劉兵兵，劉袖，盧華平，馬治安，董方，潘威丞

（1.四川廣安發(fā)電有限責任公司，四川 廣安 638017；2.華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030；3.北京天地融創(chuàng)科技股份有限公司，北京 100013）

1 前言

制粉系統(tǒng)是煤粉鍋爐系統(tǒng)中必不可少的一部分，送入鍋爐的煤粉質(zhì)量好壞將直接影響鍋爐的安全經(jīng)濟運行。而現(xiàn)階段多數(shù)電廠從磨煤機出口到達爐膛的過程中，由于一次風管長度、阻力不一，導致送入爐膛的風粉量偏差較大。以廣安某DG2028/17.45-Ⅱ5 型亞臨界鍋爐為例,該鍋爐為自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、全鋼構架的П 型汽包爐，制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機直吹式，設置6 臺北京電力設備廠生產(chǎn)的ZGM-113G 型中速磨煤機，燃燒方式為前后墻對沖燃燒，燃燒器為BHK 設計得低NOx 燃燒器，共30 個分3 層布置。該制粉系統(tǒng)一次風粉分配均勻性較差，各風管長度、阻力不一，造成一次風在冷、熱態(tài)下差異較大，引起送風粉量偏差大、煤粉管道堵塞問題，嚴重影響鍋爐燃燒。

現(xiàn)有文獻的研究結果顯示，節(jié)流環(huán)可以有效調(diào)節(jié)風粉管道壓力。為了解決實際廣安電廠制粉系統(tǒng)管道煤粉不均的問題，擬在風粉管道安裝可調(diào)節(jié)流環(huán)對管道內(nèi)部流場進行調(diào)平，本文將基于CFD 數(shù)值模擬的方式對風粉管道內(nèi)部的壓力和煤粉量分布進行研究。

2 模型建立及邊界條件設置

2.1 三維模型及網(wǎng)格劃分

根據(jù)相關模型數(shù)據(jù)，對該電廠制粉系統(tǒng)建模后模型如圖1 所示。改造鍋爐共有六臺磨煤機供應爐膛，每臺磨煤機有5 組管道，管道直徑為530mm。磨粉機A 為例，其彎頭和管道長度如表1、表2 所示，可以看出，5 根管道的彎頭數(shù)量和管道長度均偏差較大。

表1 磨煤機A 風粉管道彎頭數(shù)及彎頭半徑表

表2 磨煤機A 風粉管道長度表

圖1 制粉系統(tǒng)風粉管道三維模型

對上述物理模型進行網(wǎng)格劃分，采用非結構化網(wǎng)格，其網(wǎng)格劃分區(qū)域如圖2 所示。對50、200、400 萬網(wǎng)格進行模擬計算后，發(fā)現(xiàn)使用50 萬網(wǎng)格數(shù)量模擬進行計算時結果發(fā)散，考慮節(jié)省計算資源，因此選擇網(wǎng)格數(shù)量約為200 萬。本文使用非結構網(wǎng)格的最大畸變度不超過0.9。

圖2 制粉系統(tǒng)風粉管道網(wǎng)格模型

2.2 湍流模型的選取及邊界條件設置

計算模擬采用雙精度模擬方式，湍流模型為k-erealizable 模型，壁面處采用標準壁面處理。計算邊界條件依據(jù)實際運行參數(shù)設置。網(wǎng)格的入口為速度入口，管道內(nèi)平均速度大小為24m/s，出口管道為壓力出口。計算過程忽略到達底部出口的影響。壓力速度耦合主題選擇SIMPLE 算法，動量、湍流動能、湍流耗散率均選用QUICK 算法。煤粉粒徑為60um，質(zhì)量流量為0.1kg/s，dpm 模型選擇不與流體進行交互。

3 計算結果分析

建立模型并確定邊界條件后，使用求解器完成模擬計算工作，并對模擬結果進行分析。得到磨煤機A 風粉管道的流線圖如圖3 所示，由圖中可以明顯看出，各個管道的降壓偏差較大，管道較長的A4 和A5 速度更小，從而導致A4、A5 的煤粉輸送量更少，進而導致燃燒過程的不均衡，影響鍋爐燃燒質(zhì)量。通過整理計算結果得到的參數(shù)表如表3 所示。

表3 A 磨各管道添加節(jié)流環(huán)前流場參數(shù)表

圖3 制粉系統(tǒng)風粉管道原結構流線圖

為了改善管道內(nèi)部流場狀態(tài)，首先，需要研究節(jié)流環(huán)對風粉管道內(nèi)部壓力的影響。圖4 為使用500mm 節(jié)流環(huán)，安裝在管道A3 位置3 段到7 段的中間處，其造成的壓降改變?nèi)鐖D所示。結果顯示，在管道不同位置處添加節(jié)流環(huán)對壓降變化的影響并不顯著，因此，將節(jié)流環(huán)的安裝選定在便于進行操作的中間段。

圖4 不同位置安裝節(jié)流環(huán)下的管道壓降

選定節(jié)流環(huán)位置后，通過調(diào)節(jié)節(jié)流環(huán)使其縮孔在530 ～400mm 的變化范圍內(nèi)，得到的各個管道的實際壓降結果如圖5 所示。結果可以看出，節(jié)流環(huán)大小對管道的影響非常顯著，節(jié)流環(huán)越小，管道壓降越大，壓降下降速率越大。在節(jié)流環(huán)大小相同的前提下，管道越長，其沿程阻力損失越大，造成管道流速下降。

圖5 不同節(jié)流環(huán)大小對壓降的影響

最終對各個管道選取最合適的節(jié)流環(huán)開度，得到的模擬結果如圖6 所示。從圖中可以明顯看出，使用節(jié)流環(huán)后，有效地改善了管道內(nèi)部壓力。通過整理計算結果得到的參數(shù)表如表4 所示。

表4 A 磨各管道添加節(jié)流環(huán)后流場參數(shù)表

圖6 使用節(jié)流環(huán)后的管道模擬結果

通過表4 可以看出，A1、A2、A3 節(jié)流環(huán)開口較大、A5 開口較小。在速度入口壓力入口條件下，管道內(nèi)部氣速偏差最大只有0.22%。在速度入口速度出口條件下，管道內(nèi)部壓力偏差最大只有1.17%，煤粉偏差只有1.01%，從而證明使用節(jié)流環(huán)后可以有效地改善管道內(nèi)部流場。 ※

4 結語

（1）通過設置節(jié)流環(huán)可以有效調(diào)整風粉管道壓力，節(jié)流環(huán)的位置對壓力調(diào)整影響不大，改變孔徑直徑大小對整體管道的壓力下降呈梯度下降。

（2）在合適的節(jié)流環(huán)開度下，在速度入口壓力入口條件下，管道內(nèi)部氣速偏差最大為0.22%。在速度入口速度出口條件下，管道內(nèi)部壓力偏差最大為1.17%，煤粉流量偏差為1.01%。認為設置節(jié)流環(huán)可以有效改善制粉系統(tǒng)風粉管道內(nèi)部壓降的分布狀況，使得煤粉分布更加合理，有利于燃燒。