双节流环对磨煤机出口风粉管道压力调平影响研究

2024-03-18刘兵兵刘袖卢华平马治安董方潘威丞

中国设备工程 2024年5期

刘兵兵，刘袖，卢华平，马治安，董方，潘威丞

（1.四川广安发电有限责任公司，四川广安 638017；2.华电电力科学研究院有限公司，浙江杭州 310030；3.北京天地融创科技股份有限公司，北京 100013）

1 前言

制粉系统是煤粉锅炉系统中必不可少的一部分，送入锅炉的煤粉质量好坏将直接影响锅炉的安全经济运行。而现阶段多数电厂从磨煤机出口到达炉膛的过程中，由于一次风管长度、阻力不一，导致送入炉膛的风粉量偏差较大。以广安某DG2028/17.45-Ⅱ5 型亚临界锅炉为例,该锅炉为自然循环、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的П 型汽包炉，制粉系统采用中速磨煤机直吹式，设置6 台北京电力设备厂生产的ZGM-113G 型中速磨煤机，燃烧方式为前后墙对冲燃烧，燃烧器为BHK 设计得低NOx 燃烧器，共30 个分3 层布置。该制粉系统一次风粉分配均匀性较差，各风管长度、阻力不一，造成一次风在冷、热态下差异较大，引起送风粉量偏差大、煤粉管道堵塞问题，严重影响锅炉燃烧。

现有文献的研究结果显示，节流环可以有效调节风粉管道压力。为了解决实际广安电厂制粉系统管道煤粉不均的问题，拟在风粉管道安装可调节流环对管道内部流场进行调平，本文将基于CFD 数值模拟的方式对风粉管道内部的压力和煤粉量分布进行研究。

2 模型建立及边界条件设置

2.1 三维模型及网格划分

根据相关模型数据，对该电厂制粉系统建模后模型如图1 所示。改造锅炉共有六台磨煤机供应炉膛，每台磨煤机有5 组管道，管道直径为530mm。磨粉机A 为例，其弯头和管道长度如表1、表2 所示，可以看出，5 根管道的弯头数量和管道长度均偏差较大。

表1 磨煤机A 风粉管道弯头数及弯头半径表

表2 磨煤机A 风粉管道长度表

图1 制粉系统风粉管道三维模型

对上述物理模型进行网格划分，采用非结构化网格，其网格划分区域如图2 所示。对50、200、400 万网格进行模拟计算后，发现使用50 万网格数量模拟进行计算时结果发散，考虑节省计算资源，因此选择网格数量约为200 万。本文使用非结构网格的最大畸变度不超过0.9。

图2 制粉系统风粉管道网格模型

2.2 湍流模型的选取及边界条件设置

计算模拟采用双精度模拟方式，湍流模型为k-erealizable 模型，壁面处采用标准壁面处理。计算边界条件依据实际运行参数设置。网格的入口为速度入口，管道内平均速度大小为24m/s，出口管道为压力出口。计算过程忽略到达底部出口的影响。压力速度耦合主题选择SIMPLE 算法，动量、湍流动能、湍流耗散率均选用QUICK 算法。煤粉粒径为60um，质量流量为0.1kg/s，dpm 模型选择不与流体进行交互。

3 计算结果分析

建立模型并确定边界条件后，使用求解器完成模拟计算工作，并对模拟结果进行分析。得到磨煤机A 风粉管道的流线图如图3 所示，由图中可以明显看出，各个管道的降压偏差较大，管道较长的A4 和A5 速度更小，从而导致A4、A5 的煤粉输送量更少，进而导致燃烧过程的不均衡，影响锅炉燃烧质量。通过整理计算结果得到的参数表如表3 所示。