[发明专利]旋风分离器易磨损靶区的预测方法

说明书

本申请公开了一种旋风分离器易磨损靶区的预测方法，该方法包括：对旋风分离器进行几何建模，得到旋风分离器的几何模型；构建旋风分离器内部气固混合物瞬态流动的数学模型，采用四向耦合方法对气固混合物进行建模，并采用复合欧拉—拉格朗日方法处理气固混合物中的颗粒；通过数值模拟得到稳定状态下颗粒的位置和速度分布，并根据颗粒的位置和速度分布确定贴近旋风分离器的入口烟道壁面处的颗粒首次与壁面碰撞的位置，得到旋风分离器易磨损靶区，无须现场数据和实验即可低成本确定靶区的位置和面积。

技术领域

本申请涉及锅炉技术领域，特别涉及一种旋风分离器易磨损靶区的预测方法。

背景技术

旋风分离器是循环流化床锅炉的重要组成部件，其作用是将循环物料与高温烟气分离，维持锅炉运行的物料循环。通常情况下，循环流化床锅炉入口烟道中的高温烟气流含有高浓度的颗粒，颗粒与高温烟气质量流量比在2-8之间。进入分离器筒体后颗粒与旋风分离器壁面第一次发生碰撞的区域被称作靶区。颗粒在该区域具有较大的撞击速度和角度，因此靶区极易磨损，进而导致旋风分离器分离效率的降低，严重时可造成锅炉的停机。靶区一般敷设有耐磨耐火材料，但这些材料容易磨损、脱落并引发分离器故障，国内绝大多数循环流化床锅炉都出现过不同程度的靶区磨损。据统计，分离器故障中约有一半是耐磨耐火材料损坏引起的，如果分离器出现故障，将会带来以下问题：(1)细颗粒煤得不到有效燃烧影响锅炉运行；(2)飞灰量增大加剧尾部受热面的磨损，增加除尘设备工作压力；(3)进入循环回路的循环灰量减少、循环量下降，影响炉膛传热；(4)极端情况下如果立管堵塞或汽(水)冷分离器受热面泄漏，锅炉将被迫停炉。

为了预防磨损，靶区通常敷设有成本较高的高性能耐磨耐火材料(这种材料的价格是常规材料的3倍-5倍)。因此，为了既保证循环流化床锅炉的可用率和长运行周期，又降低建造成本，需要准确地判断旋风分离器靶区的位置。然而分离器靶区受运行负荷、燃料种类、旋风分离器结构等多种因素的影响，需要通过大量现场数据和反复实验方能确定。

发明内容

本申请提供一种旋风分离器易磨损靶区的预测方法，无须现场数据和实验即可低成本确定旋风分离器靶区位置和面积。

本申请第一方面实施例提供一种旋风分离器易磨损靶区的预测方法，包括以下步骤：对旋风分离器进行几何建模，得到所述旋风分离器的几何模型；构建所述旋风分离器内部气固混合物瞬态流动的数学模型，采用四向耦合方法对所述气固混合物进行建模，并采用复合欧拉—拉格朗日方法处理所述气固混合物中的颗粒；通过数值模拟得到稳定状态下颗粒的位置和速度分布，并根据所述颗粒的位置和速度分布确定贴近所述旋风分离器的入口烟道壁面处的颗粒首次与壁面碰撞的位置，得到所述旋风分离器易磨损靶区。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述几何模型包括入口烟道、柱形筒体、锥形段、排气管，所述几何模型中高温烟气与颗粒的入口面为炉膛与所述入口烟道的交界面，所述旋风分离器上出口面为所述排气管与尾部烟道的交界面，下出口为所述锥形段与料腿的交界面。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述构建所述旋风分离器内部气固混合物瞬态流动的数学模型，采用四向耦合方法对所述气固混合物进行建模，并采用复合欧拉-拉格朗日方法处理所述气固混合物中的颗粒，包括：

采用四向耦合方法，基于气相对颗粒的作用力，颗粒对气相的反作用力以及颗粒间的作用力，气相连续性方程与动量守恒方程构建所述数学模型：

其中，α_g为气相体积分数，ρ_g为气相密度，u_g为气相速度，u_s为颗粒速度，t为时间，p为压力，β为气固相间曳力系数，τ_g为气相应力张量，g为重力加速度；

对于单个颗粒，在运动过程中受到气相曳力、重力、压差阻力和颗粒间作用力，颗粒的运动方程可为：