一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法技术

本发明专利技术提出一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法，步骤A：将炉膛数据录入模型；步骤B：对炉膛进行网格划分；步骤C：在FLUENT软件中进行数值模拟，设定条件模型和模拟算法；步骤D：收集炉膛内实际数据，并导入模拟算法中，获得火焰燃烧温度；步骤E：通过第一热力计算公式，计算获得清洁水冷壁为0mm结渣厚度时的壁温；步骤F：将清洁水冷壁的壁温导入模拟算法中，获得参考数据并与实际数据进行对比；步骤G：将参考数据和火焰燃烧温度代入第二热力计算公式内，获得沾污水冷壁为n mm结渣厚度时的壁温，并导入模拟算法中，获得不同结渣厚度时的壁温数据；步骤H：将不同结渣厚度时的壁温数据进行公式拟合，获得结渣厚度与炉膛出口烟温的关系式。

A method for judging slagging thickness in furnace based on numerical simulation

The invention provides a method for judging slagging thickness in furnace based on numerical simulation, step A: input furnace data into model; step B: grid division of furnace; step C: numerical simulation in FLUENT software, setting condition model and simulation algorithm; step D: collect actual data in furnace and import it into simulation algorithm to obtain flame combustion temperature; After the first thermal calculation formula, the wall temperature of clean water wall with slagging thickness of 0 mm is calculated; Step F: The wall temperature of clean water wall is imported into the simulation algorithm to obtain reference data and compare with the actual data; Step G: The reference data and flame combustion temperature are substituted into the second thermal calculation formula to obtain the wall temperature when the slagging thickness of contaminated sewage wall is n mm, and imported into the simulation algorithm. In the simulation algorithm, the wall temperature data with different slagging thickness are obtained; Step H: The wall temperature data with different slagging thickness are fitted by formula, and the relationship between slagging thickness and flue gas temperature at furnace outlet is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法
本专利技术涉及模拟计算领域，尤其涉及一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法。
技术介绍
近年来，国内有许多对炉内结渣与预测的研究，而实际锅炉运行中，运行人员需要及时了解炉内结渣积灰的程度和发展趋势，并根据积灰结渣的状况和运行需要，合理、有效地动作吹灰器。由于锅炉实际环境条件的限制，不可能直接判断炉内的结渣情况。目前国内各电站的吹灰系统基本按事先设定的吹灰周期工作，难以对即时情况及时做出反应。吹灰器使用频率过多会造成管壁磨损、浪费能耗、降低炉膛温度；吹灰器使用频率过少，会导致结渣积灰清理不及时，增加锅炉受热面的传热阻力，传热恶化等问题。采用装在不同位置的红外成像相机直接测量水冷壁表面的辐射发射率来反映壁面的结渣状况，但是红外成像相机造价昂贵、运行成本高，并未广泛应用。采用安装在水冷壁上的热流计作为诊断传感器，用热流计表面的沾污分析模拟其附近水冷壁结渣的产生和发展过程，根据结渣造成的热流变化可对结渣进行诊断和监控，但热流计维护困难，一旦出现问题就需要停炉维修，影响电站正常运行。利用有限单元法求解膜式水冷壁温度场，计算背火侧壁面温差与水冷壁局部热负荷的关系。利用背面温差测点，间接确定结渣面积，但是该方法仅限实验室研究，尚未实际应用，无法确定是否适合电站运行。当炉膛内出现沾污、结渣时，水冷壁的吸热量减少，炉膛出口烟温升高。炉膛吹灰后，炉膛出口烟温显著下降，此后随沾污的增加又逐渐升高，直到下一次吹灰。因此，炉膛出口烟温的变化可以从整体上反应炉内结渣状况的特征，国外几乎所有的结渣监控系统都以此作为主要或重要的辅助诊断手段，虽然该上方法取得了较好的成果，但没有对炉膛结渣沾污影响进行定量分析，无法做到精确指导吹灰。锅炉炉内燃烧是一个复杂的湍流流动、传热及燃烧的三维过程。由于过程的复杂性以及燃煤锅炉燃料的多变性，迄今为止，对锅炉的设计和运行缺乏成熟的理论和经验，往往需要冷态及热态试验来确定运行和设计参数，这类试验周期长，耗资巨大，且很难得到全面、满意的数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法，基于在线监测参数，间接地诊断炉内积灰结渣状态。为了实现上述目的，本专利技术提出一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法，包括如下步骤：步骤A：将炉膛数据录入模型，将所述炉膛进行区域划分，且各区域的工况参数根据实际情况设定，由上自下依次包括吹灰器区、燃烧器区和冷灰斗区，所述冷灰斗区呈倒锥状，所述炉膛内设有一次风口和二次风口；步骤B：利用Gambit软件对所述炉膛进行网格划分，所述燃烧器区喷口处的网格采用Paving法进行划分，即所述燃烧器区的网格比所述吹灰器区和冷灰斗区的网格都密集；步骤C：在FLUENT软件中进行数值模拟，设定多项条件模型，设定多种模拟算法；步骤D：检测收集炉膛内实际工况时的实际数据，所述实际数据包括炉膛内各喷口的入口边界条件；将所述实际数据导入所述模拟算法中，获得火焰燃烧温度Thy；步骤E：通过第一热力计算公式，计算获得工况参数清洁水冷壁为0mm结渣厚度时，所述清洁水冷壁的壁温tw；步骤F：将所述清洁水冷壁的壁温tw作为入口边界条件导入所述模拟算法中，获得参考数据，将所述参考数据与所述实际数据进行实验对比，判断所述模拟算法的精准性；如所述模拟算法不精准，重复步骤C；如所述模拟算法精准，进入步骤G；步骤G：将所述参考数据和所述火焰燃烧温度Thy代入第二热力计算公式内，计算获得工况参数沾污水冷壁为nmm结渣厚度时，所述沾污水冷壁的壁温，将所述沾污水冷壁的壁温作为入口边界条件导入所述模拟算法中，获得工况参数不同结渣厚度时的壁温数据；步骤H：将所述工况参数不同结渣厚度时的壁温数据进行公式拟合，获得结渣厚度与炉膛出口烟温的关系式。进一步地，在所述的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法中，所述条件模型：气相湍流流动采用RealizableK-双方程模型，气固两相流动采用拉格朗日随机颗粒轨道模型。辐射传热采用P-1模型，气相湍流燃烧采用混合分数法概率密度函数模型，挥发分析出采用双步竞争反应模型，焦炭燃烧采用扩散—动力控制燃烧模型；所述模拟算法：所述数值模拟采用三维稳态算法，微分方程离散化采用有限容积法，求解控制方程采用SIMPLE算法。进一步地，在所述的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法中，所述入口边界条件包括一次风口的风速、一次风口的风温、二次风口的风速和二次风口的风温。进一步地，在所述的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法中，所述参考数据包括速度场数据和温度场数据。进一步地，在所述的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法中，在步骤G中，将所述温度场数据和所述火焰燃烧温度Thy代入第二热力计算公式内，计算获得工况参数沾污水冷壁为1mm结渣厚度时，所述沾污水冷壁的壁温，将所述沾污水冷壁的壁温作为入口边界条件导入所述模拟算法中，获得工况参数沾污水冷壁为1mm结渣厚度时的温度分布情况；类推上述计算方式，获得工况参数沾污水冷壁为0～10、15、20、25和30mm共15个结渣厚度时的温度分布情况。进一步地，在所述的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法中，所述第一热力计算公式为：tw：清洁水冷壁的壁温；t：管内介质温度；JN：管子沿周界热负荷最高处内壁均流系数；αN：管子内壁对介质的表面传热系数；β：水冷壁管径比；q：管子外壁最高热负荷；管子沿周界内壁平均流量均流系数；λ：管子材料导热率；进一步地，在所述的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法中，所述第二热力计算公式为：σ0：辐射常数；εl：炉膛黑度；Thy：火焰燃烧温度；Thb：沾污水冷壁的壁温；αhy：火焰对灰渣表面的对流换热系数；δh：灰渣厚度；λh：灰渣导热系数；Tgb：水冷壁金属管平均温度；与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：以某300MW超临界四角切圆锅炉为例，将数值模拟和锅炉的热力计算相结合，探究炉膛出口烟温与结渣厚度之间的变化关系，指导精确吹灰。基于在线监测参数，直接或间接地诊断炉内积灰结渣的在线检测诊断技术。准确预测积灰厚度，合理动作吹灰器，及时吹走灰渣。附图说明图1为本专利技术中基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法的中录入模型的炉膛结构示意图；图2为图1中炉膛的横截面结构示意图；图3为图1的网格分布示意图；图4为图2的网格分布示意图；图5为炉膛内实际工况时入口边界条件的实际数据。其中：吹灰器区1、燃烧器区2、冷灰斗区3、一次风口41、二次风口42。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：将炉膛数据录入模型，将所述炉膛进行区域划分，且各区域的工况参数根据实际情况设定，由上自下依次包括吹灰器区、燃烧器区和冷灰斗区，所述冷灰斗区呈倒锥状，所述炉膛内设有一次风口和二次风口；步骤B：利用Gambit软件对所述炉膛进行网格划分，所述燃烧器区喷口处的网格采用Paving法进行划分，即所述燃烧器区的网格比所述吹灰器区和冷灰斗区的网格都密集；步骤C：在FLUENT软件中进行数值模拟，设定多项条件模型，设定多种模拟算法；步骤D：检测收集炉膛内实际工况时的实际数据，所述实际数据包括炉膛内各喷口的入口边界条件；将所述实际数据导入所述模拟算法中，获得火焰燃烧温度Thy；步骤E：通过第一热力计算公式，计算获得工况参数清洁水冷壁为0mm结渣厚度时，所述清洁水冷壁的壁温tw；步骤F：将所述清洁水冷壁的壁温tw作为入口边界条件导入所述模拟算法中，获得参考数据，将所述参考数据与所述实际数据进行实验对比，判断所述模拟算法的精准性；如所述模拟算法不精准，重复步骤C；如所述模拟算法精准，进入步骤G；步骤G：将所述参考数据和所述火焰燃烧温度Thy代入第二热力计算公式内，计算获得工况参数沾污水冷壁为n mm结渣厚度时，所述沾污水冷壁的壁温，将所述沾污水冷壁的壁温作为入口边界条件导入所述模拟算法中，获得工况参数不同结渣厚度时的壁温数据；步骤H：将所述工况参数不同结渣厚度时的壁温数据进行公式拟合，获得结渣厚度与炉膛出口烟温的关系式。...

【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：将炉膛数据录入模型，将所述炉膛进行区域划分，且各区域的工况参数根据实际情况设定，由上自下依次包括吹灰器区、燃烧器区和冷灰斗区，所述冷灰斗区呈倒锥状，所述炉膛内设有一次风口和二次风口；步骤B：利用Gambit软件对所述炉膛进行网格划分，所述燃烧器区喷口处的网格采用Paving法进行划分，即所述燃烧器区的网格比所述吹灰器区和冷灰斗区的网格都密集；步骤C：在FLUENT软件中进行数值模拟，设定多项条件模型，设定多种模拟算法；步骤D：检测收集炉膛内实际工况时的实际数据，所述实际数据包括炉膛内各喷口的入口边界条件；将所述实际数据导入所述模拟算法中，获得火焰燃烧温度Thy；步骤E：通过第一热力计算公式，计算获得工况参数清洁水冷壁为0mm结渣厚度时，所述清洁水冷壁的壁温tw；步骤F：将所述清洁水冷壁的壁温tw作为入口边界条件导入所述模拟算法中，获得参考数据，将所述参考数据与所述实际数据进行实验对比，判断所述模拟算法的精准性；如所述模拟算法不精准，重复步骤C；如所述模拟算法精准，进入步骤G；步骤G：将所述参考数据和所述火焰燃烧温度Thy代入第二热力计算公式内，计算获得工况参数沾污水冷壁为nmm结渣厚度时，所述沾污水冷壁的壁温，将所述沾污水冷壁的壁温作为入口边界条件导入所述模拟算法中，获得工况参数不同结渣厚度时的壁温数据；步骤H：将所述工况参数不同结渣厚度时的壁温数据进行公式拟合，获得结渣厚度与炉膛出口烟温的关系式。2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法，其特征在于，所述条件模型：气相湍流流动采用RealizableK-双方程模型，气固两相流动采用拉格朗日随机颗粒轨道模型。辐射传热采用P-1模型，气相湍流燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中毅，金晶，郑良倩，朱以周，张瑞璞，杭伊煊，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31