一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法技术

本发明专利技术提出了一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，根据循环流化床锅炉的结构参数建立锅炉的全尺寸三维模型；对循环流化床锅炉的三维模型进行网格划分，得到锅炉网格模型；在锅炉网格模型的基础上设置符合锅炉实际情况的边界条件；根据锅炉内部的实际运行情况设置模拟仿真计算参数，并添加锅炉内部组分涉及的化学反应式以及相应的化学反应系数；利用CPFD数值模拟方法计算循环流化床锅炉内部的运行参数；根据锅炉内部运行参数计算磨损量。本发明专利技术模拟仿真输入的计算数据都是锅炉实际运行时的参数，区别于现有技术的冷态模拟，本发明专利技术的模拟仿真属于热态模拟，数值计算结果更加符合锅炉实际运行情况，模拟仿真结果更加真实可信。真实可信。真实可信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法


[0001]本专利技术涉及锅炉磨损
，尤其涉及一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法。

技术介绍

[0002]循环流化床是近几十年来国际上发展起来的一种改进型洁净煤燃烧技术，其主要特色是可燃物体和脱硫的重新运行循环、低温物理燃烧，循环流化床锅炉以其杰出的经济性、高效性和煤种适应力强的优点得到了迅速的发展。
[0003]但由于近年来发电利用小时下降，发电成本增加，导致大量燃煤电站循环流化床锅炉不得不掺烧与原有设计煤种煤质差别较大的多种煤料，特别是劣质煤料，致使早期投产的大量循环流化床锅炉出现磨损问题，严重影响循环流化床锅炉长周期稳定运行。在循环流化床锅炉中，有许多部件工作在高温、高浓度固体颗粒不断冲刷环境下，虽然已采取了一些防磨损措施，但循环流化床锅炉的运行结果表明，锅炉设备的磨损仍是十分严重的，经常由于磨损问题造成非必要停炉。因此，进行大型循环流化床锅炉磨损机理的全面研究，将为循环流化床锅炉防磨技术的良好开展奠定稳定基础。
[0004]然而由于循环流化床锅炉炉膛复杂的内部结构，采用常规且单一的实验分析方法无法充分地了解分析循环流化床的三维非稳态流动状态，且耗费大量的人力物力，这极大地限制了循环流化床锅炉磨损问题的分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，解决了现有技术中采用常规且单一的实验分析方法无法充分地了解分析循环流化床的三维非稳态流动状态，导致磨损分析结果不准确等问题。<br/>[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，包括以下步骤：
[0008]根据循环流化床锅炉的结构参数建立锅炉的全尺寸三维模型；
[0009]对循环流化床锅炉的三维模型进行网格划分，得到锅炉网格模型；
[0010]在锅炉网格模型的基础上设置符合锅炉实际情况的边界条件；
[0011]根据锅炉内部的实际运行情况设置模拟仿真计算参数，并添加锅炉内部组分涉及的化学反应式以及相应的化学反应系数；
[0012]利用CPFD数值模拟方法计算循环流化床锅炉内部的运行参数；
[0013]根据锅炉内部运行参数计算磨损量。
[0014]本专利技术模拟仿真输入的计算数据都是锅炉实际运行时的参数，区别于现有技术的冷态模拟，本专利技术的模拟仿真属于热态模拟(考虑到燃料燃烧、化学反应、换热对气固两相流的温度影响)，数值计算结果更加符合锅炉实际运行情况，模拟仿真结果更加真实可信。
[0015]作为本专利技术优选的方案，根据设计图纸和实际勘察对循环流化床锅炉实体三维流
体域实际尺寸进行1：1三维建模，得到循环流化床锅炉的三维模型。
[0016]作为本专利技术优选的方案，所述边界条件包括：绝热壁面、进出口和热流交换面；
[0017]所述绝热壁面包括卫燃带、旋风分离器壁面；
[0018]所述进出口包括燃料进口、进气口、烟气出口；
[0019]所述热流交换面包括水冷壁、过热器受热面。
[0020]作为本专利技术优选的方案，所述模拟仿真计算参数包括：一二次风的温度、流量，燃料的温度、流量、化学组分及粒径分布。
[0021]作为本专利技术优选的方案，所述锅炉内部运行参数包括：每一个网格单元内流体的速度、温度、压力、化学组分以及颗粒的数量、速度、温度、粒径、化学组分。
[0022]作为本专利技术优选的方案，所述磨损量的计算公式为：
[0023][0024]其中，M表示累积的磨损量，θ
k
表示第k个计算颗粒与避免碰撞的角度，n
p
表示碰撞颗粒的总数，w(θ
k
)表示第k个计算颗粒的碰撞角系数；m
sk
表示第k个计算颗粒的质量；v
sk
表示第k个计算颗粒的速度；
[0025]将磨损量的数值与颜色对应，得到磨损云图，用于直接观测锅炉内部的磨损情况。
[0026]作为本专利技术优选的方案，利用后处理软件对锅炉内部的运行参数进行后处理，得到锅炉内部的气固流场云图，所述气固流场云图包括：锅炉主循环回路气固流场分布云图、锅炉炉膛不同截面物料浓度分布云图以及锅炉炉膛不同截面物料轴向速度分布云图。
[0027]有益效果
[0028]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：
[0029](1)本专利技术通过三维建模软件对循环流化床锅炉实际的流体域进行尺寸1:1三维建模，比起传统的锅炉实验可以包含更多的局部特征，磨损分析更加全面；比起缩小尺寸进行数值模拟更加接近真实，本专利技术的模拟结果可信度更高；
[0030](2)本专利技术模拟仿真输入的计算数据都是锅炉实际运行时的参数，包括流量、温度、粒径分布及燃料组分等，区别于现有技术的冷态模拟，本专利技术的模拟仿真属于热态模拟(考虑到燃料燃烧、化学反应、换热对气固两相流的温度影响)，数值计算结果更加符合锅炉实际运行情况，模拟仿真更加真实可信；
[0031](3)通过模拟仿真进行磨损分析节省了前期的准备工作和实验投入，节省了大量的人力物力；数值模拟可以多线程进行，比起传统防磨设计，大大缩短了确定防磨方案的时间。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法的流程示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例中循环流化床锅炉的网格模型示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例中碰撞角系数与碰撞角之间的曲线关系图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]参照图1所示，本实施例提供了一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，本实施例对某电厂75T/H循环流化床锅炉的炉内磨损进行了模拟，具体包括以下步骤：
[0038]步骤一，根据循环流化床锅炉的结构参数建立锅炉的全尺寸三维模型；
[0039]根据设计图纸和实际勘察对循环流化床锅炉实体三维流体域实际尺寸进行1：1三维建模，本实施例中炉膛尺寸为3530mm
×
6530mm
×
31000mm，得到循环流化床锅炉的三维模型。
[0040]步骤二，对循环流化床锅炉的三维模型进行网格划分，包括结构化网格和非结构化网格，得到锅炉网格模型，如图2所示。
[0041]步骤三，在锅炉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，其特征在于，包括以下步骤：根据循环流化床锅炉的结构参数建立锅炉的全尺寸三维模型；对循环流化床锅炉的三维模型进行网格划分，得到锅炉网格模型；在锅炉网格模型的基础上设置符合锅炉实际情况的边界条件；根据锅炉内部的实际运行情况设置模拟仿真计算参数，并添加锅炉内部组分涉及的化学反应式以及相应的化学反应系数；利用CPFD数值模拟方法计算循环流化床锅炉内部的运行参数；根据锅炉内部运行参数计算磨损量。2.如权利要求1所述的一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，其特征在于，根据设计图纸和实际勘察对循环流化床锅炉实体三维流体域实际尺寸进行1：1三维建模，得到循环流化床锅炉的三维模型。3.如权利要求1所述的一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，其特征在于，所述边界条件包括：绝热壁面、进出口和热流交换面；所述绝热壁面包括卫燃带、旋风分离器壁面；所述进出口包括燃料进口、进气口、烟气出口；所述热流交换面包括水冷壁、过热器受热面。4.如权利要求1所述的一种基于数值模拟的循环流化床锅炉磨损分析方法，其特征在于，所述模拟仿真计算参数包括：一二次风的温度、流量，燃料的温度、流量、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘上中，刘同华，刘骥翔，王建新，魏方琦，廖锋，
申请(专利权)人：武汉永平科技有限公司，
类型：发明
国别省市：