垃圾发电烟气处理用高速柔性转子旋转式雾化器设计分析与试验研究

摘要

“半干法”烟气处理工艺由喷雾干燥技术发展而来，该工艺处理效率高，吸收后的固体废物易处理，在垃圾发电领域应用广泛。随着垃圾发电厂日处理能力不断提高，“半干法”烟气处理系统通常采用喷液量超过10000kg/h的高速旋转式雾化器。　　然而我国垃圾发电领域用高速旋转式雾化器主要依赖进口，国产雾化器存在使用寿命、可靠性、抗外界干扰能力和自动化程度低等缺点，迫切需要掌握雾化盘的可靠性设计、转轴-雾化盘高速柔性转子系统设计与动力学特性分析技术、喷嘴结构设计以及雾化器关键零部件的加工制造等核心关键技术，从而在料液处理能力、抗干扰能力及使用寿命方面赶超国外产品。　　针对上述问题，本文重点对雾化盘为耐磨雾化盘的高速旋转式雾化器进行研究，设计了一台原理样机，开展了样机试制，进行了样机的整机性能试验。通过仿真计算和试验，建立了雾化器仿真模型，获得了试验数据，为垃圾发电用高速旋转式雾化器的国产化提供了理论和技术支撑。具体研究内容和主要工作包括：　　（1）针对雾化盘因高速旋转和高温等诱发的疲劳破坏问题，采用有限元分析方法对雾化盘实际工作中旋转变形情况及温度分布进行研究，获得了不同材料雾化盘在实际工作过程中因高速旋转产生的应力及变形规律，同时也获得其热应力及热变形的分布规律，为雾化盘结构设计与材料选择提供依据；　　（2）针对转轴-雾化盘高速柔性转子系统，利用集中参数法及有限元法进行模态以及临界转速分析，确定雾化器在实践中能够平稳运行的合理转速范围，并获得转子系统结构参数对其模态与临界转速的影响规律；　　（3）针对喷嘴磨损及粒径分布等问题，采用有限元方法，计算分析了不同条件下的喷嘴内壁剪切应力和雾滴粒径分布情况，获得了喷嘴结构参数及转速对喷嘴磨损及粒径分布影响规律；同时，采用有限元方法对旋转式雾化器和喷雾塔进行耦合流场仿真分析，获得了进料速率与烟气入口速度对喷雾塔内温度分布的影响；　　（4）试制了额定转速为15000r/min，料液处理能力12000kg/h，雾化盘为耐磨雾化盘的高速旋转式雾化器样机，开展了转轴的自由模态试验及整机性能试验，验证设计的合理性。

目录

1 绪论

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究背景及意义

1.2 课题国内外研究现状

1.2.1 国内外垃圾焚烧发电发展趋势

1.2.2 国内外旋转式雾化器研究现状

1.3 论文主要内容与结构

2 旋转式雾化器基本理论与基本结构

2.1 前言

2.2.1 旋转式雾化器工作原理

2.2.2 雾化过程及雾化机理

2.3 旋转式雾化器雾化效果评价主要参数的计算方法

2.3.1 雾滴直径计算方法

2.3.2 喷雾距理论计算方法

2.3.3 雾化角的表示方法

2.4.1 基本组成

2.4.2 主要结构形式

2.5 本章小结

3 旋转式雾化器雾化盘的结构与仿真分析

3.1 前言

3.2 雾化盘的结构

3.2.1 光滑雾化盘

3.2.2 多通道雾化盘

3.3 雾化盘的旋转变形分析

3.3.1 不同转速下的雾化盘旋转变形分析

3.3.2 不同直径雾化盘高速旋转最大变形及应力分析

3.3.3 不同材料雾化盘高速旋转最大变形及应力分析

3.3.4 结果分析

3.4 雾化盘稳态热结构分析

3.4.1 雾化盘稳态温度场及热应力分析

3.4.2 不同材料雾化盘热应力及热变形分析

3.5 本章小结

4 旋转式雾化器转轴-雾化盘转子系统模态与临界转速分析

4.1 前言

4.2 转轴的结构

4.3 转轴-雾化盘转子系统模态与临界转速分析

4.3.1转子系统模态与临界转速计算方法

4.3.2转轴-雾化盘转子系统的模态与临界转速计算

4.4 结构参数对转轴-雾化盘系统模态与临界转速的影响分析

4.5 本章小结

5 旋转式雾化器流场仿真分析

5.1 前言

5.2 喷嘴结构参数及转速对喷嘴内壁磨损的影响

5.2.1 喷嘴的结构及计算模型

5.2.2 喷嘴结构参数变化对喷嘴内壁剪切应力的影响

5.2.3 旋转式雾化器转速对喷嘴内壁剪切应力的影响

5.3 喷嘴结构参数及转速对喷嘴出口雾滴粒径分布的影响

5.3.1 喷嘴结构参数变化对雾滴粒径分布的影响

5.3.2 旋转式雾化器转速对雾滴粒径分布的影响

5.4 不同工况下喷雾塔内流场仿真分析

5.4.1 喷雾塔结构及网格划分

5.4.2 不同工况下喷雾塔内雾滴运动及温度分布仿真分析

5.5 本章小结

6 旋转式雾化器的试制与试验

6.1 前言

6.2 旋转式雾化器的试制

6.2.1 旋转式雾化器的传动方式与整体结构

6.2.2 旋转式雾化器主要性能参数

6.2.3 旋转式雾化器的加工

6.3.1 模态实验概述及实验目的

6.3.2 测试系统组成

6.3.3 测点布置及测试方案

6.3.4 自由模态实验结果

6.4.1试验系统布置

6.4.2试验方案

6.4.3 试验结果分析

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 本文总结

7.2 研究展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参加的项目

B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

C. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利

D. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励

E. 学位论文数据集

致谢