锅炉尾部烟道烟气流动的偏流机制及其速度场和浓度场的均匀化研究

论文摘要

烟道转弯引起流体偏流是引起电厂尾部烟道内换热设备换热不均、换热管磨损、烟道磨损的主要原因之一。这些问题不仅会影响锅炉热效率,同时还会对电厂的安全经济运行产生极大的危害。因此,研究转弯烟道内流体的偏流机制从而提出更加普遍适用的烟道均流结构,可以有效的缓解由烟道弯段存在而引起的上述问题。目前国内外对于弯道流场进行了大量的实验研究和数值模拟,提出了一些均流布置的优化方案,但尚缺乏对于烟道内速度偏流和颗粒浓度偏流机制的详细解释,对于影响弯道流场因素的分析也比较零散。尤其是在能源紧缺的今天,由十煤价上涨以及地域原因,各电厂用煤质量参差不齐,烟道中颗粒参数亦随煤种及燃烧状况而波动,这些对烟道中的流场都有着很大的影响,从而影响烟道中换热器的换热效率及安全运行。但当前的研究中却普遍缺乏对于流体参数影响烟道中流场分布趋势的研究,均流装置的优化中也往往忽略了对于颗粒浓度分布的优化。因此,本文利用数值模拟方法建立了电厂锅炉尾部90°弯曲烟道的计算模型,从变烟道形状参数、流体参数的角度出发,研究了不同烟道结构及不同参数流体对尾部90°转弯烟道内压力场、速度场和颗粒浓度场的影响,并对不同均流布置下的方截面烟道流场进行了对比分析,藉此寻求有效的烟道速度场和颗粒浓度场的优化方法。本文研究结果表明,不同的结构参数和流体参数对于存有90°转弯的烟道速度场和颗粒浓度场分别有着不同程度和不同趋势的影响。而对于当前在锅炉尾部烟道均流装置中出现频率最高的导流板,其数目的增加对于烟道内速度场和颗粒浓度场的影响各不相同,同时弧度板和直板的综合利用并不一定就能对烟道内流场起到更好的优化作用。所做工作为锅炉尾部烟道流场的优化设计和电厂机组的经济安全运行提供了理论支持和数值参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 弯管内的流场分布
• 1.2.1 弯管内流场的实验研究
• 1.2.2 弯管内流场的数值研究
• 1.3 弯道形状参数对流场分布影响的研究现状
• 1.4 流体参数对流场分布影响的研究现状
• 1.4.1 飞灰的形成
• 1.4.2 流体参数对弯管流场影响的研究
• 1.5 烟气均流的研究现状
• 1.6 本课题的研究任务
• 第2章 弯道气固两相流数值计算基本理论
• 2.1 CFD数值模拟理论
• 2.1.1 数值模拟介绍
• 2.1.2 FLUENT简单介绍
• 2.2 烟道流动的湍流模型
• 2.2.1 湍流及其数学描述
• 2.2.2 涡粘模型及其应用
• 2.3 气体-固体颗粒两相流模型
• 2.3.1 气体-固体颗粒两相流动的基本概念和特性
• 2.3.2 气体-固体两相流模型及其应用
• 2.4 多孔介质模型
• 第3章 烟道结构参数对90°弯曲烟道流体流场分布的影响
• 3.1 引言
• 3.2 锅炉尾部烟道弯管的几何建模和网格划分
• 3.3 锅炉尾部90°转弯烟道的数值建模
• 3.3.1 控制方程
• 3.3.2 边界条件
• 3.3.3 气相及颗粒参数
• 3.3.4 计算方法的选择
• 3.4 模拟方案及速度、浓度不均匀性比较方案
• 3.4.1 模拟方案
• 3.4.2 速度和浓度不均匀性比较方案
• 3.5 锅炉尾部90°弯曲烟道变结构参数的计算结果分析
• 3.5.1 数值模型的实验验证
• 3.5.2 烟道截面形状对90°弯曲烟道内流动的影响
• 3.5.3 圆形截面90°弯曲烟道曲率对流动的影响
• 3.5.4 方形截面90°弯曲烟道曲率对流动的影响
• 3.5.5 矩形截面90°弯曲烟道截面宽高比对流动的影响
• 3.5.6 两种梯形截面烟道流场的比较
• 3.5.7 90°弯曲烟道的烟道结构对颗粒相浓度分布的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 烟气参数对90°弯曲烟道流体流场分布的影响
• 4.1 引言
• 4.2 模拟方案
• 4.3 尾部烟道变烟气参数的计算结果分析
• 4.3.1 入口速度对90°弯曲烟道内流动的影响
• 4.3.2 颗粒直径对90°弯曲烟道内流动的影响
• 4.3.3 颗粒质量加载率对90°弯曲烟道内流动的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 均流研究
• 5.1 引言
• 5.2 装有导流板的烟道的几何建模和网格划分
• 5.3 90°弯曲烟道内加装导流板后计算结果分析
• 5.3.1 加装导流板后烟道内的流场分析
• 5.3.2 加装不同形式导流板后烟道流场的对比分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 论文创新点
• 6.3 未来研究展望与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要成果
• 学位论文评阅及答辩情况表