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1.2 模拟工况
模拟分为非均匀二次风工况与变负荷(100%与 75%负荷)工况。通过实炉测量各个二次风口的风速值,得到呈现非均匀分布的各二次风口的风速参数,如表 1(将炉膛从前墙到后墙的二次风口按 1-8 编号)。通过加装风门档板,将各层二次风风口风速调整均匀后,实测得到变负荷(100%与 75%负荷)工况下,外二次风、内上二次风和内下二次风各层的风速值,如表 2 所示。
模拟颗粒为循环灰,由四川内江白马电厂取样,测得其物理特性如下:颗粒密度为2680kg/m3,堆积密度为 1380kg/m3,平均粒径为129.6μm。循环灰粒径分布如图 2 所示。炉内初始循环灰床料高度设定为 1000mm。
1.3 模拟计算的物理模型及假设条件
通过 fluent 软件平台,采用欧拉-拉格朗日方法可耦合求解流体和颗粒的三维运动,其中流体基于 Navier-Stokes 方程,采用大涡模拟求解,颗粒相由MP-PIC数值方法来计算,气固流动模型方程通过WenYu/Ergun 模型耦合相间曳力,该曳力模型适合 CFB 锅炉炉内颗粒浓度差异大的曳力计算。
炉膛出口颗粒通过外循环返回炉内,以维持炉内物料平衡。无关性验证结果显示合理的计算颗粒数为 8.35e+5,计算网格数为 100 万,网格间距约 0.28m。模拟设定炉内为 890℃的均匀温度场。由于实际锅炉运行中受温度影响,一次风轴向膨胀加速,因此表2中一次风速已折算为890℃下的风速,同时二次风进入炉内后主要为径向扩散,因此仅对二次风口进行矫正处理。
1.4 冷模试验与实炉参数测量简介
炉膛高度 60m 的 CFB 冷模试验台是利用四川白马电厂现有的 CFB 锅炉钢架和平台扶梯进行搭建,由炉膛、分离器、立管、回料阀、布风板、给风系统和测量系统等组成,如图 3 所示。
炉膛轴向浓度分布通过压差法进行测量,共设 46 个压力测点:在距布风板 30m 以下,每 2m设置一个压力测点;距布风板 30m 以上,每 1m设置一个压力测点。通过测量两测点间压差,根据式(1),得到颗粒轴向体积浓度分布:
试验床料为石英砂,其物理性质如下:密度为 2660kg/m3,堆积密度为 1382kg/m3,平均粒径为 200μm。试验中流化风速为 4.16m/s,物料初始床高 795mm。
实炉运行条件下,各循环回路的灰量分配计算方法如下:测得各旋风分离器进出口的烟气成分,从而计算各循环回路的烟气量与各分离器内的燃烧量,最后通过旋风分离器内的物料平衡和热平衡,计算得到各循环回路的灰流量。
2模拟与试验结果对比及分析
2.1炉膛出口颗粒质量流率动态平衡
要合理分析运行中的炉内气固流动分布,需保证其气固流动达到动态稳定。可通过监测炉膛出口的颗粒质量流率随时间的变化加以判断。以100%负荷为例,如图 4 所示,当模拟到 40s 后,炉膛各出口的颗粒质量流率达到动态平衡。因此模拟结果取 40s~70s 时间段的时均值,用于分析炉膛内气固流动的分布特性。
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