飞灰复燃颗粒沉积数值模拟

摘要

工业锅炉是我国广泛应用的一种热能动力设备。其中链条炉在燃煤工业锅炉中占有很大的比例，在工业生产和人民生活中发挥着不可忽视的作用。但链条炉也存在很多不足之处。由于链条炉的运行燃烧方式使得炉膛中的煤颗粒没能得到充分的燃烧就随着烟气排出炉膛，致使飞灰的含碳量较高，可燃物含量可高达40％以上。这种现象造成了锅炉热效率低、燃料浪费以及环境污染等问题。因此针对飞灰含碳量高造成的一系列问题而提出了对链条炉进行飞灰复燃改造。
　　在实际工程应用中改造后的锅炉热效率有所提升，证明了这种技术的可行性。但飞灰复燃会影响炉膛内的燃烧过程。飞灰复燃使得炉膛内的颗粒数量增大，且飞灰颗粒细小质量轻，还具有较强的粘附性，这就容易造成炉膛内壁面结渣等问题。炉膛内壁面结渣是常见也是比较难解决的问题。因此，本文针对飞灰复燃炉膛内壁面颗粒沉积进行数值模拟。
　　本文采用FLUENT软件进行数值模拟，炉内燃烧模型包括气相数学模型、颗粒相数学模型、颗粒沉积数学模型以及辐射模型。模拟了飞灰复燃后炉膛内的燃烧状况、不同煤质对飞灰复燃后炉内温度场和壁面颗粒沉积状况的影响以及不同配风方式对飞灰复燃后炉内速度流场和壁面颗粒沉积状况的影响。对比分析模拟结果，提出减轻飞灰复燃带来的炉膛壁面结渣的有效措施。
　　模拟结果显示，炉膛内高温带受挤压向前墙、顶墙和前拱方向移动，前墙、顶墙以及前拱后部温度升高，而后墙温度降低。这样的温度变化，导致温度升高的区域的壁面颗粒沉积速率增大，后墙的颗粒沉积速率很小。从锅炉喉部的返料口射入飞灰复燃射流后，炉膛内流场产生扰动，前墙和顶墙附近的气流速度增大，从后拱出口进入炉膛内的气流也受到挤压，致使前拱后部气流速度矢量增大。气流速率的增大，气流携带的颗粒数量增多，颗粒与壁面碰撞并黏附的概率增大。
　　燃烧的煤质不同时，锅炉顶墙，前墙以及前拱的后部处颗粒沉积速率受到影响较大，燃用含有碱性氧化物多的煤种颗粒沉积速率较大。配风方式不同时，锅炉顶墙、前墙以及前拱的后部颗粒沉积速率受到影响较大。第一风仓的风量为9％的配风方式下壁面颗粒沉积速率最小，第一风仓风量为5％的配风方式在各壁面的颗粒沉积速率最大，尤其是对前墙的影响最为明显。因此，适当增大第一风仓的风量可以减少壁面的沉积结渣。