排粉风机内部气固两相流动特性研究

作     者：李建锋 

作者单位：清华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕俊复

授予年度：2006年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：排粉风机 浓淡分离 气固两相流 数值模拟 计算流体力学 

摘      要：中储式煤粉锅炉系统中,三次风中含有一定量的超细煤粉,利用一般的分离方法已经很难对这种超细粉作进一步的分离。在本文中提出了利用高压离心排粉风机对三次风煤粉进行浓缩,根据煤种,富集后的超细煤粉作为再燃燃料以降低NOx排放,或者作为一次风以提高燃烧效率。 本文利用9-26型高压离心风机试验以及数值模拟了排粉风机叶轮高速旋转时产生的强大离心力对这部分超细粉进行分离的效果。在实验过程中,将风机出口分成大小均匀的五个出口,利用空心玻璃微珠模拟煤粉,用布袋收集器来收集经过五个出口的玻璃珠以及通过确定每个出口的空气流量来计算出不同出口的玻璃珠平均浓度,从而可以得出风机出口的浓度分布。实验结果表明,在风机出口固相颗粒的浓度分布是不均匀的,其分布趋势是越往外侧,相应越高,五个出口中最高浓度可以达到平均浓度值的2-2.5倍;而最低的浓度仅有平均浓度的30%左右。但是在靠近蜗舌的区域却出现了一个浓度偏高区。 为了全面研究风机的气固两相流动特性,本文利用Fluent对风机内部的气固两相流进行了数值模拟,与实验结果进行的比较表明模拟结果是可信的。计算表明,在风机出口的前后方向上固相颗粒浓度分布也不均匀:在风机出口的后侧附近区域浓度明显偏高,而在风机出口的前侧面附近,浓度却很低;浓度最大值出现在贴近风机出口外侧后侧的角落处。计算结果预示了排粉风机内部固相颗粒浓度分布规律、叶轮的易磨损部位以及磨损方式,比如叶片压力面进出口部位的滑擦磨损与中间部位的撞击磨损等,这与实际结果相符。 根据实验与模拟结果,本文提出了一种更好地分离方法:即考虑将风机出口沿前后方向(轴向)与径向两个方向进行划分浓淡分离,按这种方式:如将风机出口分成面积相等的两个部分时,高浓度部分气流中所含固相可以占到固相总量的80%以上;而按高浓度部分中固相可以占到固相总量的50%来划分时,此时高浓度区面积仅占风机出口总面积的1/8,这为利用风机进行含粉气流的浓淡分离提供了一个很好的依据。 利用Gambit建立了风机流场的计算平台,以此能够对风机结构改进作出性能预测。计算表明,通过在风机叶片通道内增加小叶片,可以改善风机叶片通道内流场,风机的流量最高可以提高接近5%,而出口全压平均提高近10%。