粗粉分離器內顆粒運動分析

曹文廣 華 亮 張高山

（1中國華電集團科學技術研究總院有限公司 北京 100000 2湖南華電長沙發(fā)電有限公司 湖南長沙 410000 3中國華電集團公司湖南分公司湖南長沙410000）

粗粉分離器內顆粒運動分析

曹文廣1華 亮2張高山3

（1中國華電集團科學技術研究總院有限公司 北京 100000 2湖南華電長沙發(fā)電有限公司 湖南長沙 410000 3中國華電集團公司湖南分公司湖南長沙410000）

本文對粗粉分離器內顆粒的運動進行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的數值計算分析，通過分析顆粒的軌跡標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，分離器對大顆粒，特別是對200um以上的顆粒分離效果顯著。

粗粉分離器；分離效率；顆粒運動

引言

分離器是燃煤電廠原煤在進入鍋爐燃燒前的重要設備。分離器性能低下導致制粉系統(tǒng)無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，進而影響鍋爐負荷和產生諸多鍋爐燃燒問題，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，研究分離器性能對燃煤電廠節(jié)能減排具有重要意義。本文對粗粉分離器內顆粒的運動進行了計算模擬，對比了不同湍流模型對粗粉分離器計算的結果。

1 模型建立

1.1 幾何模型

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

1.2 計算模型

1.2.1 連續(xù)相模型

假定分離器內部空氣流動為不可壓縮、定常湍流流動，采用更貼近實際，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方程中增加一個條件，考慮到了湍流旋渦，提高了模型精度。其相關方程參見文獻[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，根據電廠運行情況，典型的速度大小14m/s作為本次模型計算的速度大小。

圖1 分離器幾何結構

1.2.2 顆粒相的數學模型

顆粒相采用基于拉格朗日坐標系的離散相模型來進行求解，顆粒的體積分數很小，不考慮煤粉顆粒的存在對流動的影響，顆粒相的運動方程具體可參閱[2]。

2 結果與討論

2.1 顆粒的運動軌跡

圖2為不同粒徑的顆粒通過分離器的運動軌跡圖，計算選用了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分離器的出口，而后兩種顆粒不同出分離器，這說明110um一下的顆粒都能進入爐膛燃燒，從電廠入爐煤粉細度R90來看，出分離器的煤粉細度明顯偏粗，這時可以減小上層擋板的開度，但同時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，顆粒經過下層擋板后并沒有發(fā)生明顯的軌跡變化，在開度較小的情況下，氣流經下層擋板后所產生的旋流比較小，不足以使顆粒產生足夠大的離心力而甩向壁面，這與下層擋板的設計初衷并不一致。

2.2 瞬態(tài)中顆粒的分離情況

瞬態(tài)計算能觀察到顆粒的實時分離情況，本次計算在連續(xù)相計算時間為5s時入射顆粒，5種粒徑的顆粒每時間步每種入射5個代表顆粒，共計算到時間20s時的情況進行分析。大粒徑的顆粒占有大多數。

圖3為20s時不同顆粒占分離器內顆粒的數量分數，從圖可知，大粒徑顆粒（200um 和 500um）占了總顆粒數量的絕大部分，隨著顆粒的增大，顆粒數量分數增大，這也說明大顆粒的分離時間比小顆粒的分離時間更長。在計算的15秒時間

圖2 不同粒徑顆粒軌跡圖

圖3 20s時不同顆粒占分離器內顆粒的數量分數

內，每種顆粒共入射75000個，從模擬的結果來看，大粒徑顆?；静粫龇蛛x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?？烧J為被分離了下來），分離器內500um和200um的顆粒占入射顆粒98%以上。

結論

本文對粗粉分離器內顆粒的運動進行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的數值計算分析，通過分析顆粒的軌跡標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，分離器對大顆粒，特別是對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煤粉粒子分離特性影響的數值研究 [J].東北電力大學學報,2016,36(02):39-44.

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