循环流化床锅炉与旋风分离器性能模拟计算

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循环流化床锅炉与旋风分离器性能模拟计算 凡是从事循环流化床锅炉设计、制造、安装、调试、使用和维修的工程技术人员和管理人员，都对循环流化床锅炉的使用和操作要求以及他的特点、特性及优、缺点都了解得相当清楚。 但是循环流化床锅炉与旋风分离器是什么关系，我想这个问题简单的回答是非常简单的， 可是如果把这个问题彻底的搞明白，或者说把这个问题在实际运行中处理的特别好，可以讲有一部分或者有相当一部分人是知其然而不知其所以然的。 为了达到或实现循环流化床锅炉物料循环的特别好、炉子的运行也非常稳定、负荷带的又那么让人满意，就必须保证旋风分离器的分离效率特别高和返料系统运行的特别正常。 原因是循环物料的来源是靠旋风分离器分离下来的物料来保证的，如果U型返料系统运行不正常或者旋风分离器的分离效率不能确保炉膛的物料浓度在设计的范围内，也就是说循环倍率没有达到或接近设计值，要想让这台炉子有一个较高的效率和带较高的负荷以及适应较宽的煤种运行那是不可能的。 所以我个人认为不论哪种炉型，当在正常运行中效率上不去、负荷带不上来、各项损失指标降不下来、运行的安全性、稳定性保证不了，我不管你说的怎么好，那也只能是纸上谈兵，或者说是一种骗人其谈，解决不了实际的生产问题。 循环流化床锅炉在运行中想要带较高的负荷和得到较高的效率以及适应较宽的煤种，只有一点就是怎么样想尽一切办法，确保炉内有一个较高的物料浓度，我在多个电厂、多种场合、多次的说过循环流化床锅炉的循环物料，在一般的情况下千万不要从U型返料器下方的放灰管放掉，因为这部分物料太重要啦，这部分物料返到了炉膛的密相区，他会在密相区吸热后马上又升到稀相区，将本身携带的热量传给受热面和建立炉膛的沿途温度，每时每刻总是这样周而复始的运行着，所以 说旋风分离器分离下来的这些较细的物料，就是循环流化床锅炉运行中的软黄金， 一定要充分利用好这些软黄金，让它发挥出最佳的作用。我们既然认识到了这些物料的重要性，可是怎么样能多得到这些软黄金呢？这就是循环流化床锅炉和旋风分离器的关系所在，也就是我们今天主要探讨的问题所在，所以可以通过我们的分析、研究和计算来把这些问题搞清楚，以便指导锅炉的实际运行，这是我的最终目的，也是大家急需解决的问题。越努力，越幸运。这里是锅炉圈！大家好，我是刘亮亮！学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！ 为什么说旋风分离器分离下来的这些较细的物料，就是循环流化床锅炉运行中的软黄金？ 因为它的作用非常大，一是控制床温，二是控制氮氧化物，三是能提高负荷，四是控制整个炉膛温度的均匀性， 五是提高燃料的燃烧效率，相应提高锅炉的热效率，起到节能降耗作用，六是提高灰渣的活性及利用率。同时也是刚开始点火建立物料循环的关键！ 我们知道旋风离器的工作原理，就是把高温烟气携带着的大量物料，在旋风分离器内进行高速旋转，在旋转的过程中将高温的物料从高温的烟气中分离出来，旋风分离器分离的效率高低，主要是靠旋风分离器的结构和几何尺寸来决定的，也就是说一个分离效率较高的旋风分离器，他的几何尺寸、入口长宽比例、喉部尺寸的确定、介质入口处的速度、被分离物料的直径和物料的容重以及入口的角度等有关参数有关系。我们可以通过下面的旋风分离器除尘模拟简图，来了解物料在旋风筒内的运动轨迹、浓度区域、二次飞扬机理、返料风携带物料等有关的情况，通过这些图主要了解旋风分离器的中心筒出口直径D和中心筒下沿到筒体变径处的尺寸，中心筒的插入尺寸太长了，容易产生二次飞扬，太短了分离效率下降，我们可以通过下面的分析与模拟计算，看看旋风分离器的分离效率与那些参数有关。

图 1 旋风分离器几何形状及尺寸(正视图) 旋风分离器的空间视图如下图所示。  

图2 旋风分离器空间视图   旋风分离器数值仿真中的网格划分： 仿真计算时，首先对旋风除尘器进行网格划分处理，计算网格采用非结构化正交网格，如图3所示。

图3 数值仿真时旋风分离器的网格划分(空间) 图4为从空间不同角度所观测到的旋风分离器空间网格。  

图4 旋风分离器空间网格空间视图 本数值仿真生成的非结构化空间网格数大约为125万，当几何尺寸(如D、L及长宽比)改变时，网格数会略有变化。 对旋风分离器的数值模拟仿真： 采用混合模型，应用Eulerian(欧拉)模型，欧拉方法，对每种工况条件下进行旋风分离器流场与浓度场的计算，计算残差<10-5，每种工况迭代约50000步，采用惠普工作站计算，CPU耗时约12h。 以下是计算结果后的处理显示结果。由于计算算例较多，此处仅列出了两种工况条件下的计算后处理结果。 图5是当L=1.3m，D=1.05m 入口长宽比1:3，入口速度10m/s时，在y=0截面(旋风分离器中心截面)上粒径为88微米烟尘的体积百分数含量分布图。可以明显看出由于旋风除尘器的离心作用，灰尘被甩到外壁附近，而在靠近中心排烟筒下方筒壁四周，烟尘的体积浓度最大。

粒径88微米烟尘的空间浓度分布(空间)

粒径88微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)

粒径 200 微米烟尘的空间浓度分布 ( 空间 )

粒径200微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面) 图5 当L=1.3m、D=1.05m、长宽比1:3，入口速度10m/s时烟尘空间分布

  粒径 88 微米烟尘的空间浓度分布 ( 空间 )

粒径88微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)

粒径200微米烟尘的空间浓度分布(空间)

粒径200微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面) 图6 L=2.3m、D=1.5m、长宽比1:1入口速度15m/s时烟尘空间分布   计算结果： 计算中，首先确定几何尺寸L，按照给定的两种烟尘颗粒，分别对L=2.3m、L=1.8m、L=1.3m、L=0.8m四种情况进行对比计算，对比计算结果为L=2.3m、L=1.3m时除尘效率较高。随后的计算将采用此两种尺寸继续进行。 采用L=2.3m，分别计算入口速度V=15m/s、V=14m/s、V=13m/s、V=12m/s、V=11m/s五种情况，经比较V=15m/s除尘效率最高。 当旋风分离器进口速度为V=15m/s，改变旋风分离除尘器的出口直径D，进行对比计算。旋风分离器直径分别为D=1.05m、D=1.2m、D=1.35m、D=1. 5m，经比较计算D=1.05m时，旋风分离器分离效果最佳。 当旋风分离器进口速度V=15m/s、D=1.05m时，改变旋风除尘器入口宽高比例进行对比计算，所选用的三个比例为1：3，3：1和1：1 。选择宽高比例时，满足入口截面积不变。经对比计算，当宽高比为1：3时旋风分离器分离效果最佳。这表明竖高型旋风分离器入口有利于旋风分离器的除尘。 通过旋风除尘器的分离效率对比计算，可以清楚的看到，对于L=2.3m、L1.3m、出口直径D=1.05m、入口宽：高为1：3、入口速度为V=15m/s，更有利于烟气除尘。 五、旋风分离器内部空气流动迹线图如下图所示。

我们通过以上的欧拉方法分析和惠普模拟计算，得出了物料直径为 88 和 200 微米时两种直径时的计算结果，所以旋风分离器在实际运行中选用的各参数最佳值为：入口长宽比例尺寸 1 ： 3 、喉部入口处的烟气和物料速度 15m/s 、中心筒直径 Φ 1.05m 、插入深度 2.3 和 1.3m 、(也叫中心筒下沿尺寸离旋风分离器筒体变径尺寸的距离，图一中的 L 长度)，中心筒的截面积和旋风分离器筒体的截面积之比，一般情况下都在 10~12% 之间波动为最好，小于 10% 阻力大了一些，大于 12% 分离效率又下降一些。所以我在近二十年的工作中根据这一理论依据，多次的在各电厂进行了中心筒的直径、中心筒的插入深度、旋风分离器入口尺寸、吊挂结构、中心筒的加强计算、材质的耐温度与壁厚、加工工艺等方面进行设计和改造，改造后不但提高了锅炉的出力、而且降低了飞灰中的可燃物、炉膛密相区的温度也有所下降、炉膛差压也有所上升、为锅炉的满负荷或超出力以及炉内脱硫环境都带来了一定的好处。更主要的是由于吊挂结构改变了，由原来的拉板固定式吊挂，改成铰链式活动吊挂，这样不但防止了中心筒在长时间运行后，经常出现吊挂出问题后倾斜或脱落的事故，而且还大大改善了旋风筒顶部处的耐温、耐磨浇注料的工作环境，由原来的耐温、耐磨浇注料支撑中心筒，改成活动式铰链吊挂支撑着耐温、耐磨浇注料的结构。这样的吊挂结构，确保中心筒使用许多年后不会出现问题，许多电厂经使用后都已证实了这样的结构是最合理的。     改造工作是对原来设备存在问题的修正，中心筒的改造工作也不例外，改造工作千万不能凭想象办事，一定要遵照实事求是的原则，一定将存在的问题分析透、解决的办法考虑好、各项措施想得周全些，而且还要经过大量的反复的论证和计算，一切认为都没有问题了再进行改造，这样才会获得成功的几率大一些，否则就要失败。一定要牢记每一次的失败所造成的后果和损失，改造的负责人或设计人都要对此事负责任的，轻者赔偿经济损失，重者追究法律责任，这是一个不争的事实。绝不能做三排式人物，想问题拍脑门、讨论、汇报问题拍胸脯、出了问题拍屁股，溜之乎也。 我们知道了旋风分离器分离下来的物料，是循环流化床锅炉运行中的软黄金，怎么样将这些软黄金保管好、利用好是我们这些从事循环流化床锅炉的工程技术人员的责任。所以我根据美国福斯特惠乐公司设计制造的循环流化床锅炉的设计理念和U返料器的设计结构，将济南锅炉厂生产75t/h蒸汽循环流化床锅炉和58MW热水循环流化床锅炉的U型返料器内的风帽和风室都进行了改造，其效果非常好，不但一举送走了原来U型返料器内经常堵灰的历史，而且由于选用的风帽出风孔直径根据返料的作用不一样，其直径也不一样。根据返料器内小布风板各部位的作用不同，所配风帽的出风孔直径也不一样，这样就大大的降低了图五中从U型返料器内由于返料风过大带走的那部分较细的物料的弊端。(图五中间从下面上升的那部分混合物的流线，就是返料风过大原因造成的)返料风室、返料风帽和U型返料器放回管的改造，虽然都特别简单，可是他的技术含量是很高的，因为这个部位是循环流化床锅炉的核心部位，所以设计时考虑的因素也比较多，如果设计时没有给予足够的考虑或处理不好其风险是比较大。我们在改造和处理这些问题时，做的可以讲真是慎之又慎，计算了一遍又一遍，反复的校验核对，严防由于我们的粗心大意为用户造成事故、带来损失，和给甲方员工带来多余的工作量，以及为我们公司带来不应有的负面影响和经济损失，所以我们的各项改造工作的成功率都是百分之百。每一项的改造都为用户带来了可观的经济效益，都为甲方的员工在岗期间减轻了许多劳动强度和减少了许多的工作量，所以我们的改造是深受广大用户欢迎的，我们的声誉也随着时间的推移与日俱增。 我们公司的员工每到一个用户单位，不但按着合同规定范围进行改造甲方不合适的设备，而且还免费帮助用户解决合同以外的一些生产中出现的疑难问题，例如：人员培训、不合适的设备与系统改造、运行参数和各项经济指标的分析、设备的安全运行和经济运行、调试新安装的设备、指导生产管理和技术管理中的薄弱环节、帮助建立各项规章制度和运行规程和检修规程的编写等等。所以我们公司的服务宗旨就是：千方百计的为用户解决实际问题，将甲方不合适的设备和系统改造好，使其发挥出最大的或最佳的经济效率，为社会创造更多的财富，为人类做出更大的贡献，最终实现生产、效益双丰收。 点击下方链接获取更多··· ···                 技术介绍                 新型液态有机高分子脱硝技术 现场振动分析领域的颠覆性技术—视觉增强影像系统: 微观振形一目了然      干法脱硫-碳酸氢钠研磨工艺 脱硝剂、高效脱硝喷枪 锅炉除焦剂、除垢剂 纳米陶瓷防腐材料 干法高分子脱硝、干法脱硫成套设备                                        

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