煤粉锅炉炉膛冰丸吹灰系统冷态实验研究

论文摘要

我国电站锅炉以燃煤为主。如果燃煤具有较高的灰分和硫分、较低的灰熔点、炉内局部出现还原性气氛、负荷偏高、空气动力场失调等情况,容易诱发锅炉炉膛的结渣,严重时还会导致受热面的高温腐蚀。炉膛结渣还会影响受热面的传热效率,导致锅炉的热效率下降。在运行中对炉膛进行除灰（除渣）操作,是锅炉运行的一个关键问题。现有的炉膛吹灰系统,在使用性能上各有特点:水射流吹灰器对轻度的炉膛结渣吹灰效果较好,但会对受热面金属产生反复的热冲击,导致管壁的热疲劳,吹灰期间大量的水耗使得锅炉的负荷和热效率急剧下降;压缩空气吹灰器和蒸汽吹灰器通常采用长伸缩结构,热态运行可靠性较差,对炉膛结渣的吹灰效果也很不理想;蒸汽吹灰器有时会造成锅炉尾部低温区受热面的腐蚀和堵灰。并且,以上几种现有的炉膛吹灰系统都存在吹灰死角的问题。本文以冰丸发射系统为基础,讨论一种新型的吹灰技术——冰丸吹灰技术。该技术的原理是在高速射流中混入冰丸,使冰丸加速,利用这些具有较大动量的冰丸完成炉膛的吹灰。对颗粒发射和散布进行了试验研究,在此基础上,建立了颗粒散布模型,并且对模型进行了数值求解。试验和数值模拟的研究结果表明:（1）对本试验所用颗粒发射装置而言,若要使给料系统正常运行,料仓必须封闭,并且要在气流输送管和颗粒仓之间设置压力平衡管。（2）使用锥形喷管时,气粒两相射流的出口颗粒速度呈现出明显的单峰分布。（3）以颗粒在喷管出口处的发射速度的最大化为指标,存在一个最佳管长。（4）颗粒在喷口出口截面上,颗粒的分布率是一个双峰分布。（5）在靶面上,颗粒散布率与散布半径的关系符合Rosin-Rammler分布。（6）以1.5m作为喷射初始位置进行模拟,可以得到较好的结果,Rosin-Rammler分布函数中的r0和m值均呈现相同趋势的上升。通过对模拟结果的分析,得到了r0与喷射距离d的依变关系。由于实验室条件影响,试验未能全面开展。在模型的建立上,作了一定程度的简化,与实际运动过程有一定的差异。因此,需要进行后续试验对模型进行进一步的考核与修正。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 炉膛结渣概述
• 1.1.1 炉膛结渣的分类
• 1.1.2 炉膛结渣的危害
• 1.1.3 炉膛结渣的防止
• 1.1.4 锅炉系统设计对结渣的考虑
• 1.1.5 小结
• 1.2 炉膛吹灰概述
• 1.2.1 设置吹灰器的必要性
• 1.2.2 现有炉膛吹灰器
• 1.3 冰丸除灰
• 1.3.1 冰丸除灰与干冰清洗比较
• 1.3.2 干冰清洗概述
• 1.4 本文的主要工作
• 2 颗粒发射试验台搭建与调试
• 2.1 试验台设计与搭建
• 2.2 系统调试
• 2.2.1 发射风速整定
• 2.2.2 颗粒流量整定
• 3 气粒两相射流出口颗粒速度的测量
• 3.1 测试系统
• 3.1.1 测试系统组成
• 3.1.2 测试方法
• 3.1.3 喷管结构
• 3.2 测试结果与分析
• 3.2.1 测试结果
• 3.2.2 结果分析
• 3.3 本章小结
• 4 颗粒散布试验研究
• 4.1 试验系统
• 4.1.1 试验系统组成
• 4.1.2 测试方法与步骤
• 4.2 试验结果与分析
• 4.2.1 试验结果
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 颗粒散布的数值模拟
• 5.1 理论基础
• 5.1.1 作用在颗粒上的力
• 5.1.2 刚性圆球颗粒的阻力系数
• 5.2 颗粒运动模型的建立与分析
• 5.2.1 单个颗粒运动分析
• 5.2.2 模型算法介绍
• 5.3 模拟结果与分析
• 5.3.1 喷管出口为起始位置的颗粒散射模拟
• 5.3.2 以1.5m距离为起始位置的颗粒散射模拟
• 5.3.3 颗粒靶面终端速度模拟
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献