基于气固两相流的受热面磨损与沉积特性研究

发布时间：2020-07-19 00:07

【摘要】：煤炭是我国主要化石的能源。煤炭燃烧产生的含灰烟气会对以燃煤为主的电站锅炉和工业余热锅炉受热面产生磨损和积灰等现象。换热管束的磨损会造成爆管和机组停运等事故,飞灰沉积会造成受热面传热恶化,不利于设备安全、高效和稳定运行。本文基于相关学者提出的磨损与沉积模型,对含灰烟气外掠对流受热面的磨损与沉积特性进行了数值研究,旨在为锅炉受热面设计和运行提供参考。主要工作如下:1.采用基于欧拉-拉格朗日法的离散相模型,建立了含灰烟气外掠对流受热面的数值模型,包括单管、顺排管束和顺排错流受热面等。总结各学者建立的磨损、沉积模型,选择适用于对流受热面的相应模型,编写了相应的用户自定义函数(UDF),并验证了其准确性。2.采用Tabakoff磨损模型,对含灰烟气外掠单根圆管和椭圆管的磨损特性进行数值模拟,同部分学者的实验和模拟结果进行比较,验证了模拟准确性。比较了不同烟气流速、颗粒粒径下,两种换热管磨损特性的差异,得到了沿换热管圆周方向上的颗粒碰撞和磨损规律。3.基于Tabakoff磨损模型,对课题组提出的一种新型顺排错流受热面的磨损特性进行分析。将数值模拟得到的该受热面的流动、传热特性与实验进行对比,在流动传热预测准确的前提下,采用该种受热面运行工况下的最大烟气流速和平均飞灰粒径探究了其磨损情况,并提出了相应的防磨建议。4.对含灰烟气外掠单根圆管和顺排管束沉积特性进行数值模拟。采用经验方程验证传热与流动模型的准确性,在此基础上探究不同烟气流速和颗粒粒径下的顺排管束沉积特性,并采用动网格方法对早期沉积层的堆积形貌进行了预测。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172
【图文】：

消费情况,火电,装机容量,煤炭

第１章绪论逡逑景与意义逡逑的能源消费以煤炭为主，自１９７８年至今，我国能源消产和消费的比重均占总能源生产和消费的６０％以上［１］消费大户：据全国电力工业统计快报的数据统计，２０１７７７０３万ｋＷ，发电总量为６４１７９亿度，火电的装机容量０％和７０％，煤电装机容量和发电量分别占火电的近９０炼、化工和水泥等行业，锅炉和炉窑的工业能耗占导清洁一次能源的现阶段，煤炭在工业和发电行业仍被其他能源替代。逡逑５０００００邋［｜逦＇逦１逦＞逦１逦？逦１逦逦逦１逦？逦１邋逡逑ＩＩ丨丨丨１逡逑

受热面磨损,现场图

逦２０１５逡逑时间／年份逡逑图１－１邋１９９０年以来我国能源消费情况逡逑受我国能源政策影响，电力行业和工业用动力煤品质较差，部分工业给配煤逡逑系统不完善导致煤的品质降低，使得煤中灰分含量较高，燃烧产物中存在大量飞逡逑灰［４，５］。飞灰的存在对以燃煤为主的电站锅炉、工业锅炉和炉窑的余热锅炉等存逡逑在着不利影响：高速的含灰烟气会对受热面产生磨损，导致受热面管壁变薄，机逡逑械性能变差，易发生爆管等事故，经统计由飞灰磨损造成的爆管事故占锅炉四管逡逑总爆管事故的９％ｆ６４；低速的含灰烟气则极易在受热表面形成积灰，积灰层的热逡逑阻较高，使得锅炉出力降低，不仅降低了生产效率，还造成了极大的能源浪费，逡逑１逡逑

模拟问题,边界条件,求解过程,数值模拟

随着计算机硬件的发展、模型精度的提高和多种商用数值模拟软件的崛起，计算逡逑流体力学在工程应用领域得到了广泛的应用和发展。逡逑数值模拟的求解过程如图２－１所示：逡逑｜￣＾立控《方程逡逑确定初始和边羿条件逡逑戈■！分Ｍ格并生成ｉｆｇ节点逡逑逦逡逑逑立＾散方程Ｉ逡逑离散初始和边界篆件逡逑逦ｊ逦邋ｆ？逡逑}f定艰解ｋ制参数｜邋Ｉ逡逑求解＾散方ｉ￣１逡逑梁邋１逡逑图２－１数值模拟求解过程逡逑控制方程和边界条件提供了待模拟问题的完整数学描述，方程和边界条件逡逑的离散为数值求解做准备，结果的收敛与否影响数值模拟结果的有效和准确。逡逑为保证模拟的准确性，一个完整的数值模拟还应该包括网格独立性验证和实验逡逑９逡逑

【参考文献】