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75t/h秸杆锅炉过热器积灰数值模拟的研究实践
发布时间：2013-06-01 12:30 来源：未知
秸秆锅炉是将生物质作为燃料直接燃烧，燃烧产生的能量主要用于发电或集中供热。然而生物质燃料含有较多的氯和碱性物质（尤其是农作物秸秆），燃烧时易形成床料的团聚，容易在受热面上沉积，所以目前的秸秆锅炉普遍存在着过热器积灰比较严重的问题。在国内杜述尧运用Fluent对过热器的壁温进行了数值模拟；胡小翠运用Fluent数值模拟软件对秸秆锅炉直燃锅炉燃烧内温度场、气相浓度场的分布做了进一步深入的研究。本文以某电厂75 t/h秸秆锅炉为例进行研究。过热器区在吹灰器已投的情况下，积灰仍比较严重，导致过热器管壁超温，主蒸汽温度偏低，排烟温度比较高，锅炉效率降低。本文采用Fluent软件对过热器进行数值模拟。
1、锅炉形式介绍
锅炉型号为UC -75/5.3 -J，锅炉为单锅筒、集中下降管、自然循环、四回程“M”型布置的燃秸秆锅炉。与“M”型对应的分别为，燃烧室、冷却室、过热器室以及尾部烟道，在冷却室和过热器室分别布置了高温过热器、中温和低温过热器。尾部采用光管式省煤器及管式空气预热器。本锅炉采用水冷振动炉排的燃烧方式，即在炉膛底部布置水冷振动炉排，利用水的冷却效果降低炉排的工作温度，可以显著提高炉排的工作寿命，同时防止在炉排面上产生大量的结渣。锅炉汽水系统采用自然循环，在炉膛外布置了集中下降管，锅炉的结构布置图见图1所示。本文研究对象即为冷却室高温过热器积灰的数值模拟。
富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
2、过热器的物理模型
由于过热器结构的复杂性，划分网格十分困难。但是由于过热器区管排的对称性，对模型进行适当简化，只对过热器一排管子进行模拟。物理模型见图2。
2.1网格划分
数值计算采用了GAMBIT商业软件进行网格的划分，采用的是分体网格划分方法，直管段采用的是Cooper六面体结构化网格，为提高网格的质量弯管处采用的是分区，局部加密，逐次划分网格，网格总数量为992 447。网格划分示意图见图3。
3、数学模型
过热器区的流动为高Re数的湍流，目前有很多描述湍流流动的模型，考虑到模型的可靠性和工程应用的可能性，本文采用标准k-e湍流模型进行数值模拟。标准模型，只要适当的选择系数，整个综合模拟计算结果就可以较为合理的定性或定量反映出炉内气流流动的基本特征，除了强旋转气流，其他各种回流状态下都能使用。k-e模型的控制方程如下：
CFD中的基本边界条件类型主要有：流动进口边界、流动出口边界、给定压力边界、壁面边界、对称边界、周期性（循环）边界等。常见的流动进口边界分为速度人口边界、压力进口边界和质量进口边界；壁面热边界可分为第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件。本文人口边界条件采用速度入口，速度为5.5m/s，出口边界条件采用压力出口，压力为-50 Pa.壁面边界条件采用无滑移条件且无湍流运动条件。
