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北京快三基于数值模拟方法的中速磨煤机石子煤

发表时间:2020-12-18 10:00

  基于数值模拟方法的中速磨煤机石子煤排放研究_数学_自然科学_专业资料。基于数值模拟方法的中速磨煤机石子煤排放研究 朱宪然 1,赵 熙 1,2,赵振宁 1,张清峰 1 【摘 要】[摘 要]以 ZGM95G 型中速磨煤机作为研究对象,利用 FLUENT 程 序模拟中速磨煤机

  基于数值模拟方法的中速磨煤机石子煤排放研究 朱宪然 1,赵 熙 1,2,赵振宁 1,张清峰 1 【摘 要】[摘 要]以 ZGM95G 型中速磨煤机作为研究对象,利用 FLUENT 程 序模拟中速磨煤机内的流场,采用离散相模型模拟石子煤的排放,对石子煤排 放量进行研究。结果显示,不同喷嘴环入口处的一次风静压和流量呈不均匀分 布,且低流量区排出的石子煤要多于其它区域;喷嘴环处的风速最高且是影响 石子煤排放的一个重要因素;随着石子煤粒径的增加,其排出的量也逐渐增多; 密度越大,石子煤排放量越大。根据数值模拟结果,对中速磨煤机提出了改造 建议。 【期刊名称】热力发电 【年(卷),期】2010(039)011 【总页数】4 【关键词】[关 键 词]中速磨煤机;石子煤;排放量;粒径;数值模拟;喷嘴 环;风量 中速磨煤机的石子煤排放量是一个影响磨煤机经济性和安全性的重要问题[1]。 石子煤排放量过大则磨煤机出力降低,经济性变差;石子煤排放量过小则不仅 使碾磨负荷过大,还会增加煤粉中灰分的含量,从而影响燃烧,造成磨煤机磨 损和震动等。国内电厂燃用的煤质多变,且实际燃用煤种与中速磨煤机的设计 煤种区别较大,因此石子煤的排放问题更为突出,严重影响磨煤机的正常运行 [2-3]。研究表明,磨煤机内的流场,尤其是喷嘴环处风速的高低是影响石子 煤排放的重要因素[4-7]。本文采用 FLUENT 程序模拟 ZGM95G 型中速磨煤 机内部流场,利用离散相模型模拟石子煤排放,对石子煤排放的影响因素进行 了定量分析。 1 数值模型 一次风由一侧进入 ZGM95G 型中速磨煤机下方的一次风室后通过流线型的喷 嘴环与煤粉混合,高温热风携带煤粉至分离器进行分离,较难碾磨的石子煤则 由喷嘴环落入风室,再由刮板刮入石子煤箱。对中速磨煤机模型进行简化后的 物理模型如图 1 所示,模型由入口一次风道、一次风室、喷嘴环及上部的流通 空间组成。模型共有 36 个喷嘴环,其中正对着一次风入口处的为 1 号喷嘴环, 按顺时针方向依次为 2~36 号喷嘴环,其结构模型和位置编号如图 2 所示。 由于喷嘴环处几何造型较为复杂,使用 Gambit 软件对模型进行三维网格划分 时,采用了混合型网格并进行加密处理,其它部分均使用六面体网格。 假设磨煤机内的一次风流动为不可压缩、定常湍流流动,其湍流模型为 RNGk -ε 模型。在中速磨煤机内,气相一次风所占的体积百分比要远高于固相石子煤 的体积,且固相是以离散颗粒的形态存在,故本文采用 FLUENT 中的离散相模 型(DPM)模拟石子煤的排放情况,先计算气相场即一次风的流动,再计算固 相场即石子煤的流动。 2 气相模拟 模拟工况为电厂实际运行中磨煤机额定出力工况,一次风量为 60 t/h,一次 风温为 230℃,一次风压为 9 000 Pa。图 3 为一次风进入磨煤机后的典型流线 所示,由于喷嘴环形状倾斜向上,因此一次风在流过喷嘴环后呈现旋转 上升的趋势,并在喷嘴环上方形成了一个较大的倾斜向上的椭圆形漩涡(图 3 中漩涡 1)。喷嘴环处的流通截面积最小,风速最大,一次风室内的风速约为 20~28 m/s,而喷嘴环处风速则高达 75 m/s 左右。如图 3 中漩涡 2 和漩涡 3 所示,风道入口与一次风室相交的左右两侧各有 1 个小型漩涡,导致一次风 室内的一次风静压,即 36 个喷嘴环入口处的静压分布不均匀,图 4 为 36 个喷 嘴环入口处的静压分布。入口一次风压为 9 000 Pa 时,喷嘴环入口处静压为 7 000~8 000 Pa,压力较低的区域对应图 3 中的漩涡 2 和漩涡 3。 由于喷嘴环入口的一次风静压分布不均匀,故流经每个喷嘴环的一次风流量也 各不相同。图 5 为喷嘴环流量的分布。 由图 5 可见,6 号喷嘴环和 31 号喷嘴环附近区域为 2 个低流量区,正对应图 3 中漩涡 2 和漩涡 3 的位置,其最小流量是其它喷嘴环流量的 1/3。低流量区内 一次风携带煤粉和石子煤的能力较低,因此落入一次风室的石子煤比其它区域 多。 3 固相模拟 为真实模拟磨煤机内的固相场,本文考虑了湍流脉动性对粒子轨迹的影响,采 用随机轨道模型跟踪颗粒的轨迹。假设石子煤为一定直径的球形颗粒,由于在 磨煤机内石子煤所占的体积比例极低,因此固相模拟时并未考虑固体颗粒与气 相场间的耦合关系。 在 DPM 中设置 cone 型射入面,以模拟碾磨后的煤粉和石子煤由磨盘甩入喷 嘴环处的固相场。由于石子煤在磨煤机内运行的随机性较强,因此选取 10 000 个固体颗粒,以统计其运动轨迹的规律。石子煤的主要成分为岩石,故选用的 石子煤密度为 2.5×103~ 3.5×103kg/m3。 图 6 为密度 3.0×103kg/m3、粒径 25 mm 的石子煤在对应于磨盘边缘位置 处射入磨煤机后的典型运动轨迹。 由图 6 可见,喷嘴环内一次风旋转向上,因此多数石子煤在射入磨煤机模型后 很快被一次风旋转向上携带出磨煤机,而少数石子煤则经过喷嘴环落入一次风 室。另外,图 6 中喷嘴环上方的环形区域内有少量固体颗粒做周向旋转运动, 并在此区域停留时间较长,其位置对应磨煤机的回煤导流环。这些固体颗粒与 回煤导流环上方的筒体碰撞,致使筒体受到磨损。 图 7 为不同密度、不同直径的石子煤落入一次风室的比率。 由图 7 可见,在石子煤粒径较小的情况下,石子煤基本上都能被一次风携带出 磨煤机,但随着粒径的增大,排出的石子煤量逐渐增多,当石子煤粒径较大后, 石子煤的排放量随其密度的增大而增加。因此,在研究中速磨煤机石子煤排放 时,有必要对石子煤的成分、密度以及粒径等物理参数进行分析和检测。 4 中速磨煤机改造建议 根据 FLUENT 程序及 DPM 对 ZGM95 型中速磨煤机进行流场模拟的结果,对 中速磨煤机的改造提出以下建议: (1)首先检测石子煤的物理特性,以便精确控制磨煤机喷嘴环处的一次风量。 (2)由于不同喷嘴环的入口一次风静压和流量不

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