燃气爆炸冲击波的分布规律及其在锅炉清灰上的应用

论文摘要

通过研究在开口容器内乙炔-空气混合气爆炸产生冲击波的超压及分布规律,合理地利用和控制冲击波能量,进行锅炉受热面清灰的工程应用,并解决工程应用中存在的问题。 目前,电站锅炉各部位的受热面大部分都安装了各种类型的吹灰装置,但这些吹灰装置普遍存在着能耗高、可靠性和吹灰效果差的缺点,并且对设备有一定的副作用。论述了燃气爆炸和燃气爆炸型吹灰器的研究现状、燃气爆炸理论研究方法,以及锅炉受热面积灰的机理和形式,重点研究了两个电厂锅炉积灰的化学成分和积灰特点。由于燃气冲击波吹灰器通常使用的燃料为乙炔,着重介绍了乙炔的燃点、点火能、爆炸极限、分解爆炸性、传爆能力等方面的特性。 乙炔空气混合气的爆炸是一种较为典型的气相爆轰问题。为了便于求解乙炔空气爆炸后的流场,首先对气相爆轰的爆轰参数（C-J参数）进行求解。假定原始爆炸物（爆轰前）和爆炸产物（爆轰后）均为理想气体,服从理想气体状态方程,由于爆炸和传播瞬间结束,可以认为是等熵过程。根据Hugoniot方程、理想气体状态方程、等熵方程、质量和动量守恒方程,计算出爆炸后的冲击波参数,如压力、温度、速度、密度等。利用VB语言,编制气相爆炸参数的计算程序,并利用该程序对可燃混合气的爆炸参数进行求解;尽管计算结果有一定的误差,其原因可能是没有考虑爆轰产物的离解情况,但将该程序得到的数值作为后续流场数值计算的初值,对进行安全设计、安全评估,仍然具有较大可信性的。 通过建立网格数值、控制方程,对压力效应步和运输步采用体积控制元法进行离散,循环计算爆炸冲击波的压力场和速度场。研究结果认为:对于一个充满乙炔和空气均匀混合的单开口容器,爆炸具有下列传播规律。 a.沿开口轴向的爆炸压力远远大于其径向压力,轴向的爆炸压力约为径向压力的30～40倍。数值模拟计算的乙炔燃爆瞬时爆压为1.0MPa左右。 b.轴向爆炸压力和速度随着距开口的距离的增大而迅速衰减。 c.随着乙炔当量比的增大,爆炸轴向压力增大,乙炔当量比达到1.0时的燃爆轴向压力最大;然后又随着乙炔当量比的增大,爆炸轴向压力减小。 d.随着开口直径的增大,爆炸轴向压力迅速减小。 e.冲击波的传播速度最高可达2290m/s。 工程应用方面重点介绍了燃气冲击波吹灰器的清灰原理和吹灰器改造方案,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 1. 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 吹灰器运行现状
• 1.2.1 蒸汽吹灰器运行情况
• 1.2.2 声波吹灰器运行情况
• 1.2.3 燃气爆炸型吹灰器的研究现状
• 1.3 燃气爆炸研究的现状
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 气体爆炸的实验研究
• 1.3.3 气体爆炸的理论研究方法
• 1.4 本研究的主要内容
• 2. 锅炉受热面积灰的机理和形式
• 2.1 锅炉尾部受热面积灰和低温腐蚀
• 2.2 锅炉尾部受热面的积灰发生的机理
• 2.3 锅炉积灰结焦的几种情况
• 2.4 锅炉积灰结渣的危害
• 3. 乙炔空气混合气爆炸的理论基础
• 3.1 乙炔的性能
• 3.1.1 乙炔自燃点较低
• 3.1.2 乙炔的点火能低
• 3.1.3 爆炸极限
• 3.1.4 分解爆炸性
• 3.1.5 传爆能力强
• 3.1.6 化合爆炸性
• 3.2 爆炸理论基础
• 3.3 计算过程
• 3.4 程序及调试结果
• 3.4.1 执行程序
• 3.4.2 调试结果
• 3.4.3 乙炔-空气混合气的爆轰参数
• 3.4.4 乙炔-空气混合气的瞬时爆轰参数
• 4. 数值计算模型与格式
• 4.1 网格设置与控制方程
• 4.2 压力效应步
• 4.3 输运步
• 4.4 具体计算结果
• 4.4.1 算例1
• 4.4.2 算例2
• 4.4.3 算例3
• 4.4.4 算例4
• 4.4.5 算例5
• 4.5 计算结果分析
• 4.5.1 轴向和径向超压
• 4.5.2 爆炸轴向压力的变化规律
• 4.5.3 冲击波的传播速度最高达2290m/s
• 5. 工程应用实例
• 5.1 燃气冲击波吹灰器的原理
• 5.2 锅炉及省煤器吹灰器运行概况
• 5.2.1 锅炉主要设计参数
• 5.2.2 设计和试验煤质特性
• 5.2.3 省煤器蒸汽吹灰器的运行状况
• 5.3 冲击波吹灰器改造技术方案
• 5.4 冲击波吹灰器的安全性
• 5.4.1 乙炔的安全问题
• 5.4.2 冲击波吹灰器对锅炉设备的安全性影响
• 5.4.3 吹灰器的噪声对人体的危害问题
• 5.5 吹灰器改造后的清灰效果
• 6. 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者公开发表过的主要学术论文