粗粉分離器內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)分析

曹文廣 華 亮 張高山

（1中國(guó)華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司 北京 100000 2湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000 3中國(guó)華電集團(tuán)公司湖南分公司湖南長(zhǎng)沙410000）

粗粉分離器內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)分析

曹文廣1華 亮2張高山3

（1中國(guó)華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司 北京 100000 2湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000 3中國(guó)華電集團(tuán)公司湖南分公司湖南長(zhǎng)沙410000）

本文對(duì)粗粉分離器內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的數(shù)值計(jì)算分析，通過(guò)分析顆粒的軌跡標(biāo)明下層擋板的作用并不明顯；瞬態(tài)中顆粒的分離情況表明，分離器對(duì)大顆粒，特別是對(duì)200um以上的顆粒分離效果顯著。

粗粉分離器；分離效率；顆粒運(yùn)動(dòng)

引言

分離器是燃煤電廠原煤在進(jìn)入鍋爐燃燒前的重要設(shè)備。分離器性能低下導(dǎo)致制粉系統(tǒng)無(wú)法提供足夠的煤量或提供的煤粉整體偏粗、煤粉均勻性下降，進(jìn)而影響鍋爐負(fù)荷和產(chǎn)生諸多鍋爐燃燒問(wèn)題，如鍋爐的燃燒效率降低、飛灰含碳及污染物排放水平增高等[1]。因此，研究分離器性能對(duì)燃煤電廠節(jié)能減排具有重要意義。本文對(duì)粗粉分離器內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算模擬，對(duì)比了不同湍流模型對(duì)粗粉分離器計(jì)算的結(jié)果。

1 模型建立

1.1 幾何模型

本文按照某600M電廠機(jī)組所配串聯(lián)雙軸向分離器尺寸建立幾何模型，其結(jié)構(gòu)形式見圖1，分離器本體直徑為3100mm，入口直徑為1040mm，出口直徑為510mm。網(wǎng)格采用四面體網(wǎng)格，實(shí)踐證明采用四面體網(wǎng)格在工程上是可行的。

1.2 計(jì)算模型

1.2.1 連續(xù)相模型

假定分離器內(nèi)部空氣流動(dòng)為不可壓縮、定常湍流流動(dòng)，采用更貼近實(shí)際，更適用于求解粗粉分離器的R NG k－ε模型[2]，R NG模型在ε方程中增加一個(gè)條件，考慮到了湍流旋渦，提高了模型精度。其相關(guān)方程參見文獻(xiàn)[2]。模型入口選用速度入口邊界條件，出口選用壓力出口邊界條件，入口速度為均勻速度入口，根據(jù)電廠運(yùn)行情況，典型的速度大小14m/s作為本次模型計(jì)算的速度大小。

圖1 分離器幾何結(jié)構(gòu)

1.2.2 顆粒相的數(shù)學(xué)模型

顆粒相采用基于拉格朗日坐標(biāo)系的離散相模型來(lái)進(jìn)行求解，顆粒的體積分?jǐn)?shù)很小，不考慮煤粉顆粒的存在對(duì)流動(dòng)的影響，顆粒相的運(yùn)動(dòng)方程具體可參閱[2]。

2 結(jié)果與討論

2.1 顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡

圖2為不同粒徑的顆粒通過(guò)分離器的運(yùn)動(dòng)軌跡圖，計(jì)算選用了5中粒徑，分別為70um，90um，110um，200um，500um。從圖中可以看出，粒徑較小的三種顆粒能通過(guò)分離器的出口，而后兩種顆粒不同出分離器，這說(shuō)明110um一下的顆粒都能進(jìn)入爐膛燃燒，從電廠入爐煤粉細(xì)度R90來(lái)看，出分離器的煤粉細(xì)度明顯偏粗，這時(shí)可以減小上層擋板的開度，但同時(shí)也將增加分離器的壓降。

從圖中還可以看到，下層擋板的作用并不明顯，顆粒經(jīng)過(guò)下層擋板后并沒(méi)有發(fā)生明顯的軌跡變化，在開度較小的情況下，氣流經(jīng)下層擋板后所產(chǎn)生的旋流比較小，不足以使顆粒產(chǎn)生足夠大的離心力而甩向壁面，這與下層擋板的設(shè)計(jì)初衷并不一致。

2.2 瞬態(tài)中顆粒的分離情況

瞬態(tài)計(jì)算能觀察到顆粒的實(shí)時(shí)分離情況，本次計(jì)算在連續(xù)相計(jì)算時(shí)間為5s時(shí)入射顆粒，5種粒徑的顆粒每時(shí)間步每種入射5個(gè)代表顆粒，共計(jì)算到時(shí)間20s時(shí)的情況進(jìn)行分析。大粒徑的顆粒占有大多數(shù)。

圖3為20s時(shí)不同顆粒占分離器內(nèi)顆粒的數(shù)量分?jǐn)?shù)，從圖可知，大粒徑顆粒（200um 和 500um）占了總顆粒數(shù)量的絕大部分，隨著顆粒的增大，顆粒數(shù)量分?jǐn)?shù)增大，這也說(shuō)明大顆粒的分離時(shí)間比小顆粒的分離時(shí)間更長(zhǎng)。在計(jì)算的15秒時(shí)間

圖2 不同粒徑顆粒軌跡圖

圖3 20s時(shí)不同顆粒占分離器內(nèi)顆粒的數(shù)量分?jǐn)?shù)

內(nèi)，每種顆粒共入射75000個(gè)，從模擬的結(jié)果來(lái)看，大粒徑顆?；静粫?huì)出分離器（考慮到顆粒與壁面選用的是反射邊界條件，因此，未出分離器的顆粒可認(rèn)為被分離了下來(lái)），分離器內(nèi)500um和200um的顆粒占入射顆粒98%以上。

結(jié)論

本文對(duì)粗粉分離器內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的數(shù)值計(jì)算分析，通過(guò)分析顆粒的軌跡標(biāo)明下層擋板的作用并不明顯；瞬態(tài)中顆粒的分離情況表明，分離器對(duì)大顆粒，特別是對(duì)200um以上的顆粒分離效果顯著。

[1]呂太,丁帥,程超.粗粉分離器擋板開度對(duì)煤粉粒子分離特性影響的數(shù)值研究 [J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2016,36(02):39-44.

[2]黃鋼英.粗粉分離器氣固兩相流動(dòng)與分離的模擬[D].華北電力大學(xué),2013.