將interval size 設置為0.25，選中Mesh，得出網(wǎng)格劃分情況。如圖5-5、5-6所示。圖5-3 燃燒器邊界線節(jié)點劃分選取 圖5-4 爐膛整體網(wǎng)格劃分選取 圖5-5 爐膛整體網(wǎng)格 圖5-6 燃燒器噴口網(wǎng)格步驟四：邊界條件類型的指定打開Specify Boundary Types 對話框，通過一系列的設置，得到所需的邊界條件將一、二、三次風噴口截面選中（分別將一、二、三次風噴口截面命名為1cf、2cf、3cf），邊界類型設置為VELOCITY-INLET，將爐膛上部出口截面（命名為chukou）設置為P

50、RESSURE-OUTLET。注意：對其他未設置的面，默認為固壁。步驟五：輸出網(wǎng)格文件打開File-Export-Mesh 對話框，進行網(wǎng)格輸出為ransq.msh，得到網(wǎng)格文件。 利用FLUENT 3D求解器進行求解運用離散相DPM計算模型，計算煤粉顆粒在爐膛內(nèi)部的運行軌跡。1、 啟動FLUENT三維雙精度計算器，讀入網(wǎng)格文件ransq.msh。網(wǎng)格讀入后，執(zhí)行Grid-Check指令，得到反饋消息Done。2、 創(chuàng)建連續(xù)相計算模型（1） 設置求解器。操作：Define-Models-Solver，選中Steady，啟用定常、隱式、非耦合求解器。（2） 選取紊流模型。操作：Define-Mo

51、dels-Viscous，選取k-epsilon紊流模型，彈出設置對話框，保持默認設置。（3） 選取默認材料。操作：Define-Materials，F(xiàn)luent中默認材料即為空氣。（4） 選取默認的操作條件。操作：Define-Operating Conditions，首先對單相的空氣進行計算，由于對空氣而言，重力的而影響甚微，可以不考慮重力的影響。（5） 確定邊界條件。操作：Define-Boundary Conditions，打開邊界設置對話框。在Velocity Specification Method項選取為Magnitude，Normal to Boundary，在Reference Frame項選取Absolute，其余保持默認。a）1cf邊界，一次風空氣以速度23m/s垂直邊