朱國(guó)華-cfb鍋爐氣固兩相流建模與仿真

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（）題目：CFB 鍋爐氣固兩相流建模與仿真院：機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院學(xué)專業(yè)班級(jí)：過(guò)程裝備與控制工程 09（1）班 姓 名：朱國(guó)華學(xué)號(hào)：B09360129指導(dǎo)教師：章利特系學(xué)院院長(zhǎng)胡旭東二O 一三 年 五 月 二十 日浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)，凡他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計(jì)說(shuō)明書與圖紙均由本人獨(dú)立完成，沒有、剽竊他人已經(jīng)或未的研究成果行為。如出現(xiàn)以上知識(shí)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。人（簽名）：2013 年 5 月 31 日摘要我國(guó)煤炭資源相對(duì)豐富，使得我國(guó)電站鍋爐和工業(yè)鍋爐以燃燒煤為主，因此CFB鍋爐被廣泛應(yīng)用在這些

2、領(lǐng)域，并且CFB鍋爐正在朝著大型化，臨界化的方面發(fā)展。CFB鍋爐燃燒方式與傳統(tǒng)鍋爐不同，因水冷壁泄漏及爆管造成的事故接近鍋爐事故停爐總數(shù)的50%，該問(wèn)題成為裝置長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸，嚴(yán)重制約了CFB鍋爐的應(yīng)用和發(fā)展。對(duì)于CFB鍋爐的模擬仿真技術(shù)，其數(shù)值模擬方法不受物理模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南拗?，能夠較全面地反映多種的相互影響，揭示出難以覺察而有價(jià)值的信息，這對(duì)提高設(shè)計(jì)和放大的可靠性有意義。它還能提供許多實(shí)驗(yàn)難以提供的數(shù)據(jù)，降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，加快設(shè)計(jì)開發(fā)速度，縮短設(shè)計(jì)周期。本文從磨損機(jī)理出發(fā)，CFB鍋爐實(shí)際工況與流體介質(zhì)物性，采用Fluent進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，獲得CFB鍋爐內(nèi)流速場(chǎng)合壓力場(chǎng)等關(guān)鍵流體動(dòng)力學(xué)

3、參數(shù),通過(guò)分析比對(duì)，得到的主要結(jié)論如下：（1）顆粒粒徑和一次風(fēng)風(fēng)速是影響鍋爐內(nèi)氣固兩相流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的重要會(huì)共同影響顆粒沉積和爐管壁磨損；，（2）適當(dāng)布置的防磨梁結(jié)構(gòu)能對(duì)水冷壁起到有效的磨損防護(hù)作用。本文研究成果對(duì)CFB鍋爐防沉積、耐磨損性能的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)和操作運(yùn)行控制具有一定的理論指導(dǎo)意義。： CFB鍋爐；水冷壁；磨損機(jī)理；磨損AbstractRelative abundance of coal resourin our country, make our countryers ion boiler and industrial boiler to burn coal the main CFB b

4、oiler is widely used in these areas, the development of CFB boiler is toward large-scale, critical development. CFB boiler combustion mode and the traditional boiler is different, because of thewater wall leaking and tube-burst accident near the boiler accidents caused by boilerstop 50% of the total

5、, this probleme the bottleneck of long period, full loadoperation, seriously restricting the application and development of CFB boiler.For CFB boiler simulation technology, the numerical simulation method is notrestricted by physical mand experiment m, which can comprehensivelyreflect a variety octo

6、rs influence each other, reveal the imperceptible and valuableinformation, which has significant meaning to improve the reliability of the designandlification. It can also provide many experiments provides data, reduce thecost, speed up the design, development, shorten the design cycle.This article

7、embarks from the wear mechanisms, CFB boilractical conditions and fluid physical properties, using Fluent software to numerical calculation, obtainthe velocity occasuch as through theprere fieldhe CFB boiler key fluid dynamics parameters,ysis, the mains are as follows:(1) the particle size and a win

8、d speed of the gas-solid two-phase flow fieldheboiler structure, the important factorsfurnace wall wear;t will influence the particle deition and(2) the proper arrangement of wear beam structure can effective wear protection erms of water wall.This article research results of CFB boiler deition prev

9、ention, wear-resisting performance of the improved structure design and operation control has a certaintheoretical guiding significance.Keywords: CFB boiler；water wall； wear mechanism；wear prediction目錄摘要Abstract第 1 章 緒論11.1研究背景與意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)2CFB 鍋爐國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2CFB 鍋爐氣固兩相流模擬仿真研究的意義3沖蝕磨損數(shù)值計(jì)算研究現(xiàn)狀3水冷壁沖蝕磨損研

10、究現(xiàn)狀4研究的基本內(nèi)容5基本內(nèi)容5擬解決的主要問(wèn)題5第 2 章 CFB 鍋爐水冷壁磨損機(jī)理研究與防磨措施72.1 沖蝕磨損的定義72.2 CFB 鍋爐內(nèi)磨損. 72.3 內(nèi)循環(huán)磨損8第 3 章 CFB 鍋爐流場(chǎng)計(jì)算數(shù)學(xué)模型93.1.CFB 鍋爐幾何模型9CFB 鍋爐的工作參數(shù)和介質(zhì)物性10數(shù)學(xué)模型和控制方程的建立10數(shù)學(xué)模型的建立10控制方程的建立11第 4 章 CFB 鍋爐的Fluent 計(jì)算144.1 三維建模網(wǎng)格劃分14CFB 鍋爐氣固兩相流特點(diǎn)15縱向氣固兩相流流場(chǎng)分析15徑向氣固兩相流流場(chǎng)分析16縱向渦流的形成及近壁面顆粒運(yùn)動(dòng)分析19一次風(fēng)風(fēng)速對(duì)過(guò)渡區(qū)流場(chǎng)的影響20一次風(fēng)風(fēng)速對(duì)流場(chǎng)近

11、壁面回流的影響22不同物料顆粒粒徑的影響23防磨梁結(jié)構(gòu)的影響24第 5 章 總結(jié)與展望285.1 本文研究工作總結(jié)285.2 研究工作展望29參考文獻(xiàn)30致 謝33第 1 章 緒 論1.1研究背景與意義能源和環(huán)保是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展所必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題，越來(lái)越多的人其重要性。我國(guó)是煤產(chǎn)大國(guó)，同時(shí)煤消耗總量也十分驚人。目前一次能源消耗中煤炭占 76，預(yù)計(jì)在 21 世紀(jì)中葉，如果人類無(wú)法找到大規(guī)模的替代能源的話，人類還必須重新依賴煤炭作為最主要的能源1。尤其是在電力行業(yè)燃煤發(fā)電在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有極其重要的地位和作用，發(fā)電用煤占煤炭總消費(fèi)量的 l3，總發(fā)電量的 702。因此高效清潔的煤燃燒技術(shù)是非常重要

12、燃煤發(fā)電約占的。CFB 鍋爐，即循環(huán)流化床技術(shù)，是為了解決大氣污染嚴(yán)重，能夠有效燃燒低熱量的煤質(zhì)近年來(lái)快速發(fā)展的一項(xiàng)潔凈煤燃燒技術(shù)，由于循環(huán)流化床燃燒方式的快速發(fā)展，循壞流化床鍋爐技術(shù)也得到快速的發(fā)展3。流化床燃燒技術(shù)是介于層燃燃燒和煤粉燃燒之間的一種燃燒技術(shù)，層燃燃燒和煤粉燃燒都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。層燃燃燒效率較低，煤粉燃燒相對(duì)于層燃燃燒效率較高但是其排放物中有害物質(zhì)含量高。循環(huán)流化床技術(shù)的發(fā)展基本上克服了二者的缺點(diǎn)，并保留了其優(yōu)點(diǎn)。并且已經(jīng)在多個(gè)方面尤其是在電力和工業(yè)鍋爐方面得到廣泛的應(yīng)用。它通過(guò)和脫硫劑的多次循環(huán)，反復(fù)進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，達(dá)到了適應(yīng)性強(qiáng)、燃燒效率高、污染控制性好和易于調(diào)節(jié)

13、負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)4。然而煤液化系統(tǒng)中 CFB 鍋爐進(jìn)行研究，其燃燒方式與傳統(tǒng)鍋爐不同，因水冷壁泄漏及爆管造成的事故接近鍋爐事故停爐總數(shù)的 50%，該問(wèn)題成為裝置長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸，嚴(yán)重制約了CFB 鍋爐的應(yīng)用和發(fā)展。本文擬針對(duì)煤液化CFB鍋爐水冷壁為對(duì)象，采用煤液化CFB鍋爐實(shí)際工況參數(shù)建模，研究參數(shù)變化對(duì)CFB鍋爐水冷壁的沖蝕磨損分布規(guī)律的影響，結(jié)合沖蝕磨損機(jī)理和水冷壁材料的磨損率與影響的關(guān)系研究，采用Fluent對(duì)CFB鍋爐內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并在氣固兩相介質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)上加入沖蝕磨損邊界條件，計(jì)算水冷壁的沖蝕率分布，為CFB鍋爐爐內(nèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供一定的參考。圖1-1水冷壁磨損

14、變形圖圖1-2水冷壁管表面防護(hù)材料磨損1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 CFB 鍋爐國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀上世紀(jì) 20 年代德國(guó)人發(fā)明第一臺(tái)流化床鍋爐以來(lái)，流化床技術(shù)一直都是電力所研究和深入探索。1938 年在麻省理工學(xué)院的 Warren，KLewis 和吉里蘭Edwin，R Gilliland 的共同努力研發(fā)下，發(fā)明了快速流化床。在上世紀(jì) 50 年代，循壞流化床技術(shù)真正進(jìn)入工業(yè)運(yùn)用5。上世紀(jì)八十年代左右，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的實(shí)驗(yàn)成功，鼓舞了各國(guó)的科研工作者。各主要發(fā)達(dá)國(guó)家投入大量的人力，物力加快此項(xiàng)技術(shù)的理論研究和工業(yè)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的研究起步較晚，但是由于我國(guó)特殊的國(guó)情：環(huán)

15、境污染嚴(yán)重、煤質(zhì)差促進(jìn)了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的飛速發(fā)展。到上世紀(jì) 90 年代末我國(guó)的循環(huán)流化床鍋爐的成績(jī)。1992 年，東方鍋爐廠和在工業(yè)應(yīng)用和理論研究上已經(jīng)取得了Ahlstrom 公司合作并引了 410th 循環(huán)流化床鍋爐示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目在 1996 年投產(chǎn)。2003 年，哈爾濱鍋爐廠公司具有知識(shí)的 410th 循環(huán)流化床鍋爐試運(yùn)行成功。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐大概有 3000 多臺(tái)。CFB 鍋爐正方向朝著規(guī)模大型化，超臨界方向發(fā)展。大型化因其容量的有效放大有利于提高其產(chǎn)品的容量，提高競(jìng)爭(zhēng)力。超臨界發(fā)展有利于提高 CFB 鍋爐的熱能的轉(zhuǎn)化效率，減少耗煤量和運(yùn)行費(fèi)用。水冷壁管是布置在鍋爐爐膛

16、四周的輻射受熱面，管子外壁直接與高溫火焰接觸，水冷壁的作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量，在管內(nèi)產(chǎn)生蒸汽或熱水，并降低爐墻溫度，保護(hù)爐墻。循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損問(wèn)題成為裝置長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸，嚴(yán)重制約了CFB 鍋爐的應(yīng)用和發(fā)展。1.2.2 CFB 鍋爐氣固兩相流模擬仿真研究的意義循環(huán)流化床氣固兩相力特性的研究，是循環(huán)流化床研究的重要方面。因?yàn)榱黧w動(dòng)力特性決定著裝置的運(yùn)動(dòng)風(fēng)速及變工況的極限、輔機(jī)的能耗、床內(nèi)傳熱量、溫度分布、床內(nèi)存料量和受熱面磨損情況等。鑒體動(dòng)力特性研究的重要性，從70年代以來(lái)，已在循環(huán)液態(tài)化氣固兩相規(guī)律，諸如顆粒行動(dòng)、顆粒的速度分布、床層空隙率分布、氣體速度分布

17、、顆粒流率、氣固混合等性能方面進(jìn)行了大量研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和多相理論的發(fā)展，數(shù)值模擬方法已經(jīng)成為研究循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相的重要，并得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)值模擬方法不受物理模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南拗?，能夠較全面地反映多種的相互影響，揭示出難以覺察而有價(jià)值的信息，這對(duì)提高設(shè)計(jì)和放大的可靠性有意義。它還能提供許多實(shí)驗(yàn)難以提供的數(shù)據(jù)，降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，加快設(shè)計(jì)開發(fā)速度，縮短設(shè)計(jì)周期6。1.2.3 沖蝕磨損數(shù)值計(jì)算研究現(xiàn)狀特性的實(shí)驗(yàn)研究方面：華7得出顆粒沿床層徑向國(guó)內(nèi) CFB 內(nèi)顆粒呈中間相對(duì)較稀、周邊相對(duì)較濃的環(huán)狀狀態(tài)，矩形截面邊角處存在顆粒濃度8認(rèn)為流化床的再分布過(guò)程，邊角處顆粒濃度是在同一截面上是最大值；的

18、邊緣區(qū)域和中心區(qū)域，向下運(yùn)動(dòng)的顆粒對(duì)混合起著更重要的作用，在其它區(qū)域9通過(guò)對(duì)床內(nèi)截面上的顆粒向上運(yùn)動(dòng)的顆粒對(duì)混合起主導(dǎo)作用；速度顆粒的環(huán)核的典型特征；祁海鷹10得矢量場(chǎng)分析，得出循環(huán)流化床出循環(huán)流化床頂部區(qū)域內(nèi)顆?；鞠蛏线\(yùn)動(dòng)的且大部分顆粒間的速度差別比較11得出流小，邊緣區(qū)域顆粒的速度小于顆粒分布較多區(qū)域內(nèi)的顆粒速度；化床中心區(qū)域顆粒濃度較低，越往兩側(cè)濃度增加，兩邊基本上呈對(duì)稱分布；剛12得出在循環(huán)流化床稀相區(qū)兩相中仍存在著不均勻的結(jié)構(gòu)的結(jié)論；星13得到的結(jié)論是顆粒濃度的徑向分布不具有相似性，不僅與徑向位置有14、15等的研究結(jié)果都表明：關(guān)，而且還與床層截面高度有關(guān)。局部顆粒速度的徑向分布呈

19、現(xiàn)出不均勻分布，在中心稀相區(qū)，顆粒主要向上運(yùn)動(dòng)，其速度約為表觀氣速的 155 倍；在環(huán)隙區(qū)，顆粒大部分向下運(yùn)動(dòng)且速度較小。國(guó)外 CFB 內(nèi)顆粒特性的實(shí)驗(yàn)研究方面：Parssinen16與 Zhu17得出在顆粒高質(zhì)量流率情況下顆粒的速度沿徑向分布的更趨于不均勻，表觀截面氣速對(duì)顆粒速度分布的影響比顆粒質(zhì)量流率大得多；KimGranly Hansen18得出循環(huán)流化床內(nèi)顆粒的湍流速度為軸向速度的分布明顯呈環(huán)核型結(jié)構(gòu)，軸向脈動(dòng)均速度分布表明在整個(gè)床層截面上顆粒的湍流脈動(dòng)強(qiáng)度都較高；Knowlton19等人利用 Fluent的雙流體模型結(jié)合顆粒流的運(yùn)動(dòng)理論對(duì)大尺度循環(huán)流化床內(nèi)氣固進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，同樣

20、得到了在流化床中間段，氣相和顆粒沿床層徑向方向，在區(qū)速度向上，邊壁附近向動(dòng)，明顯呈現(xiàn)典型的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)。1.2.4 CFB 鍋爐水冷壁磨損研究現(xiàn)狀與防磨措施CFB 鍋爐中的磨損主要集中在布風(fēng)裝置、爐膛水冷壁、埋管受熱面、爐內(nèi)懸吊屏和對(duì)流受熱面以及耐火材料。各國(guó)研究員都對(duì)水冷壁的磨損做了大量試驗(yàn)研究工作，典型的試驗(yàn)是建立冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)對(duì) CFB 鍋爐流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，對(duì)于水冷壁的磨損研究主要是對(duì) CFB 水冷壁磨損機(jī)理、磨損MMC 耐磨涂層的研究20。受熱面水冷壁的磨損主要形式為沖蝕和沖擊21,22,因此現(xiàn)有常見的水冷壁的防磨措施有：、防磨措施和1)現(xiàn)最為常見的水冷壁防磨措施為水冷壁的表面防磨處理，選

21、擇適合的耐磨耐火材料，表面熱噴涂處理增強(qiáng)材料的耐磨性能。通過(guò)表面處理來(lái)提高水冷壁耐磨耐火的特性；2)根據(jù)鍋爐的運(yùn)行狀況及各部位的磨損機(jī)理的不同，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)鍋爐不同部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)改變易磨部位的局部結(jié)構(gòu)，一方面可以通過(guò)改善 CFB 鍋爐的結(jié)構(gòu)來(lái)改變其氣固兩相流流場(chǎng)，提高水冷壁處流場(chǎng)的均勻性，沒有明顯的速度壓力變化，來(lái)減少氣固兩相流對(duì)水冷壁的磨損，另外可以通過(guò)改善水冷壁易磨部的局部結(jié)構(gòu)，包括改善水冷壁與耐火材料交界處的流場(chǎng)特性使得耐火材料與水冷壁管保持平直，防止局部產(chǎn)生易磨區(qū)改善水冷壁幾何形狀；3)運(yùn)行防磨，合理的給煤，合理的控制風(fēng)量，降低煙氣的流速，控制床料及煤粒的篩分比。保證爐內(nèi)煤不結(jié)

22、焦的同時(shí)減小其煙氣對(duì)受熱面水冷壁的磨損。循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損是目前阻礙循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展的主要瓶頸，研究其磨損機(jī)理和采取有效的防磨措施是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。但無(wú)論是從磨損機(jī)理出發(fā)進(jìn)行表面涂層還是經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)防磨研究，都是不夠充分的。本文從研究CFB鍋爐氣固兩相流特性入手，在沖蝕機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，基體動(dòng)力學(xué)計(jì)算的方法，計(jì)算CFB鍋爐水冷壁的沖蝕磨損分布，為CFB鍋爐爐內(nèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供一定的參考。1.3 研究的基本內(nèi)容1.3.1 基本內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中研究的主要內(nèi)容包括：人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)CFB鍋爐磨損機(jī)理中的力學(xué)作用機(jī)制，基于CFB水冷壁鍋爐的實(shí)際工況和流體介質(zhì)物性，開展CFB鍋爐氣固

23、兩相流的數(shù)值模擬和水冷壁磨損，并結(jié)合失效案例，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。具體方案包含以下三個(gè)方面：1)CFB鍋爐氣固兩相流建模，選取氣固兩相控制方程，主要是氣相湍流模型和固體顆粒相運(yùn)動(dòng)模型，確定及壁面邊界條件，構(gòu)造區(qū)域的幾何模型；2)CFB鍋爐氣固兩相流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算及分析，根據(jù)氣固兩相流場(chǎng)特性進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選取合適的數(shù)值離散格式和求解方法，數(shù)值計(jì)算并對(duì)比分析不同幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行工況參數(shù)、固體顆粒物性參數(shù)下的CFB鍋爐流場(chǎng)特性；3)完成鍋爐水冷壁沖蝕磨損防護(hù)。1.3.2 擬解決的主要問(wèn)題本文主要通過(guò)采用Fluent進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，在冷態(tài)模型中，獲得CFB鍋爐氣體流速、壓力等關(guān)鍵流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分布

24、規(guī)律，并通過(guò)對(duì)比不同爐膛結(jié)構(gòu)的流體力學(xué)參數(shù)的分布規(guī)律，完成對(duì) CFB 鍋爐水冷壁磨損的點(diǎn)問(wèn)題：。解決以下兩1)2)3)完成CFB 鍋爐氣固兩相流模擬仿真；完成CFB 鍋爐水冷壁失效分析；開展CFB 鍋爐結(jié)構(gòu)改進(jìn)驗(yàn)證。第 2 章 CFB 鍋爐水冷壁磨損機(jī)理研究2.1 沖蝕磨損的定義沖蝕磨損是指液體或者固體以松散的小顆粒按一定的速度或者角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的一種材料損耗現(xiàn)象或者過(guò)程。我國(guó)煤礦較豐富電站和工業(yè)鍋爐以燃煤為主，鍋爐內(nèi)壁沖蝕磨損現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。2.2 CFB 鍋爐內(nèi)磨損CFB 內(nèi)水冷壁的的破壞分為高溫腐蝕和磨損兩個(gè)方面，前者主要的影響因素為爐膛火焰的溫度高低以及燃煤中含硫量的大小，

25、后者磨損的主要影響是煙氣灰粒的流場(chǎng)速度大小、分布以及顆粒的大小性質(zhì)23,24。具體可分為以下三個(gè)方面：(一) 物料的循環(huán)方式的影響不同的物料循環(huán)方式，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)受熱面的磨損部位，磨損程度有較大的差異，其中最大的影響是返料系統(tǒng)的循環(huán)方式，因其影響氣固兩相流的形式，不同的返料方式受熱面的磨損情況有很大不同。(二) 物料的特性磨損能力與物料的顆粒直徑、濃度密切相關(guān)，其直接關(guān)系到受熱面的磨損狀況，物料直徑很小，受熱面所受的沖蝕磨損很小。隨著物料直徑的增加，其對(duì)受熱面的磨損率也隨著增大，當(dāng)物料直徑達(dá)到某臨界值后（約為0.1mm），受熱面的磨損幾乎不變或者變化十分緩慢。(三) CFB鍋爐結(jié)構(gòu)的影響C

26、FB鍋爐結(jié)構(gòu)的影響主要為區(qū)域防磨結(jié)構(gòu)的影響，受熱面水冷壁結(jié)構(gòu)分布影響。區(qū)域防磨結(jié)構(gòu)主要形式為防磨梁結(jié)構(gòu)及過(guò)渡區(qū)的結(jié)構(gòu)，防磨梁結(jié)構(gòu)將影響防磨梁上下兩側(cè)近壁面流場(chǎng)的速度的大小回流煙氣物料的，影響近壁面水冷壁所受到的沖刷磨損。過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)的影響主要為影響區(qū)域渦流的形成，對(duì)區(qū)域流場(chǎng)的穩(wěn)定及受熱面的磨損有較大影響，穩(wěn)定的流場(chǎng)可以減小該區(qū)域受熱面速度壓力的變化從而減少磨損。因?yàn)榱鲌?chǎng)中大角度的沖擊將大大提高其沖擊面的磨損量，所以水冷壁的分布影響主要考慮其水冷壁排管與流場(chǎng)是否保持平行，其接管、焊縫是否平整等。(四) 運(yùn)行工況的影響CFB鍋爐的運(yùn)行的工況參數(shù)對(duì)其磨損影響主要包括爐床溫度和煙氣速度兩方面。鍋爐管壁的

27、抗磨損能力受溫度影響比較明顯，其影響管壁耐磨層的硬度以及熱應(yīng)力的大小。另外耐磨層與金屬的膨脹系數(shù)不同，以及高溫腐蝕的影響。2.3 內(nèi)循環(huán)磨損循環(huán)流化床鍋爐物料固體顆粒的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是物料沿壁面形成“面壁流”。當(dāng)物料呈湍流床時(shí)，沿四周壁面的物料濃度較中心大，沿壁面向動(dòng)。而中心區(qū)物料顆粒稀少（濃度低），并隨氣流向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣流速度再增大時(shí)，沿壁面明顯下降的高濃度氣固兩相出現(xiàn)湍動(dòng)，下降環(huán)流與上升中心流發(fā)生摻混循環(huán)。稱為“內(nèi)循環(huán)”。面壁流現(xiàn)象對(duì)爐內(nèi)傳熱與受熱面的磨損影響極大。磨損嚴(yán)重時(shí)不僅影響鍋爐的安全運(yùn)行，還限制了循環(huán)流化床鍋爐的某些優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮，磨損使得費(fèi)用增加，停工時(shí)間的增加，也給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失25。第

28、 3 章 CFB 鍋爐流場(chǎng)計(jì)算數(shù)學(xué)模型3.1.CFB 鍋爐幾何模型本文研究的CFB原理圖如3-1所示：圖 3-1 CFB 鍋爐原理圖本次研究以神化煤液化CFB鍋爐為原型，因主要研究爐膛結(jié)構(gòu)及一次風(fēng)邊界條件影響的的爐內(nèi)密相區(qū)及密稀相過(guò)渡區(qū)氣固兩相流的行為，所以在研究中忽略二次風(fēng)，返料、旋風(fēng)分離器等影響。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，其y軸方向上的高度為36850mm，一次風(fēng)出口面積3040mm14240mm，下部錐段高度為7100mm，爐膛為644014240mm出口旋風(fēng)分離器為直徑為5600mm的圓形出口，出口中心高度為39650mmm.其幾何模型如下圖3-2、圖3-3。圖 3-2 CFB 鍋爐爐膛正

29、視圖圖 3-3 CFB 鍋爐爐膛三維圖為驗(yàn)證比較防磨梁的作用，另作比較模型圖3-2為在原來(lái)鍋爐模型爐底水平向上高度26390mm處構(gòu)建防磨梁結(jié)構(gòu)。防磨寬80mm、高80mm水平繞爐膛一周結(jié)構(gòu)，安裝位子處于水冷壁安裝高度。圖3-4加防磨梁結(jié)構(gòu)圖圖3-5防磨梁結(jié)構(gòu)放大圖3.2 CFB 鍋爐的工作參數(shù)和介質(zhì)物性工作介質(zhì)的物性參數(shù)見表3-1表3-1氣相和固相的物性參數(shù)3.3數(shù)學(xué)模型和控制方程的建立3.3.1數(shù)學(xué)模型的建立計(jì)算機(jī)模擬仿真氣固兩相時(shí)，氣固兩相流模型的精確程是數(shù)值實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵點(diǎn)26。目前人們應(yīng)用較多的是求解兩方程模型，有工況意義數(shù)值煤粉密度1200kg/水力直徑6542m出口水利直徑5

30、600mP1壓力1.1234e5 PaP2出口壓力1.0237e5 Pa采用的是修正的RNG的u氣流速度，m/s式中灰特性系數(shù)為常數(shù)，可通過(guò)數(shù)值模擬得出的顆粒濃度以及氣流速度等計(jì)算出相對(duì)磨損量的數(shù)值，從而可定性的分析工況變化對(duì)爐內(nèi)磨損的影響。爐內(nèi)的壓力分布：壓降主要受氣速（ 顆粒終端沉降速度，氣相速度）、固相顆粒循環(huán)流率（）、固氣密度比（/）、床徑（）和顆粒徑（）比等有關(guān)，得出以下關(guān)聯(lián)式：（3-13）由于物料重力引起壓降比其他打一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，故一般可以采用下式計(jì)算床層的壓降：（3-14）為簡(jiǎn)化求解過(guò)程，給出以下假設(shè)：假設(shè)流場(chǎng)顆粒尺寸均勻，忽略氣體因變化引起的密度變化；認(rèn)為氣體不可壓縮并忽略氣

31、體密度的脈動(dòng)，顆粒質(zhì)量的脈動(dòng)、阻力相的脈動(dòng)和非定常相關(guān)項(xiàng)。氣固兩相的連續(xù)性方程：（3-15）方程（3-21）為適用于氣固兩相的連續(xù)性方程。為第i 相的密度和速度向量。暫不考慮相之間的質(zhì)量交換和化學(xué)反應(yīng)，方程（3-21）的有端的為零。氣相動(dòng)量守恒方程：（3-16）顆粒相動(dòng)量守恒方程：（3-17）第 4 章 CFB 鍋爐的 Fluent 計(jì)算本章基于第三章的氣固兩相流的數(shù)學(xué)模型和物性參數(shù)，對(duì)CFB鍋爐內(nèi)氣固兩相流及水冷壁磨損失效研究。4.1 三維建模網(wǎng)格劃分本文根據(jù)CFB鍋爐實(shí)際尺寸，利用UG建立三維模型，利用Gambit進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再由fluent進(jìn)行模擬計(jì)算。基于模型的對(duì)稱性以及便于后期計(jì)算

32、減少模型沿對(duì)稱面切半構(gòu)建網(wǎng)格計(jì)算網(wǎng)格大小約為為2.15計(jì)算量，增加精度，一次風(fēng)選用速度邊界條件，出口選用壓力邊界條件，網(wǎng)格質(zhì)量檢測(cè)最小為1.74801e-006，最大為0.616402。網(wǎng)格模型如圖：圖4-1三維網(wǎng)格模型4.2 CFB 鍋爐氣固兩相流特點(diǎn)4.2.1 縱向氣固兩相流流場(chǎng)分析圖4-2原模型一次風(fēng)風(fēng)速度10m/s圖4-3 原模型一次風(fēng)風(fēng)速10m/s對(duì)稱面速度云圖顆粒軌跡圖圖4-4 原模型一次風(fēng)風(fēng)速度10m/s對(duì)稱面速度矢量圖圖4-5沿壁面流場(chǎng)速度矢量圖由圖4-2與圖4-3可以知道CFB氣固兩相流云圖中過(guò)渡區(qū)深藍(lán)域其流場(chǎng)速度小，沿壁面甚至有回流速度出現(xiàn)，如圖4-5上所示。在過(guò)渡區(qū)兩側(cè)流

33、場(chǎng)分別出現(xiàn)渦流如圖4-4所示。受熱面水冷壁的磨損形式主要有，沖刷和沖擊。沖刷磨損是煙氣物料的方向與受熱面平行時(shí)，物料沖刷受熱面造成磨損，因此對(duì)于CFB鍋爐內(nèi)一次風(fēng)的大小不能無(wú)限量的大下去，一方面過(guò)大的一次風(fēng)將增大煙氣物料對(duì)受熱面的沖刷磨損，也不易鍋爐內(nèi)的充分燃燒，另外，圖4-2可以知道在旋風(fēng)分離器路口處，由道的變小，此處的流場(chǎng)速度是非常大的，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中旋風(fēng)分離器的磨損情況也是非常嚴(yán)重的，因此過(guò)大的一次風(fēng)，不易于CFB鍋爐內(nèi)旋風(fēng)的磨損防護(hù)29。CFB鍋爐內(nèi)另一種磨損形式為沖擊，沖擊磨損為固體方向和受熱面呈一定角度和垂直時(shí)，固體物料沖擊，碰撞受熱面而造分離器物料的成磨損，在流場(chǎng)出現(xiàn)渦流結(jié)構(gòu)的

34、時(shí)候，沖擊磨損尤為突出30，因此過(guò)渡區(qū)流場(chǎng)出現(xiàn)渦流結(jié)構(gòu)，其受熱面以及水冷壁的磨損較為嚴(yán)重。4.2.2 徑向氣固兩相流流場(chǎng)分析在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中CFB爐膛四周，內(nèi)壁拐角處常常是磨損較為嚴(yán)重的區(qū)域，為從氣固兩相流場(chǎng)中更好的分析解釋這個(gè)原因本文將在原模型8m/s的一次風(fēng)工況下，分別取水平面上10m、15m、20m三點(diǎn)做橫截面來(lái)觀察其切面流場(chǎng)的速度矢量。圖4-6 原模型一次風(fēng)風(fēng)速8m/s時(shí)10m水平截面處速度云圖圖4-7 原模型一次風(fēng)風(fēng)速8m/s時(shí)10m水平截面處速度矢量圖圖4-8 原模型一次風(fēng)風(fēng)速8m/s時(shí)15m水平截面處速度云圖圖4-9 原模型一次風(fēng)風(fēng)速8m/s時(shí)15m水平截面處速度矢量圖圖4-10

35、 原模型一次風(fēng)風(fēng)速8m/s時(shí)20m水平截面處速度云圖圖4-11 原模型一次風(fēng)風(fēng)速8m/s時(shí)20m水平截面處速度矢量圖分析對(duì)比圖4-6、圖4-8、圖4-10，可以看出其流場(chǎng)沿壁面速度隨著高度的增加在不斷的減小，其四周低速區(qū)的面積在不斷的增加，由此可以知道內(nèi)壁流的形成，是物料顆粒在上行過(guò)程中隨著流體速度的減小，四周壁面低速區(qū)的增大，于在重力的影響下其物料在低速區(qū)容易沿壁面形成回流，其形式如圖4-5所示。另外從速度矢量圖中可以了解，在圖4-7與圖4-9中四周內(nèi)壁拐角處都有形成二次渦結(jié)構(gòu)，二次渦大大增加了流體中煙氣、物料顆粒相對(duì)于受熱面的沖擊角度，其對(duì)受熱面水冷壁的沖蝕磨損是大大增加的，圖4-7與圖4

36、-9相比近壁面的速度更大，若假設(shè)煙氣速度和顆粒速度相同，則磨損量就和煙氣速度的三次方成正比，因此圖4-7處近壁面的相對(duì)磨損更大31。在圖4-11中沒有明顯的二次渦結(jié)構(gòu)，由此可以知道隨著高度增加，爐膛近壁面拐角處的二次渦，并且速度減弱，相比流場(chǎng)對(duì)近壁面水冷壁的磨損也在減弱，這也解釋了在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，爐膛底部四周拐角處水冷壁更容易磨損的原因。4.2.3 縱向渦流的形成及近壁面顆粒運(yùn)動(dòng)分析在本文第二章中已得出密度1200kg/m3 粒徑0.52mm的顆粒的臨界速度為3.96m/s圖4-5為模擬所用的一次風(fēng)速度為10m/s，鍋爐氣固兩相流的速度云圖，可以明顯的看出CFB流場(chǎng)的特點(diǎn)是，爐膛中部流體速度

37、大，帶動(dòng)固體顆粒上行，其速度在爐膛水平面上由中心向兩側(cè)梯度減少，沿壁面處的速度呈現(xiàn)深藍(lán)色表明速度極小，而已經(jīng)計(jì)算其臨界速度為3.96m/s，因此在重力的影響下在兩側(cè)的流場(chǎng)速度無(wú)法動(dòng)固體顆粒上行，相反固體顆粒沿壁面出現(xiàn)回流現(xiàn)象。從壁面處速度矢量圖4-4可以明顯的看出，固體顆粒沿壁面回流，在過(guò)渡區(qū)與高速上行的流體相遇形成明顯的渦流，這種循環(huán)現(xiàn)象被稱為“內(nèi)循環(huán)”。這種面壁流想象對(duì)爐膛四角落區(qū)域管壁的磨損十分嚴(yán)重。一方面物料上升過(guò)程中沖刷，另外內(nèi)循環(huán)大量物料沿四壁回落，對(duì)水冷壁管進(jìn)行劇烈沖刷。內(nèi)循環(huán)出現(xiàn)的區(qū)域范圍越大，對(duì)受熱面的接觸面積越大，磨損的面積也越大。的固體顆粒速度越大，其對(duì)受熱面的磨損越嚴(yán)重

38、，固體物料在交界區(qū)域，方向的改變對(duì)水冷壁造成磨損，過(guò)渡區(qū)形成局部渦旋流導(dǎo)致此區(qū)域的磨損。影響“內(nèi)循環(huán)”的很多主要有一次風(fēng)風(fēng)速，顆粒粒徑，以及爐膛機(jī)構(gòu)。下文將分別一次風(fēng)風(fēng)速，顆粒粒徑，以及爐膛機(jī)構(gòu)三個(gè)方面研究。4.2.4 一次風(fēng)風(fēng)速對(duì)過(guò)渡區(qū)流場(chǎng)的影響本文研究對(duì)無(wú)防磨梁結(jié)構(gòu)模型分別以一次風(fēng)大小為 6m/s、8m/s、10m/s、 12m/s 進(jìn)行模擬仿真。不同大小一次風(fēng)影響爐膛內(nèi)流場(chǎng)速度分布如圖 4-12,圖 4-13，圖 4-14,圖 4-15。圖 4-12 一次風(fēng)風(fēng)速 6m/s 時(shí)縱向?qū)ΨQ面速度云圖圖 4-13 一次風(fēng)風(fēng)速 8m/s 時(shí)縱向?qū)ΨQ面速度云圖圖 4-14 一次風(fēng)風(fēng)速 10m/s 時(shí)

39、縱向?qū)ΨQ面速度云圖由上圖可以知道隨著一次風(fēng)速度的圖 4-15 一次風(fēng)風(fēng)速 12m/s 時(shí)縱向?qū)ΨQ面速度云圖，其過(guò)渡區(qū)域深藍(lán)色低速區(qū)的面積在減小，同時(shí)可以知道 CFB 鍋爐內(nèi)過(guò)渡區(qū)渦流結(jié)構(gòu)也在減小，爐膛近壁面處流場(chǎng)速度在增加，內(nèi)循環(huán)的區(qū)域面積在減小，隨著一次風(fēng)速度增加過(guò)渡區(qū)受熱面以及水冷壁所受到的沖擊磨損在減弱，但是受熱面所受的沖刷磨損隨著速度的增加在加劇。一次風(fēng)的加大有利于防止物料沉積，防止?fàn)t床過(guò)熱結(jié)焦，同時(shí)也加劇了煙氣物料對(duì)受熱面的沖刷磨損。一次風(fēng)的速度大小一方面控制著爐膛顆粒的流化以及燃燒，另一方面，在整個(gè) CFB 鍋爐循環(huán)中，起到防止物料沉積帶著煙氣廢料的作用。所以在選擇其實(shí)際大小的時(shí)候

40、，要考慮進(jìn)料量保證充分燃燒，以及 CFB 鍋爐整體循環(huán)流暢性，包括物料的充分流化，防止物料沉積等方面。保證正常運(yùn)行。功能的前提下考慮盡量減小受熱面的磨損。在受熱面水冷壁的磨損防護(hù)方面，為了減少其受到煙氣的沖刷磨損，要保證下層水冷壁焊縫與水冷壁要打磨平整，上下管子接口要平整，水冷壁管安裝場(chǎng)豎直速度方向保持一致性。為了減小在過(guò)渡區(qū)的沖擊磨損，過(guò)渡區(qū)增加高溫耐磨材料，控制一次風(fēng)風(fēng)速減小其渦流的大小。4.2.5 一次風(fēng)風(fēng)速對(duì)流場(chǎng)近壁面回流的影響圖 4-16 近壁面回流圖流場(chǎng)中物料在重力的影響下其沿壁面的特點(diǎn)如圖 4-16 所示。為更好的對(duì)比了解一次風(fēng)對(duì)流場(chǎng)內(nèi)物料速度的影響，分別以一次風(fēng)大小為 6m/s

41、、8m/s、10m/s、12m/s 模擬計(jì)算得出速度矢量圖,分別統(tǒng)計(jì)不同矢量圖中回流出現(xiàn)時(shí)流場(chǎng)所在回流無(wú)因次高度 L.(4-1)L=h/H式 4-1 中 L 為回流無(wú)因次高度，h 為近壁面產(chǎn)生回流時(shí)流場(chǎng)相對(duì)于爐膛底部高度，H 為爐膛高度。表 4-1 一次風(fēng)風(fēng)速對(duì)應(yīng)近壁面回流無(wú)因次高度一次風(fēng)風(fēng)速V/(m/s)681012近壁面回流無(wú)因次0.7270.5420.5020.352高度L爐床底部近壁面最3.0583.6314.4285.392大回流速度/Vm/(m/s)為了更好的反應(yīng)出近壁面回流高度與一次風(fēng)速度大小的關(guān)系，根據(jù)模擬數(shù)據(jù)做出近壁面回流高度隨一次風(fēng)速度變化曲線，如圖 4-17。圖 4-17

42、 近壁面無(wú)因次高度隨一次風(fēng)風(fēng)速變化流場(chǎng)速度是影響磨損的重要，為了更好的比對(duì)一次風(fēng)速度對(duì)爐床底部磨損的影響，根據(jù)數(shù)據(jù)做一次風(fēng)風(fēng)速與爐床底部回流最大速度之間的曲線圖 4-18.圖 4-18 爐床底部最大回流速度隨一次風(fēng)風(fēng)速變化由圖 4-17 所示，CFB 鍋爐爐膛近壁面回流形成高度隨著一次風(fēng)風(fēng)速的增加而減小。近壁面回流高度減小將減小回流物料所影響的受熱面面積，一次風(fēng)速度的增加將減少回流，減少物料的沉積，以及近壁面回流物料對(duì)受熱面磨損的面積。但是隨著一次風(fēng)速度的提高，使得其物料到達(dá)過(guò)渡區(qū)時(shí)回流最大速度也隨著增大，因此回流物料對(duì)受熱面的沖蝕磨損量也隨著增大。實(shí)際生產(chǎn)中為避免物料沉積，往往選用較大的一次

43、風(fēng)進(jìn)行操作，其減小避免了物料沉積所帶來(lái)的危害，但也加劇了局部受熱面的磨損情況。為了減小回流物料對(duì)水冷壁管的磨損，盡量保證水冷壁安裝，焊接位子與流場(chǎng)豎直方向保持平行。4.2.6 不同物料顆粒粒徑的影響為驗(yàn)證不同顆粒粒徑對(duì) CFB 鍋爐內(nèi)氣固兩相流流場(chǎng)有較大影響，本文在原模型上以 9m/s 的一次風(fēng)風(fēng)速度，分別以粒徑為 0.52mm、0.4mm、0.2mm 模擬驗(yàn)證：圖 4-19粒徑0.52mm 時(shí)縱稱面速度云圖圖 4-20 粒徑 0.40mm 時(shí)縱稱面速度圖圖 4-21 粒徑 0.20mm 時(shí)縱稱面速度云圖比較圖 4-19、圖 4-20、圖 4-21，可以看出隨著粒徑的減少對(duì)于相同一次風(fēng)下的顆粒

44、云圖，顆粒越小，其出現(xiàn)深藍(lán)色低速區(qū)的面積越小，相比面壁流回流的物料約少，過(guò)渡區(qū)渦流區(qū)域面積越小。因此對(duì)受熱面的沖擊磨損也越小。本文在研究過(guò)程中為了方便選取工況，取了所占比例最大的顆粒粒徑0.52mm，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中物料大小很難控制，當(dāng)運(yùn)行中顆粒組分中粗顆粒較多時(shí)，燃煤粒徑分布達(dá)不到循環(huán)流化床鍋爐的要求，顆粒粒子循環(huán)量少，粗顆粒將沉浮于燃燒室下部燃燒，造成密項(xiàng)床燃燒額過(guò)大，爐床將超溫結(jié)焦32,33。為了減小對(duì)鍋爐的內(nèi)壁的磨損，防止結(jié)焦，選用大風(fēng)量一次風(fēng)以保證不同粒徑的物料能夠充分流化。4.2.7 防磨梁結(jié)構(gòu)的影響本文為直觀的驗(yàn)證防磨梁結(jié)構(gòu)的作用，基于原有的模型上于水冷壁安裝位置處加設(shè)一層防磨梁

45、，做驗(yàn)證性研究。分別做了 10m/s 與 11m/s 的兩種結(jié)構(gòu)的速度云圖，來(lái)比較探討防磨梁的作用。圖 4-22 一次風(fēng)風(fēng)速 10m/s 加防磨梁結(jié)構(gòu)對(duì)稱面速度云圖圖 4-23 一次風(fēng)風(fēng)速 10m/s 原結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)對(duì)稱面速度云圖圖 4-24 一次風(fēng)風(fēng)速 11m/s 加防磨梁結(jié)構(gòu)對(duì)稱面速度云圖圖 4-25 一次風(fēng)風(fēng)速 11m/s 原結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)對(duì)稱面速度云圖比較兩種工況下兩種結(jié)構(gòu)的縱向截面速度云圖可以發(fā)現(xiàn)，防磨梁結(jié)構(gòu)具有均勻流場(chǎng)，打斷面壁流的作用，有利于減小壁面回流物料速度，這樣沿壁流對(duì)防磨梁上沿的垂直水冷壁管的磨損就大大減小，同時(shí)從防磨梁溢出的灰流依然沿垂直水冷壁管排表面留下，但不會(huì)緊貼管壁表面，且

46、速度大大減小，從而對(duì)防磨段水冷壁起到保護(hù)防磨作用。為了更直觀的看出防磨梁結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)的影響，10m/s工況分別取兩種結(jié)構(gòu)防磨梁安裝高度下方200mm處的截面速度云圖做比較。如圖4-26、圖4-27所示。圖4-26原模型水冷壁安裝高度下200mm處界面圖速度云圖圖4-27加防磨水冷壁安裝高度下200mm處界面圖速度云圖觀察比較發(fā)現(xiàn)，圖4-27中流場(chǎng)沿壁面相比圖4-26沒有明顯的速度變化，表現(xiàn)出防磨梁結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)有均勻流場(chǎng)的作用，速度變化將影響水冷壁的受熱以及加大磨損等情況，穩(wěn)定的流場(chǎng)有利于水冷壁的受熱，也將降低磨損。同時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)4-27相比圖4-26安裝有防磨梁結(jié)構(gòu)的模型其煙氣高速流場(chǎng)不會(huì)緊貼內(nèi)壁表

47、面，圖4-27爐膛一周呈現(xiàn)藍(lán)色，使得其近壁面處流場(chǎng)速度相比原模型壁面流場(chǎng)速度大大減小，從而煙氣，回流物料對(duì)近壁面水冷壁的沖刷磨損也大大減小。由前文4.3.5可以知道，爐膛近壁面回流高度的越高其對(duì)受熱面水冷壁的磨損越面積越大，越不容易防護(hù)，防磨梁起到打斷近壁面回流的作用，減小物料沿壁面回流速度。因此防磨梁結(jié)構(gòu)對(duì)其結(jié)構(gòu)以下的水冷壁起到一定的防磨作用。第5章 總結(jié)與展望5.1 本文研究工作總結(jié)本設(shè)計(jì)擬針對(duì)煤液化CFB鍋爐水冷壁為對(duì)象，采用煤液化CFB鍋爐實(shí)際工況參數(shù),包括一次風(fēng)量、顆粒流量、粒徑等，研究各種參數(shù)變化對(duì)CFB鍋爐水冷壁的沖蝕磨損分布規(guī)律的影響，通過(guò)收集煤液化企業(yè)中CFB鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，

48、結(jié)合沖蝕磨損機(jī)理和水冷壁材料的磨損率與影響的關(guān)系研究。采用Fluent對(duì)CFB鍋爐內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，選取氣相連續(xù)、動(dòng)量守恒方程和RNG k-湍流模型，固相的顆粒離散相模型，相間作用主要考慮顆粒曳力，相間耦合的氣固兩相流模型；氣相采用無(wú)滑移壁面邊界條件和壁面函數(shù)法確定第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的速度、湍動(dòng)能、耗散率等參數(shù)，顆粒相選取適合的沖擊 反彈關(guān)系式?；贔luent計(jì)算， 氣相采用速度進(jìn)口、壓力出口或OUTFLOW出口條件，顆粒相采用進(jìn)口流量。將CFB鍋爐幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為長(zhǎng)方體，保持CFB鍋爐通道結(jié)構(gòu)、尺寸、方位。加入防磨梁改變爐膛內(nèi)結(jié)構(gòu)，計(jì)算不同參數(shù)條件下的CFB鍋爐氣固兩相流場(chǎng)，并在氣固兩相介質(zhì)

49、參數(shù)的基礎(chǔ)上加入沖蝕磨損邊界條件，計(jì)算水冷壁的沖蝕率分布，完成對(duì)水冷壁的沖蝕磨損失效。仿真模擬CFB鍋爐氣固兩相介質(zhì)溫度，流場(chǎng)的分布數(shù)據(jù)，在沖蝕機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，基，獲得鍋爐內(nèi)的壓力，體動(dòng)力學(xué)計(jì)算的方法，計(jì)算CFB鍋爐水冷壁的沖蝕磨損分布，為CFB鍋爐爐內(nèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供一定的參考。本文主要得到以下結(jié)論：（1）顆粒粒徑和一次風(fēng)風(fēng)速是影響鍋爐內(nèi)氣固兩相流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的重要會(huì)共同影響顆粒沉積和爐管壁磨損；，（2）適當(dāng)布置的防磨梁結(jié)構(gòu)能對(duì)水冷壁起到有效的磨損防護(hù)作用。本的主要?jiǎng)?chuàng)新工作在于：采用煤液化CFB鍋爐實(shí)際的操作工況和流體介質(zhì)的物性參數(shù)，選擇了合適的CFD運(yùn)算模型，完成CFB鍋爐內(nèi)水冷壁磨損失

50、效預(yù)測(cè)，分析了不同爐膛結(jié)構(gòu)對(duì)氣固兩相流場(chǎng)的影響，對(duì)防止煤粉沉積、降低爐管壁磨損的CFB鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。5.2 研究工作展望隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)也在越來(lái)多的應(yīng)用到循環(huán)流化床的研發(fā)和改進(jìn)中去。但基于計(jì)算機(jī)硬件要求及沒有成型的模型做參考，簡(jiǎn)化的計(jì)算模型雖然具有一定的代表意義，但與實(shí)際模型有較大的差距，不能最真實(shí)反應(yīng)實(shí)際工況情況。這將使得模擬仿真的數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中存在誤差。研究中，定性定量的來(lái)模擬CFB鍋爐內(nèi)的流場(chǎng)分布，采用冷流體模型，沒有考慮到CFB鍋爐內(nèi)復(fù)雜的燃燒傳熱過(guò)程。選擇的計(jì)算工況，顆粒粒徑以主要顆粒的平均粒徑為主。因此在未來(lái)的研究中，選用更好

51、的測(cè)試儀器，測(cè)量CFB鍋爐的實(shí)際操作工況，模擬仿真中加入燃燒傳熱過(guò)程使得仿真結(jié)果更為真。另外針對(duì)于防磨梁的防磨效果驗(yàn)證，本文的結(jié)果有一定的參考價(jià)值，如若選取多種防磨梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)行驗(yàn)證改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。具有更高可比性和真實(shí)性。參考文獻(xiàn)1潔凈煤技術(shù)J：化學(xué)工業(yè)2005（5）：252，電站鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展J：，2007：1922大學(xué)3 Hansen.K .G，Solberg.T ，BjZrn HA three-dimenal simulation of gasparticle flowand ozoneitionhe riser of a circulating fluidized bedJ，Ch

52、emical EngineeringScience，59(2004)：521752244趙果然循環(huán)流化床鍋爐國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀概述鍋爐制造2009（4）：19215，李靜海循環(huán)流化床稀相局部空隙率的測(cè)量J，化工冶金，1996，17(3)：2422476基于Fluent 的多相模擬反應(yīng)器的設(shè)計(jì)J計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2007,24（9）：115811587華，陳，超臨界循環(huán)流化床鍋爐在節(jié)能減排中的技術(shù)特點(diǎn)分析J華東電力，2010（9）:32358，光導(dǎo)測(cè)量流化床內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)特性J山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，28(1)：28329，PIV技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床顆粒運(yùn)動(dòng)測(cè)試J，化學(xué)反應(yīng)工程與，2004，20(4)：29429910 祁海鷹，由長(zhǎng)福，等顆粒相邊界條件對(duì)其濃度分布的影響機(jī)制J，力學(xué)學(xué)報(bào)， 2001，33(5)：60161111，鐘志強(qiáng)