制粉系統(tǒng)可調(diào)縮孔調(diào)整對(duì)煤粉濃度的影響模擬分析及建議

王承亮

摘? ?要：制粉系統(tǒng)出口煤粉管道可調(diào)縮孔調(diào)整對(duì)粉管風(fēng)速的影響是非常明確的，也是制粉系統(tǒng)利用可調(diào)縮孔進(jìn)行冷態(tài)調(diào)平試驗(yàn)的理論基礎(chǔ);但煤粉管道可調(diào)縮孔調(diào)整對(duì)粉管煤粉濃度及煤粉細(xì)度的影響程度沒(méi)有明確的結(jié)論。本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法，以制粉系統(tǒng)分離器內(nèi)各粉管不同入口靜壓間接研究可調(diào)縮孔調(diào)整對(duì)粉管煤粉濃度及煤粉細(xì)度的影響;通過(guò)數(shù)值模擬分析，得出了各粉管不同入口靜壓對(duì)粉管煤粉濃度及煤粉細(xì)度的影響規(guī)律，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了制粉系統(tǒng)調(diào)平工作的優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：制粉系統(tǒng)? 可調(diào)縮孔? 煤粉濃度? 數(shù)值模擬? 冷態(tài)調(diào)平

中圖分類號(hào)：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（c）-0047-04

Abstract： The effect of adjustable shrinkage hole adjustment of pulverized coal pipeline at the outlet of pulverized coal pulverizing system on the wind speed of pulverized coal pipeline is very clear， which is also the theoretical basis of cold leveling test of pulverized coal system using adjustable shrinkage hole. However， there is no clear conclusion about the effect of adjustable shrinkage hole adjustment of pulverized coal pipeline on pulverized coal concentration and pulverized coal fineness. In this paper， the influence of adjustable shrinkage hole adjustment on pulverized coal concentration and pulverized coal fineness in pulverized coal separator is studied indirectly by means of numerical simulation， and the influence law of different inlet static pressure on pulverized coal concentration and pulverized coal fineness in pulverized coal pipe is obtained through numerical simulation analysis， and the optimization of pulverized coal leveling in pulverized coal system is put forward based on the experimental results.

Key Words： Pulverizing system; Adjustable shrinkage hole ;Pulverized coal concentration; Numerical simulation;Cold leveling

火電廠中制粉系統(tǒng)負(fù)責(zé)為鍋爐提供適合燃燒的煤粉，制粉系統(tǒng)是入爐煤摻配和鍋爐燃燒的中間環(huán)節(jié)，也可以這樣說(shuō)，制粉系統(tǒng)為鍋爐做“飯”，一旦制粉系統(tǒng)做的“飯”不合鍋爐燃燒的“胃口”，鍋爐燃燒系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)“上吐下瀉”、“感冒發(fā)燒”等異常，直接影響鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。那么如何確定制粉系統(tǒng)磨制的煤粉和輸送煤粉質(zhì)量是合格的，實(shí)際上制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行中有很多質(zhì)量指標(biāo)，如煤粉細(xì)度、煤粉均勻性、煤粉濃度、各粉管風(fēng)速均勻性、各粉管煤粉濃度均勻性、煤粉風(fēng)速、風(fēng)粉混合物溫度等[1]，這些指標(biāo)根據(jù)入爐煤煤質(zhì)及鍋爐燃燒型式都會(huì)有合理的指標(biāo)范圍，但一般各粉管風(fēng)速均勻性偏差小于5%、各粉管煤粉濃度均勻性偏差小于10%是普遍要求，這也是制粉系統(tǒng)重點(diǎn)要保證的煤粉質(zhì)量指標(biāo);若各粉管風(fēng)速及煤粉濃度偏差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致鍋爐燃燒負(fù)荷分布不均勻，使得鍋爐溫度場(chǎng)波動(dòng)較大、受熱面壁溫超溫、燃燒穩(wěn)定性降低、鍋爐燃燒效率降低等異常，而制粉系統(tǒng)粉管風(fēng)速偏差是通過(guò)制粉系統(tǒng)可調(diào)縮孔進(jìn)行冷態(tài)調(diào)平消除，可調(diào)縮孔調(diào)平粉管風(fēng)速的同時(shí)是否也同時(shí)調(diào)整了粉管的煤粉濃度、煤粉細(xì)度。故本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法重點(diǎn)研究可調(diào)縮孔調(diào)整對(duì)煤粉風(fēng)速、煤粉濃度和煤粉細(xì)度的影響。

1? 煤粉分離器模型建立與邊界條件

本文選用某電廠軸向分離器為研究對(duì)象其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示[2]，主要由入口管，回粉管，內(nèi)外椎體、出粉管（4根，進(jìn)入同層4只燃燒器切向進(jìn)入形成切圓燃燒），軸向擋板和出口管構(gòu)成。利用Gambit軟件建立模型，模型尺寸采用原始尺寸。采用Tgrid的形式對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格總數(shù)為，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為，最小網(wǎng)格體積為6.0949e-7，最大網(wǎng)格體積為7.8735e-5。

在Gambit中對(duì)模型確定邊界類型，然后再在Fluent軟件中進(jìn)行邊界參數(shù)的設(shè)定。在模擬中認(rèn)為粗粉分離器的回粉管處于關(guān)閉狀態(tài)，因此出口邊界條件為wall邊界[3]。模擬中氣相為空氣，密度為1.225kg/m3，顆粒相為無(wú)煙煤顆粒，密度為1550kg/m3，顆粒粒徑為10～230μm之間，進(jìn)口氣相流速與離散相流速相等，均設(shè)定為15m/s。對(duì)于離散相的模擬是基于拉格朗日坐標(biāo)系，采用離散相模型進(jìn)行求解，采用相間耦合的方法來(lái)模擬不同粒徑顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，忽略離散相對(duì)于連續(xù)相流場(chǎng)的影響。顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，碰撞壁面后速度將會(huì)存在一定的損失，在Fluent中將給定一定速度損失系數(shù)。

氣固兩相流流體由進(jìn)口管進(jìn)入粗粉分離器，較小粒徑的部分顆粒經(jīng)過(guò)軸向擋板，由出口管飛離粗粉分離器;較大粒徑的部分顆粒，由于壁面的撞擊和重力作用，未能通過(guò)軸向擋板，則下落進(jìn)入回粉管，或者部分經(jīng)過(guò)軸向擋板，在擋板上部隨氣流旋轉(zhuǎn)，受到離心作用而被分離。

2? 不同出口靜壓對(duì)于出口顆粒粒徑分布、煤粉細(xì)度的影響

因?yàn)槊悍酃艿揽烧{(diào)縮孔調(diào)整可以間接影響到煤粉管入口靜壓，所以本文將煤粉管道可調(diào)縮孔調(diào)整轉(zhuǎn)換為改變粉管入口靜壓進(jìn)行分析。

（1）壓力邊界條件下各個(gè)出粉管出口速度大小分析。

分別設(shè)定分離器4個(gè)出口（粉管入口）邊界條件為壓力出口，靜壓值分別為X+=1460Pa，X-=1750Pa，Y+=1520Pa，Y-=1780Pa。連續(xù)相與離散相進(jìn)口流速均為15m/s，進(jìn)口煤粉顆粒的粒徑仍為10～230μm之間的粒徑分布，R90=20%。經(jīng)過(guò)Fluent計(jì)算后，分別統(tǒng)計(jì)出口顆粒的分布，分別得到出口速度分布，顆粒流量以及出口各粉管煤粉顆粒R90。壓力邊界條件下各粉管出口氣流的速度大小詳見(jiàn)圖2。

圖2為壓力邊界條件下各粉管出口氣流的速度分布，由于各出口處的靜壓值不一樣且有較大差異，而造成出口處速度分布也各不相同，從而攜帶煤粉顆粒的能力也有所不同。由出口總壓一定，靜壓越小則動(dòng)壓越大。由于X+與Y+出口靜壓較小，則氣流所克服的系統(tǒng)阻力較小，因此出口氣流的速度均高于X-與Y-出口。

（2）壓力邊界條件下各個(gè)出粉管各粒徑煤粉質(zhì)量分布分析。

煤粉氣流速度越高，攜帶顆粒的能力也越強(qiáng)，則攜帶較大煤粉顆粒的能力增加，故影響各粉管出口煤粉顆粒的質(zhì)量流量，從而進(jìn)一步對(duì)爐膛燃燒造成一定干擾。圖3為粗粉分離器出口不同粒徑煤粉顆粒的質(zhì)量流量，對(duì)于小于90μm的煤粉顆粒，基本上呈現(xiàn)速度對(duì)于顆粒的攜帶能力。而對(duì)于大于150μm的煤粉顆粒，它們隨氣流的跟隨性較弱。

根據(jù)分離器出口不同粒徑煤粉顆粒質(zhì)量流量分布情況分析，煤粉顆粒直徑10μm的煤粉對(duì)于粉管入口靜壓反映不敏感，基本呈現(xiàn)煤粉質(zhì)量均勻分布;煤粉顆粒直徑30μm的煤粉對(duì)于粉管入口靜壓反映也不敏感，基本呈現(xiàn)煤粉質(zhì)量均勻分布;煤粉顆粒直徑50μm的煤粉對(duì)于粉管入口靜壓反映開(kāi)始敏感，粉管入口靜壓較小的X+與Y+粉管質(zhì)量流量明顯較高;煤粉顆粒直徑70μm的煤粉對(duì)于粉管入口靜壓反映較敏感，粉管入口靜壓較小X+與Y+粉管質(zhì)量流量明顯較高;煤粉顆粒直徑85μm的煤粉對(duì)于粉管入口靜壓反映的規(guī)律出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，粉管入口靜壓較小X+出口煤粉質(zhì)量份額與X-與Y-出口基本一致，而Y+粉管質(zhì)量流量明顯相對(duì)增高（與Y+粉管在分離器內(nèi)位置有關(guān)，即受分離器出口流場(chǎng)影響）;煤粉顆粒直徑130μm、150μm、230μm的煤粉對(duì)于粉管入口靜壓反映的規(guī)律性變差，表明大直徑煤粉顆粒攜帶跟隨性較差，但總體還是反映粉管入口靜壓小的煤粉質(zhì)量份額高。

（3）壓力邊界條件下各個(gè)出粉管出口煤粉細(xì)度分析。

壓力邊界條件下各粉管出口煤粉顆粒R90分布詳見(jiàn)圖4。根據(jù)圖4四個(gè)粉管煤粉細(xì)度數(shù)據(jù)分析，還是粉管入口靜壓較小的X+與Y+粉管相對(duì)較高，也即是因?yàn)閄+與Y+粉管風(fēng)速高、攜帶能力強(qiáng)，大顆粒煤粉份額相對(duì)偏多所致。

（4）壓力邊界條件下對(duì)粉管煤粉濃度、煤粉細(xì)度影響分析。

綜合上述分析，表明通過(guò)改變分離器出口或粉管入口靜壓是可以在一定程度上改變小粒徑煤粉顆粒（直徑小于85μm）進(jìn)入粉管的煤粉質(zhì)量，同時(shí)也可以輔助調(diào)整粉管煤粉細(xì)度R90，即可以通過(guò)調(diào)整粉管可調(diào)縮孔調(diào)節(jié)粉管入口靜壓來(lái)輔助調(diào)節(jié)粉管煤粉質(zhì)量分布，但通過(guò)以上分析，單純通過(guò)調(diào)整粉管入口靜壓是不能將粉管煤粉質(zhì)量均勻性調(diào)整到合格標(biāo)準(zhǔn)以上，還要通過(guò)優(yōu)化分離器內(nèi)部流場(chǎng)或在分離器內(nèi)部加裝煤粉流調(diào)整擋板的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，煤粉分離器出口煤粉顆粒的粒徑分布還與分離器結(jié)構(gòu)，進(jìn)口顆粒粒徑，擋板開(kāi)度等因素相關(guān)，但究其原因則是內(nèi)部流場(chǎng)的分布對(duì)于顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡起決定作用。

3? 制粉系統(tǒng)調(diào)平工作建議

根據(jù)以上分析，通過(guò)調(diào)整制粉系統(tǒng)分離器出口煤粉管道可調(diào)縮孔，即間接調(diào)整粉管入口靜壓的方式可以調(diào)整粉管風(fēng)粉、煤粉粒徑分布、煤粉濃度及煤粉細(xì)度;所以制粉系統(tǒng)調(diào)平工作就顯得尤為重要，大多數(shù)單位都是通過(guò)調(diào)整粉管可調(diào)縮孔進(jìn)行制粉系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)平，將同層的四個(gè)粉管風(fēng)速偏差控制在5%以內(nèi);但實(shí)際上制粉系統(tǒng)熱態(tài)運(yùn)行工況與冷態(tài)運(yùn)行工況相差甚遠(yuǎn)，即制粉系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)平熱態(tài)運(yùn)行后粉管風(fēng)速均勻性偏差會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5%的控制標(biāo)準(zhǔn)要求。因?yàn)槔鋺B(tài)調(diào)平時(shí)是冷風(fēng)的調(diào)平，而熱態(tài)調(diào)平時(shí)是風(fēng)粉混合物的調(diào)平，高溫風(fēng)粉混合物的阻力特性與冷空氣阻力特性相差很大，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)平熱態(tài)運(yùn)行后各粉管風(fēng)粉混合物風(fēng)速偏差又達(dá)到20%以上，此種運(yùn)行狀況嚴(yán)重導(dǎo)致了各粉管煤粉濃度、煤粉粒徑分布、煤粉細(xì)度偏差增大，嚴(yán)重影響鍋爐燃燒調(diào)整。故建議進(jìn)行制粉系統(tǒng)熱態(tài)調(diào)平，以盡可能均勻各粉管風(fēng)速、煤粉濃度、煤粉粒徑分布、煤粉細(xì)度，為鍋爐安全高效燃燒提供更加有利的條件。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法，以制粉系統(tǒng)分離器內(nèi)各粉管不同入口靜壓間接研究可調(diào)縮孔調(diào)整對(duì)粉管煤粉濃度及煤粉細(xì)度的影響，得出了各粉管不同入口靜壓對(duì)粉管煤粉濃度及煤粉細(xì)度的影響規(guī)律，并針對(duì)現(xiàn)制粉系統(tǒng)調(diào)平工作存在的問(wèn)題，提出了制粉系統(tǒng)調(diào)平中的優(yōu)化運(yùn)行建議，為制粉系統(tǒng)和鍋爐安全高效燃燒積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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