基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟
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心 内简直径为 272mn 使用 G M I 5 I . A BT建模工具 进行建模 , 建模过程中对模型进行了必要的简化 , 然后采用六面体结构化 网格划分 整个计算 区域 ,
划分后 的网格如图 l 所示. 进入旋风分离器 的烟气量为 G= 9 17m / 5 .6 S烟气温度为 84℃. , 8 飞灰粒 径分 布为 1— 0 100
=k F( U
-.
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p
() 1.
() 2
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I ̄t- / -) - )
影响旋风分离器分离效率 的因素很多 , 仅用实验 的方法来研究 , 则测试周期长 , 测试工作量大 , 并
且 获得 的实 验 数 据 有 限. 文 采 用 C D 软 件 , 本 F 在
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( ' W )-Y p W.Wp p  ̄  ̄ - " p W
上
海
电
力
学
院
学
报
m, 通过计算温度修正系数得到 的旋 风分离器入 口烟气 速 度为 2 / . 0m s
粒, 故计算所得分离效率为 9 .6 . 15 % 为 了更 直观 地观察 颗 粒在 旋 风 分 离器 内的运
动轨 迹 , 意选 取 了粒径 为 2 特 0 和 5 m 的 颗 0
气体粘性系数 ;
—
—
气体的速度 ;
P ——气 体密度; d —— 颗 粒直径 ; 。
C ——颗粒阻力系数, 。
Re p≤ 1
∞ 一
C D=
1<Re ≤ l 0 0 p 0 Re p>1 0 0 0
() 3 气相被看作 连续介质 , 而颗粒相 被看作 与气体有滑移的、 自身轨道运动的离散项 ; 沿
1 2 基本 控制 方程 .
化床 的旋风分离器为原型 , 其锅炉为单汽包、 然 自 循环 、 平衡通风 、 露天布置 、 全钢架结构 、 超高压循
环 流化 床锅 炉 , 锅炉旋 风分 离器 外简 体直 径 为
64 0mm, 口截 面 为 19 0m ×514m 中 0 进 2 m 8 m,
粒 在分 离 器 内的运 动轨迹 , 图 2和 图 3所示 . 如 从
图 2和 图 3可 以看 出 ,0 m 的颗 粒追 随性 很 好 , 2
随气流旋转向下运动 , 部分颗粒到达锥部灰斗 之
后又随内部的上升气流旋转上升 , 进入排气管 , 还
图 1 旋风分离器 网格的划分
2 2 边 界条 件 的确 定 .
在 建立 颗粒 相模 型 时 , 定 颗粒 为 稀相 , 考 假 不
虑颗粒间的相互作用 , 忽略作用在颗粒上 的浮力 、
虚假质 量力 、 as 力 、 an s 和 Sf a B s t M gu 力 e am n力 , f 只考虑作用在颗 粒上 的重力 , 颗粒受 到的气体 将 曳力 分解成 时均 流场 和脉 动流场 两部 分 . 因 此, 可以得到等温两相流动情况下颗粒 瞬时轨道 微分方程的拉格 朗日描述 :
能源与环境是 当今社会 发展 的两大 问题 , 随 着工业化进程的持续发展和人 民生活水平的不断 提高 , 社会对能源的需求量越来越大 , 能源利用过 程 中的环境污染 问题 也 日益严重. 国的煤炭资 我 源相对丰富, 目前一 次能源 消耗 中煤 炭 占 6 % , 5
性、 良好的煤种适应性 、 较高的燃烧效率和高效 的 灰渣利用价值 , 在国 内外发 电行业 中得 到迅速发 展¨ . J 因此 , 我 国 目前 环 保 要 求 日益 严 格 、 种 在 煤
F ——颗粒流动 能量传 递 的驰豫 时 间倒
=
卷c d。p p茜 pI p、 .
寸 I
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:一 5一p 。一 R
鲎
根据旋风分离器 内气相及颗粒流动的实际情 况, 采用相间耦合 的随机轨道模型 , 即流体作为连
式 中:R e —— 颗 粒雷诺 数 , e =( I 一 R d
收 稿 日期 :2 1 O 0 1一 1一l O
循环流化床装置中有一个重要的部件就是旋
风分离器. 旋风分离器分离效率 的高低 是建立循
环流化床稳定循环 的关键 , 阻力 的大小对锅 炉 其
的动 力 消耗 有 着重 要 影 响 , 如果 分 离 器 的分 离 效
通讯 作者简介 :宗 涛( 9 6一) 男 , 18 , 在读 硕 士 , 湖北武 汉人 . 主要 研究 方 向为 电站锅 炉节 能改 造 及新 能 源 . — i E ma : l
I ; )
— —
续相 , 颗粒作为离散相 , 同时考虑两相之间的相互 作用. 由于实际运动非常复杂 , 因此作 了一定的简 化和假设 , 以便能较好地追踪颗粒 的运动轨迹. 其 随机轨道模型的基本假设如下 : J
() 1颗粒密 度为常数 , 在运动过程 中无化学 反应 , 并且与气相之间没有任何质量交换 ; () 2 旋风 分离 器人 口的气体 颗 粒 的速 度均 匀, 且进 口速度等于气体相 的流速 , 在进 口截面上 均匀分布;
— —
,
,
度;
一
,
,
W——气体 3 个方向上的时均速度 ;
“, ——气体 3 , 个方向上 的脉动速度 ; g ——重力加速度 ;
r—— 颗粒 运 动 的径 向圆柱 坐标 ; p
1 数 学 模 型 的 建 立
11 基 于 C D 的 两相 流模 型 . F
有部分颗粒没有达到底部 就进 入 内旋流 , 通过旋 转 气 流 上升 , 直接 进入 排气 芯 管.0 m 的颗 粒 由 5 于直 径 大 , 到 的离心 力也 较 大 , 甩 向壁 面沿 壁 受 被
面螺 旋 线下 滑 至分 离 器 底 部 , 离 效 果 比小 粒 径 分 颗粒 要好 得 多 .
中图分类号 :"-3 . ; 3 11 8 8 0 5 '1 1 文 献标 志码 :A
Nu e i a i u a i n o co i e a a o n m rc lS m l to fCy ln c S p r t r i
Cic a i g Fl i ie d Bolr wih CF r u tn uຫໍສະໝຸດ d z d Be i t D l e
() 4 各颗粒沿 自身 的轨 道运动 而互 不干扰 ,
颗粒 群没 有 自身 的湍 流粘性 与 湍 流扩 散 ;
2 计算模型及边界条件
2 1 计 算模 型 .
() 5 气体和颗粒 间主要存在 粘性 曳力和相互
压力 的作用 , 整个 流场 温度恒定 , 不考虑 能量传
递.
本文以哈尔滨锅炉厂制造 的 60t 7 h循环 流 /
z n to @ 1 3 C r . o ga wh 6.o n
宗 涛 , : 等 基于 C D的循环流化床旋风分离 器数 值模拟 F
率 达 不到 要求 , 将会 直 接影 响 固体 颗 粒 的稳 定 和
连续循环 , 导致锅炉效率和脱硫效率下降 , 尾部受
热面磨 损 加 剧 , 而 影 响 锅 炉 的 安 全 可靠 性 J 从 .
变 化 较 大和 电 厂 负荷 调 节 范 围较 大 的情 况 下 , 循 环 流 化床 成 为发 电厂 和热 电厂 优 选 的技 术 之 一 .
而且在若干年内还会维持这个水平. 因此 , 发展高 效、 低污染的清洁燃煤技术非常必要.
循环流化床是近年发展起来 的新 型洁净煤燃 烧技术 , 以优 良的环保性 能、 它 优越 的调 峰经济
第2 7卷第 3期 21 0 1年 6月
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电
力 学
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学
报
Vo . 7.No 3 12 .
J u a o S a g a Un v ri o E e ti P we or l n f hn hi i e st y f l crc o r
J n 2 1 ue 01
文章 编号 :10 4 2 ( 0 1 0 0 4 O 06— 7 9 2 1 )3— 2 2一 5
基 于 C D 的循 环 流 化床 旋 风 分 离器 数值 模 拟 F
宗 涛, 胡丹梅 , 李 佳
( 上海 电力学 院 能源与环境工程 学院 , 海 2 0 9 ) 上 00 0 摘 要 :为提 高循环流化 床旋风分 离器的分离效率 , 采用计算 流体力学 C D软件 , F 采用相 间耦 合 随机 轨道 模
Z ONG a ,HU n me ,L i To Da — i IJa
( co lfTem l o e a dE v o m n l n ier g, h n h i nvrt Sh o o hr a w r n ni n et gnei Sa g a i syo P r aE n U ei f EetcP e , h nh i 0 0 0 hn ) l i o r S a g a 20 9 ,C ia cr w
型, 在拉格 朗 日坐标 下对不 同粒径颗粒进 入旋风分离器 的运 动进 行 了数 值模 拟研究 , 同时也 模拟 了颗粒在 不
同进 口位 置对 循环流化床旋 风分离 器分离效率 的影 响 , 并与试 验结果进行 了 比较.
关键 词 : 环流化床锅炉 ; 风分离器 ; 循 旋 数值模拟 ; 计算流 体力学
Ab ta t s r c : T r v e s p r t n e c e c fc co i e a ao ,c mp tt n l u d d n mi s o i o e t e a ai f in y o y l n c s p r t r o u a i a i y a c mp h o i o l f
n mei a i l t n o h v me to a t l s o i e e t s e ,w i mp rs o a t l s i u rc lsmu a o f t e mo e n f p ri e f d f r n i s i c z h l i o t f p r c e n e i d f r n o i o so e cr u a n u d z d b d s p r t n e c e c f y l n e smu a e a d i e e tp s i n n t i lt g f i ie e e a a i f in y o co e a i l t d, n t h c i l o i c r c mp rs n wi x e i n a e u t d . o a i t e p rme t lr s l i ma e o h ss Ke r s c r u a i g f i i d b d y l n p r t r u r a i l t n;c mp tt n f i y wo d : i l t u d z e ;c co e s a ao ;n me c lsmu ai c n l e e i o o u i ud a o l d n mis y a c