430T直流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)與冷態(tài)流場(chǎng)的計(jì)算_本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） .doc

哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）應(yīng)用直流燃燒器的430t/h煤粉爐爐膛流場(chǎng)計(jì)算摘 要 火力發(fā)電是我國(guó)電能生產(chǎn)的主要形式，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，發(fā)電廠的機(jī)組容量逐漸增大，對(duì)大容量鍋爐的需求也逐漸增多。室燃爐是我國(guó)目前電廠鍋爐的主要類型，其中以煤粉爐為主得到了廣泛的應(yīng)用。在燃燒煤粉的煤粉爐中，燃料是懸浮在爐膛空間內(nèi)進(jìn)行燃燒的，煤粉燃料是由燃燒器一次風(fēng)氣流攜帶噴入爐膛。燃燒器是煤粉鍋爐的主要燃燒設(shè)備，其性能對(duì)燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響,一個(gè)好的燃燒器應(yīng)組織良好的空氣動(dòng)力場(chǎng)，并且運(yùn)行安全可靠。根據(jù)其出口氣流的特征，煤粉燃燒器主要分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩大類，這兩種類型各有優(yōu)缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)主要為直流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)，根據(jù)煤種和鍋爐參數(shù)的不同合理選取。包括各噴口的形式、大小、布置的設(shè)計(jì)及一、二、三次風(fēng)的選取等,并用cad繪出燃燒器的形式。最后用fluent軟件計(jì)算四角切圓燃燒爐膛的流場(chǎng),得出煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。關(guān)鍵詞：直流燃燒器；設(shè)計(jì)；fluent軟件；四角切圓；流場(chǎng)計(jì)算iiithe 430 t/h pulverized coal furnace flow field of applied dc furnace burners calculationabstract the thermal power is the main form of energy production in china, with the development of the national economy, a power generation unit capacity gradually increases,and the demand for lager-capacity boiler is gradually increased. room stoves are at present the main types of boilers in power plants in china, which has been widely applied to pulverized coal. in the pulverized coal boiler, the burning fuel were suspended in space of the furnace. the pulverized coal fuel were carried by primary air what were sprayed into the furnace. burner is a main combustion of pulverized coal-fired boiler equipment, its performance has a great influence on the combustion stability and economy. a good burner should be well-organized aerodynamic and safe and reliable operation. according to the characteristics of the outlet flow, the pulverized coal burner is divided into two categories:direct current(dc) burner and swirl burner. each has advantages and disadvantages. the mean design of dc pulverized coal burner. according to the coal and the different parameters of boiler, the design of the burner should be selected reasonably, including the form, size, layout design of the vents and the selection of the primary,secondary,tertiary air. and draw the form of burner by cad. finally calculate the corner tangential burning flow field in furnace using the fluent software, and derive the trajectory of coal particles.keywords: direct current(dc) burner, design, the fluent software , the corner tangential,calculate the flow filed 目 錄摘 要iabstracti目 錄ii第1章 緒 論11.1 課題背景及研究的目的和意義11.2 燃燒器的發(fā)展概況11.2.1 燃燒器的發(fā)展21.2.2 燃燒器的分類21.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容3第2章 直流煤粉燃燒器的簡(jiǎn)單介紹42.1 引言42.2 直流燃燒器的型式42.3 直流燃燒器的四角布置方式42.4 本章小結(jié)6第3章 爐膛及制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選取73.1 引言73.2 煤粉鍋爐爐膛橫截面設(shè)計(jì)73.2.1 煤粉爐爐膛概述73.2.2 煤粉爐爐膛的設(shè)計(jì)73.3 制粉系統(tǒng)的選取123.3.1 磨煤機(jī)簡(jiǎn)介123.3.2 制粉系統(tǒng)的分類133.4 本章小結(jié)13第4章 直流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)144.1 引言144.2 直流燃燒器各種風(fēng)的設(shè)計(jì)計(jì)算144.3 直流燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)164.4 本章小結(jié)18第5章 用fluent軟件計(jì)算四角切圓流場(chǎng)195.1 引言195.2 fluent軟件簡(jiǎn)介195.2.1 fluent的組成195.2.2 fluent程序的求解步驟和問(wèn)題195.3 fluent軟件流場(chǎng)計(jì)算205.3.1 用gambit建立計(jì)算模型215.3.2 利用fluent 3d求解器進(jìn)行求解235.4 本章小結(jié)30結(jié) 論31致 謝32參考文獻(xiàn)33第1章 緒 論1.1 課題背景及研究的目的和意義 隨著經(jīng)濟(jì)、 社會(huì)的發(fā)展 ,人類對(duì)能源的需求逐年增加.煤、 石油、 天然氣等化石燃料仍然是人類賴以生存的主要能源. 對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō) ,煤在我國(guó)的能源總消費(fèi)中占有 70 %以上的份額 .電力行業(yè)是我國(guó)的第一耗煤大戶 ,因此電力行業(yè)的節(jié)能降耗對(duì)全國(guó)能耗降低目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有舉足輕重的影響. 在我國(guó)火力發(fā)電廠中 ,煤粉爐得到了廣泛應(yīng)用. 鍋爐技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是容量的增大和參數(shù)的提高 ,其中燃燒技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)重要方面. 燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 ,其主要作用是向爐膛內(nèi)輸送燃料和空氣 ,并組織合理的混合與燃燒. 燃燒器的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是使煤粉氣流能夠穩(wěn)定著火、 燃盡 ,并防止結(jié)焦.其技術(shù)水平對(duì)鍋爐整體效率（能耗）有重大影響 .且隨著目前環(huán)境污染的壓力增大 ,燃燒器的污染物控制(特別是 nox 生成量的控制)也已成為燃燒器性能的重要考察指標(biāo). 煤粉燃燒器具有特殊設(shè)計(jì)的多級(jí)多嘴送風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，能在短時(shí)間內(nèi)使煤粉產(chǎn)生高溫渦流，具有燃燒完全，熱利用率高，消煙除塵、高效節(jié)能，改善工作條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能環(huán)保的理想產(chǎn)品，深受廣大客戶歡迎。1.2 燃燒器的發(fā)展概況燃燒器也稱噴燃器，是煤粉爐燃燒設(shè)備的主要組成部分。其作用是：將攜帶煤粉的一次風(fēng)和助燃的二次風(fēng)送入爐膛，并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使煤粉迅速穩(wěn)定的著火；二次風(fēng)的及時(shí)供應(yīng)，使煤粉在爐內(nèi)達(dá)到迅速的完全燃燒。一個(gè)好的燃燒器應(yīng)滿足下列要求：（1） 組織良好的空氣動(dòng)力場(chǎng)，使燃料及時(shí)著火，與空氣適時(shí)混合，保證燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。（2） 有較好的煤種適應(yīng)性，具有良好的調(diào)節(jié)性能。（3） 運(yùn)行可靠，不易燒壞和磨損，便于維修。（4） 易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程活自動(dòng)控制。（5） 控制污染物的排放，保護(hù)環(huán)境。1.2.1 燃燒器的發(fā)展燃燒器從開始使用到現(xiàn)在的發(fā)展，走過(guò)了漫長(zhǎng)的過(guò)程。從早期的簡(jiǎn)單裝配到現(xiàn)在的能滿足各種不同煤種及需要的燃燒器，其在理論及結(jié)構(gòu)上大發(fā)生了翻天覆地的變化，促進(jìn)了電力工業(yè)的發(fā)展。目前國(guó)外大型燃煤鍋爐的特點(diǎn)：（1） 從專利權(quán)和掌握技術(shù)熟練程度方而考慮，某專業(yè)公司燃燒器的設(shè)計(jì)總是采用角式布置切圓燃燒方式。（2） 總是采用可以上下擺動(dòng)一定角度的煤粉燃燒器來(lái)調(diào)節(jié)爐膛出口煙氣溫度,從而達(dá)到調(diào)節(jié)過(guò)熱及再熱蒸汽溫度的目的。這種調(diào)節(jié)汽溫的方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)方便,反應(yīng)靈敏,投資節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)。（3） 制粉系統(tǒng)基本上采用正壓直吹式中速磨煤機(jī)。 上世紀(jì) 80 年代始 ,我國(guó)開始引進(jìn)國(guó)外的鍋爐技術(shù)，取其精華去其糟粕，主要引進(jìn)了直流燃燒器 ,我國(guó)的大型燃煤鍋爐大部分采用直流燃燒器。近年來(lái)我國(guó)的燃燒器研制開發(fā)工作取得了很大進(jìn)展，并繼續(xù)對(duì)直流燃燒技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。1.2.2 燃燒器的分類燃燒器的形式很多，根據(jù)其出口氣流的特征，煤粉燃燒器可分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩大類。出口氣流為直流射流（組）的燃燒器為直流燃燒器。煤粉氣流以一定的速度，從直流燃燒器的噴口直接射入熾熱的爐膛內(nèi)部。由于氣流不旋轉(zhuǎn)，所以阻力小，直流射程相對(duì)旋流射程場(chǎng)，對(duì)煙氣的貫穿能力也強(qiáng)，對(duì)后期混合有利。直流射程與噴口尺寸和射流的初速度有關(guān)。噴口尺寸越大初始速度越高，射程越長(zhǎng)。射流的卷吸能力直接影響燃料的著火。卷吸能力越強(qiáng)，速度衰減越快，射程也就越短。射流射入爐膛后，在爐內(nèi)微小的擾動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致射流偏離原定的軸線方向，對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)的組織產(chǎn)生影響。射流動(dòng)量越大，越不容易偏轉(zhuǎn)，射流的剛性也越好。對(duì)矩形的截面噴口，噴口的高寬比越小，其剛性越大。出口氣流包含有旋轉(zhuǎn)射流的燃燒器為旋流燃燒器。出口氣流的初期擾動(dòng)非常強(qiáng)烈，卷吸能力較強(qiáng)，但射程較短。射流的擴(kuò)展角較大。1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本課題的研究?jī)?nèi)容主要是針對(duì)使用無(wú)煙煤的大型煤粉鍋爐進(jìn)行直流燃燒器的設(shè)計(jì)。包括爐膛截面設(shè)計(jì)、制粉系統(tǒng)的選定及燃燒器具體形式的設(shè)計(jì)。最后用fluent軟件計(jì)算四角切圓爐膛內(nèi)部流場(chǎng)。 第2章 直流煤粉燃燒器的簡(jiǎn)單介紹2.1 引言我國(guó)主要的常規(guī)能源是煤，占能源總消耗的70%以上。隨著鍋爐熔容量和參數(shù)的提高，煤粉爐在電站中得到了廣泛的應(yīng)用。其主要燃燒設(shè)備為燃燒器。其中又以直流燃燒器應(yīng)用最為廣泛。2.2 直流燃燒器的型式直流燃燒器的出口是由一組圓形、矩形或多邊形的噴口組成。一次風(fēng)煤粉氣流、燃燒所需要的二次風(fēng)以及中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)送粉是的熱風(fēng)乏氣分別由不同的噴口以直流射流的形式噴進(jìn)爐膛。燃燒器噴口之間保持一定的距離，整個(gè)燃燒器成狹長(zhǎng)型。噴口射出的直流多為水平方向，有的直流燃燒器噴口可以在運(yùn)行時(shí)在一定角度內(nèi)上下擺動(dòng)。直流煤粉燃燒器根據(jù)一、二次風(fēng)噴口的布置情況，可分為均等配風(fēng)和分級(jí)配風(fēng)兩種形式。均等配風(fēng)直流煤粉燃燒器：一、二次風(fēng)噴口相間布置，即在每一個(gè)一次風(fēng)噴口的上下兩端均布置有二次風(fēng)噴口，這樣很有利于煤粉氣流著火燃燒后，二次風(fēng)能及時(shí)充分地供應(yīng)燃燒所需氧氣。故燃燒煙煤和褐煤使用較多。分級(jí)配風(fēng)直流煤粉燃燒器：將一次風(fēng)噴口集中布置在一起，二次風(fēng)分級(jí)分階段地送入燃燒的煤粉氣流中，二次風(fēng)噴口分層布置，且一、二次風(fēng)噴口間保持較大的距離，以便根據(jù)燃燒狀況控制一、二次風(fēng)的混合時(shí)間。一次風(fēng)噴口集中布置，意味著煤粉氣流的著火和燃燒相對(duì)集中，有利于提高燃燒器區(qū)域局部熱負(fù)荷和溫度水平。但是不利于與二次風(fēng)的充分混合，故有些燃燒器的二次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)為可上下擺動(dòng)的形式。這種燃燒器的型式比較適合無(wú)煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤的使用。2.3 直流燃燒器的四角布置方式 直流煤粉燃燒器與爐膛的配合方式不同，其爐內(nèi)形成的空氣動(dòng)力廠特性也不同。而爐內(nèi)氣體的運(yùn)動(dòng)狀況，影響著燃料的著火、燃燒和燃盡。燃燒器的布置形式有前后墻對(duì)沖布置、爐膛頂部布置、爐膛中部布置、四角切圓布置等等。直流燃燒器常采用四角布置形式，其出口氣流的集合軸線射向爐膛中心的一個(gè)假想切圓，組織切圓燃燒火焰，此即為切向燃燒方式。切向燃燒的爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性對(duì)煤粉的燃燒有很大的影響。燃燒器射出的四股氣流在爐膛中心形成一個(gè)穩(wěn)定的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)火炬，在離心力的作用下氣流向四周擴(kuò)散。由于引風(fēng)機(jī)的抽力，迫使氣流旋轉(zhuǎn)上升，形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)上升的氣流，這不僅改變了火焰在爐內(nèi)的充滿情況，而且延長(zhǎng)了煤粉氣流在爐內(nèi)的停留時(shí)間，有利于煤粉的燃盡。各個(gè)角燃燒器的煤粉氣流噴入爐內(nèi)，收到上游已燃高溫火焰的點(diǎn)燃而迅速燃燒，因此著火條件良好。直流射流射程長(zhǎng)，對(duì)煙氣的貫穿能力強(qiáng)，爐內(nèi)氣流的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)使后期湍流混合強(qiáng)烈，煤粉的燃盡條件較理想。切向燃燒方式通常有以下布置形式：（1） 正四角單切圓布置：四角燃燒器一、二次風(fēng)口的集合軸線相切于爐膛中心同一個(gè)圓。此種布置方式，出口氣流兩側(cè)補(bǔ)氣差異小，氣流偏離較輕風(fēng)粉管道對(duì)稱。如下圖2-1（a）。（2） 兩角對(duì)沖，兩角相切或一次風(fēng)對(duì)沖，二次風(fēng)切圓：可改善出口氣流的偏離，有利于避免爐膛結(jié)渣。如下圖2-1（b）。（3） 雙切圓布置：四角一、二次風(fēng)口相切于不同直徑的圓或?qū)侨紵鞲髯韵嗲杏诓煌睆降膱A，用于截面長(zhǎng)寬比較大的爐膛，可改善氣流偏斜，防止實(shí)際切圓的橢圓度較大。如下圖2-1（c）。（4） 八向或六向切圓布置：適用于截面較大的單爐膛，特別適用于大容量褐煤爐。如下圖2-1（d）。（5） 雙爐膛切圓布置：大容量鍋爐有時(shí)采用這種布置，通常兩爐膛氣流旋轉(zhuǎn)方向相反。如下圖2-1（e）。 （a） （b） （c） （d） （e）圖2-1 切圓燃燒布置方式（a）正四角切圓 （b）兩角相切兩角對(duì)沖 （c）雙切圓 （d）八向布置（e）雙爐膛切圓2.4 本章小結(jié)燃燒器有各種不同的型式及布置方式，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的煤種和設(shè)計(jì)需要進(jìn)行合理的選擇。本設(shè)計(jì)使用的煤種是無(wú)煙煤，故燃燒器的型式采用分級(jí)配風(fēng)直流燃燒器，將一次風(fēng)噴口集中布置。燃燒器與爐膛的配合方式采用正四角單切圓布置方式。第3章 爐膛及制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選取3.1 引言制粉系統(tǒng)、爐膛、燃燒器是煤粉鍋爐的主要燃燒設(shè)備。燃燒器的設(shè)計(jì)與爐膛的橫截面形狀、制粉系統(tǒng)的選取息息相關(guān)。3.2 煤粉鍋爐爐膛橫截面設(shè)計(jì)爐膛橫截面的設(shè)計(jì)與爐膛截面熱負(fù)荷的選取及計(jì)算燃料消耗量有關(guān)。3.2.1 煤粉爐爐膛概述爐膛是供煤粉充分燃燒的空間。高溫?zé)煔庠跔t膛內(nèi)把一部分熱量主要通過(guò)輻射的方式傳遞給爐膛四周的受熱面上，以保證出口氣溫在允許的范圍內(nèi)。故爐膛應(yīng)該有合理的形狀及足夠的空間，并與燃燒器共同組織爐內(nèi)燃燒空氣動(dòng)力場(chǎng)，保證火焰在爐內(nèi)充滿良好，不貼壁，并有均勻的截面熱負(fù)荷分布。固態(tài)除渣爐的橫斷面一般為長(zhǎng)方形或者正方形。為更便于組織良好的切圓燃燒方式，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)寬比一般不超過(guò)1.2。爐膛下部有一個(gè)倒錐形的斗，由前后墻水冷壁管傾斜形成。其高度的一半是爐膛的下部邊界。其作用是把爐膛空間內(nèi)燃燒后的高溫爐渣冷卻后以固態(tài)爐渣形式排出爐膛。3.2.2 煤粉爐爐膛的設(shè)計(jì)煤粉爐爐膛的設(shè)計(jì)很是復(fù)雜，在本設(shè)計(jì)中，僅設(shè)計(jì)出與燃燒器的設(shè)計(jì)計(jì)算有關(guān)的主要部分，包括爐膛橫斷面、爐膛高度及冷灰斗的設(shè)計(jì)，煙窗及前后測(cè)墻水冷壁的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中并不重要，忽略。各部分的設(shè)計(jì)見以下各表（注：公式均匯總在表內(nèi)）。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中所給無(wú)煙煤的成分，計(jì)算出初始數(shù)據(jù)（各種氣體的體積），如下表3-1：表3-1 初始數(shù)據(jù)序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果單位1理論空氣容積0.0889*(car+0.375*sar)+0.265har-0.0333*oar6.8476m3/kg2容積0.01866*(car+0.375*sar)1.293m3/kg3理論容積0.79*v+0.8*nar/1005.4175m3/kg4理論容積0.111*har+0.0124*mar+0.0161*v0.493m3/kg5理論煙氣容積7.2036m3/kg6飛灰中純灰分額0.957煙氣中飛灰質(zhì)量濃度0.1804kg/kg8煤的折算灰分7.1932g/mj 初始數(shù)據(jù)中得出了理論空氣量，三原子氣體、氮?dú)夂退羝睦碚撊莘e，以及飛灰質(zhì)量濃度，為以下的計(jì)算做準(zhǔn)備。煙氣特性如下表3-2：表3-2 煙氣特性序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或來(lái)源爐膛與防渣管過(guò)熱器上級(jí)省煤器上級(jí)空氣預(yù)熱器下級(jí)省煤器下級(jí)空氣預(yù)熱器1漏風(fēng)系數(shù)查表4-30.10 0.03 0.02 0.03 0.02 0.03 2出口過(guò)量空氣系數(shù)查表4-41.25 1.28 1.30 1.33 1.35 1.38 3平均過(guò)量空氣系數(shù)1.250 1.265 1.290 1.315 1.34 1.37 4實(shí)際水蒸氣容積0.521 0.522 0.5240.527 0.530 0.533 5實(shí)際煙氣量8.943 9.047 9.221 9.395 9.569 9.743 6ro2容積份額0.144 0.142 0.140 0.137 0.135 0.132 表3-2（續(xù)表）序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或來(lái)源爐膛與防渣管過(guò)熱器上級(jí)省煤器上級(jí)空氣預(yù)熱器下級(jí)省煤器下級(jí)空氣預(yù)熱器7h2o份額0.058 0.057 0.0560.056 0.055 0.054 8三原子份額0.202 0.200 0.197 0.1930.190 0.1879煙氣質(zhì)量11.99 12.12 12.3512.57 12.79 13.02 10飛灰濃度0.0150 0.0149 0.0146 0.0144 0.0141 0.0139 查表并計(jì)算得焓溫表如下表3-3：表3-3 焓溫表(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)100169.7 219.4 129.6 702.11 150.5 74.20 995.73 200357.5 462.2 259.9 1408.14 304.5 150.12 2020.50 300558.8 722.5 392.0 2123.86 462.7 228.11 3074.50 400771.9 998.1 526.5 2852.58 626.2 308.72 4159.36 500994.4 1285.8 663.8 3596.47 794.9 391.89 5274.11 6001224.6 1583.4 804.1 4356.61 968.9 477.67 6417.69 7001461.9 1890.2 947.5 5133.56 1148.9 566.41 7590.20 8001704.9 2204.4 1093.6 5925.12 1334.4 657.86 8787.42 9001952.3 2524.3 1241.6 6726.99 1526.1 752.37 10003.68 10002203.5 2849.1 1391.7 7540.23 1722.9 849.39 11238.75 11002458.4 3178.7 1543.8 8364.31 1925.1 949.07 12492.09 12002716.6 3512.6 1697.2 9195.43 2132.3 1051.22 13759.22 13002976.7 3848.9 1852.7 10037.93 2343.7 1155.44 15042.25 14003239.1 4188.2 2008.7 10883.14 2559.1 1261.64 16332.93 15003503.1 4529.5 2166.0 11735.39 2779.0 1370.05 17634.94 16003768.8 4873.1 2324.5 12594.14 3001.8 1479.89 18947.09 17004036.4 5219.1 2484.0 13458.31 3229.2 1592.00 20269.37 18004304.7 5566.0 2643.7 14323.57 3458.4 1704.99 21594.53 19004574.1 5914.3 2804.1 15192.61 3690.3 1819.32 22926.24 100132.4 906.62 80.67 14.55 1354.80 200266.4 1824.20 168.87 30.46 2689.44 2744.16 300402.7 2757.53 263.34 47.51 4087.14 400541.8 3710.03 359.48 64.85 5522.72 500684.1 4684.44 457.71 82.57 600829.7 5681.45 559.28 100.89 700978.3 6699.01 661.28 119.29 8001129.1 7731.63 765.78 138.15 9001282.3 8780.68 873.62 157.60 10001437.3 9842.06 982.30 177.21 11001594.9 10921.24 1095.16 197.57 12001753.4 12006.58 1203.84 217.17 13001914.2 13107.68 1358.50 245.07 14002076.2 14216.99 1580.04 285.04 15002238.9 15331.09 1755.60 316.71 16002402.9 16454.10 1872.64 337.82 17002567.3 17579.84 2060.74 371.76 18002731.9 18706.96 2181.96 393.63 19002898.8 19849.82 2382.60 429.82 煤粉燃燒后產(chǎn)生的總煙氣在煙道內(nèi)依次流過(guò)防渣管、過(guò)熱器、上級(jí)省煤器、上級(jí)空氣預(yù)熱器、下級(jí)省煤器和下級(jí)空氣預(yù)熱器。在不同的煙道處，總煙氣的焓值也不同。煙道內(nèi)每處的總煙氣的焓等于理論煙氣焓、飛灰焓及此處的過(guò)量空氣的焓三者之和。煙氣特性及焓溫表得出之后，接下來(lái)便進(jìn)行鍋爐熱量和計(jì)算燃料消耗量的計(jì)算。如下表3-4：序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果單位1燃料低位發(fā)熱量給定26400 kj/kg2冷空氣溫度給定30 3理論冷空氣焓查表3，插入法計(jì)算271.185 kj/kg4排煙溫度給定140 5排煙熱焓查表3（=1.38），插入法計(jì)算1908.187 kj/kg6排煙過(guò)量空氣系數(shù)查表21.38 7排煙熱損失5.578 %8固體不完全燃燒熱損失查表8-394 %9氣體不完全燃燒熱損失查表8-390 %10散熱損失查圖3-40.88 %11灰渣物理熱損失0 %12鍋爐總熱損10.46 %13鍋爐熱效率89.542 %14鍋爐蒸發(fā)量給定119.40 kg/s15過(guò)熱蒸汽出口焓3332.40 kj/kg16飽和水焓1108.50 kj/kg17給水焓721.65 kj/kg18鍋爐排污率給定2.00 %19鍋爐總吸熱量312647.3 kw20燃料消耗量13.2259 kg/s21計(jì)算燃料消耗量12.6968 kg/s表3-4 鍋爐熱平衡及燃料消耗量計(jì)算通過(guò)鍋爐熱量計(jì)算，得出計(jì)算燃料消耗量后，查表參考選取鍋爐截面熱負(fù)荷，接下來(lái)進(jìn)行爐膛橫斷面的設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)中為更好的組織四角切圓燃燒，爐膛橫斷面設(shè)計(jì)為正方形。如下表3-5：序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果單位1 爐膛界面熱負(fù)荷查表8-40、8-413500 2 爐膛截面積96 3 爐膛寬度及深度10 4 爐膛容積熱負(fù)荷查表8-38135 5 爐膛容積2483 6 冷灰斗底口寬度設(shè)定1 7 冷灰斗傾角設(shè)定60 8 冷灰斗高度7 9 冷灰斗等分面到出口煙窗高度26 表3-5 爐膛截面設(shè)計(jì)3.3 制粉系統(tǒng)的選取煤粉鍋爐燃用的合格煤粉應(yīng)由制粉系統(tǒng)供應(yīng)。制粉系統(tǒng)的選用和設(shè)計(jì)是要在保證磨煤?jiǎn)挝幌淖罱?jīng)濟(jì)的情況下，安全可靠的將燃燒所需的煤粉通過(guò)燃燒器送入爐膛中懸浮燃燒，并提供一定的符合鍋爐穩(wěn)定燃燒需要的風(fēng)量和風(fēng)壓。故制粉系統(tǒng)的選取影響這燃燒器的設(shè)計(jì)。3.3.1 磨煤機(jī)簡(jiǎn)介磨煤機(jī)是煤粉制備系統(tǒng)的主要設(shè)備。其作用是將具有一定尺寸的煤塊干燥、破碎并磨制成煤粉，主要受到撞擊、擠壓和研磨三種力的作用。按照磨煤部件的轉(zhuǎn)速可分為：低速磨煤機(jī)、中速磨煤機(jī)和高速磨煤機(jī)。其中常用的鋼球磨煤機(jī)是低速磨煤機(jī)的一種。鋼球磨煤機(jī)適應(yīng)煤種廣，尤其適合磨制其他磨煤機(jī)不宜磨制的煤種，如硬度大、磨損性強(qiáng)的煤及無(wú)煙煤、貧煤、高灰分和高水分的劣質(zhì)煤等。能在運(yùn)行中補(bǔ)充鋼球，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障也少，運(yùn)行安全可靠。磨煤機(jī)的選用與煤種特性、要求經(jīng)濟(jì)細(xì)度及鍋爐負(fù)荷有關(guān)。3.3.2 制粉系統(tǒng)的分類 不同性質(zhì)的燃料，不同負(fù)荷的鍋爐以及與燃燒器的配合情況，有多種不同的制粉系統(tǒng)。對(duì)于電站鍋爐，主要分為中間儲(chǔ)倉(cāng)式和直吹式兩種制粉系統(tǒng)。中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于磨制合格的煤粉全部?jī)?chǔ)存在中間煤粉倉(cāng)內(nèi)，然后經(jīng)過(guò)給粉機(jī)按鍋爐燃燒需要量供給鍋爐燃燒使用。由于中間有個(gè)煤倉(cāng)，所以磨煤機(jī)的運(yùn)行處理不必時(shí)刻與鍋爐配合，制粉量不必與燃煤量一致，故其運(yùn)行有一定的獨(dú)立性，可以一直保持在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷下運(yùn)行，并保證整個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性。這種系統(tǒng)最適合配用調(diào)節(jié)性能較差的鋼球磨煤機(jī)。直吹式制粉系統(tǒng)中，磨制合格的煤粉全部直接送入鍋爐內(nèi)燃燒。因此每臺(tái)鍋爐所有磨煤機(jī)制粉量之和應(yīng)時(shí)時(shí)與鍋爐煤粉消耗量一致，即制粉量隨鍋爐負(fù)荷變化而變化，運(yùn)行可靠性相對(duì)較低。3.4 本章小結(jié)為更好的組織四角切圓燃燒流場(chǎng)，本設(shè)計(jì)中爐膛的橫斷面設(shè)計(jì)為正方形，四個(gè)燃燒器分別置在爐膛下部四角處。因本設(shè)計(jì)使用的煤種是無(wú)煙煤，不易燃燒，為保證鍋爐的可靠運(yùn)行及煤粉的可靠供應(yīng)，故采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)，與鋼球磨煤機(jī)配合使用。第4章 直流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)4.1 引言燃燒器的設(shè)計(jì)包括一、二、三次風(fēng)的選取和燃燒器個(gè)噴口具體具體尺寸的設(shè)計(jì)。4.2 直流燃燒器各種風(fēng)的設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)煤種為無(wú)煙煤，揮發(fā)分很低只有9%，而固定碳含量較高，不易著火和燃盡。為了保證燃燒的穩(wěn)定性，必須保持較高的爐膛溫度，因此在燃燒器的一、二、三次風(fēng)的選取上采?。海?） 為了保證著火的穩(wěn)定性，減少煤粉氣流的著火熱，我國(guó)燃用無(wú)煙煤的鍋爐均采用熱風(fēng)送粉，熱風(fēng)溫度一般選取為380420，故采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)。這時(shí)還有1015%的煤粉和高濕度低溫度的干燥劑（100），只能作為三次風(fēng)送入爐膛，三次風(fēng)噴口應(yīng)布置在上二次風(fēng)噴口以上一定距離處，采用較高的風(fēng)速，使其能穿透高溫?zé)煔膺M(jìn)入爐膛中心。三次風(fēng)應(yīng)不影響爐膛內(nèi)燃燒中心的燃燒過(guò)程，又能加強(qiáng)爐內(nèi)氣體的擾動(dòng)和混合，同時(shí)有利于三次風(fēng)中細(xì)粉的燃盡。（2） 有的低揮發(fā)分煤種的直流燃燒器的一次風(fēng)噴口四周包有一層速度較高的二次風(fēng)，稱之為周界風(fēng)。周界風(fēng)風(fēng)層薄，風(fēng)速高，有利于將高溫?zé)煔饩砦胍淮物L(fēng)氣流中。周界風(fēng)的風(fēng)量一般為二次風(fēng)量的10%左右，風(fēng)速為3045m/s，風(fēng)層厚度為1525mm。（3） 磨煤廢氣作為三次風(fēng)在爐膛上部噴入，三次風(fēng)量按照制粉系統(tǒng)而定，一般約占總風(fēng)量的1020%，對(duì)高水分和高灰分的劣質(zhì)煤，三次風(fēng)量有可能達(dá)到2530%。（4） 二次風(fēng)的作用是及時(shí)提供煤粉燃燒所需要的氧氣，并加強(qiáng)爐內(nèi)氣體的擾動(dòng)混合，故要求二次風(fēng)射流對(duì)煙氣的貫穿力較大，故二次風(fēng)風(fēng)速選取較高，并且還應(yīng)保持一定的一、二次風(fēng)風(fēng)速比。燃燒器一、二、三次風(fēng)的選取設(shè)計(jì)計(jì)算如下表4-1：表4-1 燃燒器設(shè)計(jì)計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)公式或來(lái)源結(jié)果單位1 計(jì)算燃料消耗量查表413 2 燃料低位發(fā)熱量給定26400 3 理論空氣量查表17 4 爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)查表21 5 爐膛漏風(fēng)系數(shù)查表20.16 爐膛漏風(fēng)率87 空氣預(yù)熱器出口風(fēng)溫給定370 8 一次風(fēng)率查表8-425 9 一次風(fēng)溫（送粉風(fēng)溫）選取380 10 一次風(fēng)速查表8-2723 11 一次風(fēng)量65 12 三次（磨煤廢氣）風(fēng)率選取20 13 三次風(fēng)溫選取80 14 三次風(fēng)速查表8-2750 15 三次風(fēng)量28 16 二次風(fēng)率47 17 二次風(fēng)溫360 18 二次風(fēng)速查表8-2748 19 二次風(fēng)量118 4.3 直流燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取：（1） 為了提高著火區(qū)域氣流中的煤粉濃度，推遲一、二次風(fēng)的混合，一次風(fēng)噴口采用集中布置，即分級(jí)配風(fēng)的燃燒器型式。（2） 為了增加一次風(fēng)射流與周圍高溫?zé)煔獾慕佑|面積，噴口常設(shè)計(jì)成直立狹長(zhǎng)型，以增加一次風(fēng)射流周界，但其高寬比也不易過(guò)大，否則射流剛性變差而偏離導(dǎo)致爐膛及受熱面結(jié)渣。當(dāng)采用一次風(fēng)噴口集中布置，并用共同的周界風(fēng)包圍時(shí)，它的高寬比應(yīng)小于4。（3） 為了不干擾一次風(fēng)煤粉氣流的著火過(guò)程，二次風(fēng)采用分級(jí)送入的方式，在燃燒發(fā)展階段，將二次風(fēng)分級(jí)逐步加入。一般二次風(fēng)噴口布置在一次風(fēng)噴口的上、下方，上方的二次風(fēng)噴口又分為兩個(gè)，下方布置一個(gè)。一般情況下二次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)為可擺動(dòng)形式，以便控制二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合時(shí)間。（4） 各噴口間間距的選取應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，過(guò)大則燃燒器整體過(guò)于狹長(zhǎng)，過(guò)小則風(fēng)量過(guò)于集中，混合時(shí)間過(guò)小，對(duì)燃燒不利。燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見下表4-2：表4-2 燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果單位1 燃燒器數(shù)量四角切圓布置4 個(gè)2 每個(gè)燃燒器的標(biāo)準(zhǔn)出力10 3 一次風(fēng)口總面積3 4 二次風(fēng)口總面積2 5 三次風(fēng)口總面積1 6 每個(gè)燃燒器一次風(fēng)噴口個(gè)數(shù)查表8-31選取3 個(gè)7 每個(gè)燃燒器二次風(fēng)噴口個(gè)數(shù)選取3 個(gè)8 每個(gè)燃燒器三次風(fēng)噴口個(gè)數(shù)選取1 個(gè) 表4-2（續(xù)表）序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果單位9 每個(gè)一次風(fēng)噴口截面積0.235510 每個(gè)三次風(fēng)噴口截面積0.140511 一次風(fēng)噴口高寬比選取3 12 一次風(fēng)噴口寬度307 13 一次風(fēng)噴口高度76714 三次風(fēng)噴口截面直徑42315 周界風(fēng)風(fēng)層厚度選取25 16 周界風(fēng)風(fēng)速選取40 17 周界風(fēng)風(fēng)量選取二次風(fēng)量的6.7%8.024 18 周界風(fēng)風(fēng)口截面積0.200619 每個(gè)二次風(fēng)噴口截面積0.189720 二次風(fēng)噴口寬度選取360 21 二次風(fēng)噴口高度52722 一次風(fēng)噴口間間距由周界風(fēng)截面積算得120 23 上二次風(fēng)噴口間間距查表8-15250 24 一、上二次風(fēng)噴口間間距查表8-15選取310 25 一、下二次風(fēng)噴口間間距查表8-15選取200 26 三、上二次風(fēng)噴口間間距查表8-15選取210 27 燃燒器間距離與爐膛寬度同9.786 28 燃燒器假想切圓直徑1200 29 下二次風(fēng)邊緣到灰斗轉(zhuǎn)折點(diǎn)查表8-14選取1500 燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成。4.4 本章小結(jié)本設(shè)計(jì)中根據(jù)無(wú)煙煤的煤種特性，先對(duì)一、二、三次風(fēng)的風(fēng)溫、風(fēng)速、風(fēng)量等進(jìn)行合理的選取，并選定各種風(fēng)噴口的個(gè)數(shù)，后對(duì)各噴口的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)（選定高寬比）。給出噴口的布置方式（一次風(fēng)噴口集中布置，一個(gè)下二次風(fēng)噴口，兩個(gè)上二次風(fēng)噴口，三次風(fēng)噴口布置在最上方），在合理范圍內(nèi)選取各噴口間間距，保證燃燒器整體的高寬比合適。 第5章 用fluent軟件計(jì)算四角切圓流場(chǎng)5.1 引言fluent軟件是用來(lái)計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題的程序。故可用來(lái)計(jì)算燃燒器組織的切圓燃燒的爐內(nèi)流動(dòng)場(chǎng)。5.2 fluent軟件簡(jiǎn)介fluent是用于計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱的程序，它提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的集合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效。可以生成的網(wǎng)格包括二維的三角形和四邊形網(wǎng)格，三維的四面體、六面體和混合網(wǎng)格。fluent還可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整整個(gè)網(wǎng)格，這種網(wǎng)格的自適應(yīng)能力對(duì)于精確求解有較大梯度的流場(chǎng)有非常大的好處。且由于網(wǎng)格自適應(yīng)調(diào)整只是在需要加密的整個(gè)流場(chǎng)區(qū)域里實(shí)施，而非整個(gè)流場(chǎng)，故可以節(jié)約計(jì)算時(shí)間。5.2.1 fluent的組成fluent的程序軟件包括以下幾個(gè)部分：（1） gambit用于建立幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格生成，為fluent的模型讀入計(jì)算準(zhǔn)備條件；（2） fluent用于進(jìn)行流動(dòng)模擬計(jì)算的求解器；（3） prepdf用于模擬pdf的燃燒過(guò)程；（4） tgrid用于從現(xiàn)有邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格；（5） filters轉(zhuǎn)換其他程序生成的網(wǎng)格，用于fluent計(jì)算。fluent軟件功能強(qiáng)大，復(fù)雜難懂。雖完全滲透不易，但是簡(jiǎn)單的基本操作還是具有很大的可掌握性。本設(shè)計(jì)主要涉及到的是gambit和fluent這兩大基本部分。用gambit繪出計(jì)算模型，劃分網(wǎng)格并設(shè)置邊界條件，后用fluent讀取模型進(jìn)行計(jì)算5.2.2 fluent程序的求解步驟和問(wèn)題fluent的求解步驟：（1）確定幾何形狀，用gambit生成計(jì)算網(wǎng)格，也可讀入其他指定程序生成的網(wǎng)格；（2）輸入并檢測(cè)網(wǎng)格；（3）選擇求解器（2d、3d）；（4）選擇求解方程：層流或湍流或無(wú)粘流、化學(xué)組分或化學(xué)反應(yīng)、傳熱模型等，并確定其他需要的模型，如：風(fēng)扇，熱交換器等模型；（5）確定流體的材料物性；（6）確定邊界類型及邊界條件；（7）條件計(jì)算控制參數(shù)；（8）流場(chǎng)的初始化；（9）求解計(jì)算；（10）保存結(jié)果，進(jìn)行后處理等。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，fluent求解器的選取有四種：（1） fluent 2d二維單精度求解器；（2） fluent 3d三維單精度求解器；（3） fluent 2ddp二維雙精度求解器；（4） fluent 3ddp三維雙精度求解器。fluent可求解的問(wèn)題非常廣泛：可壓縮流體和不可壓縮流動(dòng)問(wèn)題；穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)問(wèn)題；無(wú)粘流、層流及湍流問(wèn)題；對(duì)流換熱問(wèn)題；兩相流問(wèn)題；復(fù)雜表面形狀下的只有流動(dòng)問(wèn)題等等。本設(shè)計(jì)所涉及的是dpm離散相的問(wèn)題。對(duì)煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，采用離散相模型進(jìn)行計(jì)算。顆粒軌跡的計(jì)算基于連續(xù)相空氣流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，且離散相（煤粉顆粒）的質(zhì)量和動(dòng)量在流場(chǎng)中的承載率很低，對(duì)連續(xù)相空氣的流場(chǎng)沒(méi)有影響，故此種計(jì)算方法是可行的。5.3 fluent軟件流場(chǎng)計(jì)算問(wèn)題描述：一、二、三次風(fēng)分別以垂直于燃燒器（分置于爐膛四角）各噴口的速度方向以直流射流方式射入爐膛內(nèi)部，在爐內(nèi)組織流動(dòng)場(chǎng)。所研究的內(nèi)容是爐內(nèi)冷態(tài)的流場(chǎng)，得出煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，即冷態(tài)模擬。問(wèn)題簡(jiǎn)化：（1） 本例中噴口布置情況較為復(fù)雜，一次風(fēng)噴口集中布置，四周包含有共同的周界風(fēng)，由于周界分層厚度較小，不利于網(wǎng)格的劃分，故在模擬計(jì)算時(shí)，將周界風(fēng)忽略掉。另外三次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)為圓形，也增加了網(wǎng)格劃分的復(fù)雜性，故將三次風(fēng)噴口簡(jiǎn)化為正方形。（2） 本例的采取dpm離散相的模擬方法：先模擬單相空氣的流動(dòng)場(chǎng)，后采用defineinjection指令，插入細(xì)粉粒子射流，通過(guò)演示得出煤粉的運(yùn)動(dòng)軌跡。5.3.1 用gambit建立計(jì)算模型用gambit創(chuàng)建計(jì)算模型，并設(shè)定邊界條件劃分網(wǎng)格，用以fluent流場(chǎng)的計(jì)算，具體步驟如下。步驟一：?jiǎn)?dòng)gambit并選定求解器（fluent5/6）。步驟二：創(chuàng)建模型分別按設(shè)計(jì)尺寸畫出爐膛、冷灰斗及燃燒器，通過(guò)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、融合等指令，將燃燒器與爐膛冷灰斗融合為一個(gè)整體。如圖5-1、5-2所示。 圖5-1 爐膛燃燒器整體 圖5-2 燃燒器步驟三：網(wǎng)格的劃分（1） 打開mesh edges 對(duì)話框，選中爐膛下部四個(gè)燃燒器，如圖5-3所示，將其進(jìn)行線節(jié)點(diǎn)劃分。選中g(shù)rading apply，選中spacing apply，將interval size 設(shè)置為0.03，選中mesh，其余默認(rèn)。（2） 打開mesh volumes 對(duì)話框，選中整個(gè)volumes，如下圖5-4所示。選中scheme apply，選中spacing apply，將interval size 設(shè)置為0.25，選中mesh，得出網(wǎng)格劃分情況。如圖5-5、5-6所示。 圖5-3 燃燒器邊界線節(jié)點(diǎn)劃分選取 圖5-4 爐膛整體網(wǎng)格劃分選取 圖5-5 爐膛整體網(wǎng)格 圖5-6 燃燒器噴口網(wǎng)格步驟四：邊界條件類型的指定打開specify boundary types 對(duì)話框，通過(guò)一系列的設(shè)置，得到所需的邊界條件將一、二、三次風(fēng)噴口截面選中（分別將一、二、三次風(fēng)噴口截面命名為1cf、2cf、3cf），邊界類型設(shè)置為velocity-inlet，將爐膛上部出口截面（命名為chukou）設(shè)置為pressure-outlet。注意：對(duì)其他未設(shè)置的面，默認(rèn)為固壁。步驟五：輸出網(wǎng)格文件打開file-export-mesh 對(duì)話框，進(jìn)行網(wǎng)格輸出為ransq.msh，得到網(wǎng)格文件。5.3.2 利用fluent 3d求解器進(jìn)行求解運(yùn)用離散相dpm計(jì)算模型，計(jì)算煤粉顆粒在爐膛內(nèi)部的運(yùn)行軌跡。1、 啟動(dòng)fluent三維雙精度計(jì)算器，讀入網(wǎng)格文件ransq.msh。網(wǎng)格讀入后，執(zhí)行g(shù)rid-check指令，得到反饋消息done。2、 創(chuàng)建連續(xù)相計(jì)算模型（1） 設(shè)置求解器。操作：define-models-solver，選中steady，啟用定常、隱式、非耦合求解器。（2） 選取紊流模型。操作：define-models-viscous，選取k-epsilon紊流模型，彈出設(shè)置對(duì)話框，保持默認(rèn)設(shè)置。（3） 選取默認(rèn)材料。操作：define-mate