1025t/h循环流化床锅炉炉膛流场模拟及磨损分析

摘要

循环流化床(CFB)锅炉以其燃料适应性广及污染物排放量低等优点被广泛应用于能源化工及其他行业中。而炉膛水冷壁管的磨损是威胁循环流化床锅炉安全、经济运行以及限制其向大容量、高参数发展的重要因素。本文针对四川白马电厂1025t/h循环流化床锅炉,采用Fluent软件结合欧拉双流体模型对炉膛内的气固两相流动进行了数值模拟,旨在获得影响水冷壁管磨损的颗粒速度、浓度及冲刷角度等参数的分布情况。模拟结果表明,在炉膛高度方向,颗粒浓度与小尺寸CFB锅炉一样呈上稀下浓分布。但在径向方向上,颗粒浓度和速度分布不同于传统CFB锅炉的环一核分布型态,而是在炉膛中心及四壁区域出现高浓度颗粒下行流,在每侧裤衩腿上方的中心区域出现低浓度的颗粒上行流,即呈马鞍型分布。壁面附近的高浓度颗粒流向下做加速运动,并且角落区域的颗粒浓度高于壁面其它部位。此外,颗粒浓度和速度分布表现出空间上的局部不均匀性及时间上的波动性。颗粒对壁面基本呈小角度冲刷,但也存在一定的不均匀性,尤其在炉膛下部甚至出现了正向冲击的情况。
　　 在炉膛流场模拟结果的基础上,本文取炉膛的角落区域、添加防磨梁区域及炉墙开孔区域进行进一步数值模拟,以获得炉膛局部区域颗粒浓度分布和速度分布的细节,并对管壁进行磨损计算。角落区域的模拟及计算结果表明下部水冷壁管的磨损情况比上部水冷壁管严重,而在管壁周向位置上,迎风侧颗粒浓度明显高于背风侧,导致迎风侧管壁磨损相对严重。在角落模型中添加单阶防磨梁后发现贴壁流颗粒浓度和速度得到了降低,但只影响防磨梁附近的有限区域,并且其效果受防磨梁的尺寸和结构影响。从减轻防磨梁上方管壁磨损的角度考虑,宽度较大的梯形防磨梁效果较好,而从减轻其下方的管壁磨损考虑,矩形结构且宽度适中的防磨梁效果较好。本文最后对炉墙开孔处的让管区域进行了数值模拟,从模拟结果来看,炉墙开孔处水冷壁管的弯曲主要造成了颗粒浓度分布的变化以及局部区域颗粒流的转向,对颗粒速度分布影响不大,弯管的存在增大了其弯曲段上半部分管壁外侧、下半部分收缩口处以及邻近水冷壁管朝向弯管一侧壁面的磨损机率。