流化床布風(fēng)板結(jié)構(gòu)對(duì)流場影響的數(shù)值模擬研究.pdf

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1、第34卷第5期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．34．No．52014年10月JournalOfNortheastDianliUniversity0ct．．2014文章編號(hào)：1005-2992(2014)05—0039—04流化床布風(fēng)板結(jié)構(gòu)對(duì)流場影響的數(shù)值模擬研究李少華，張銳2，車德勇(1．中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院，北京100033；2．東北電力大學(xué)，吉林吉林132012；3．華北電力大學(xué)，河北保定071003)摘要：應(yīng)用CFD軟件Fluent對(duì)流化床爐內(nèi)布風(fēng)板人口0．5m段進(jìn)行冷態(tài)流場模擬。研究在一定的開孔率下不同的布風(fēng)板板孔布置(正方形、圓形和三角形)與不同開孔直徑(

2、0．5mm、0．6mm、0．8mm)下對(duì)流化床冷態(tài)流場與布風(fēng)板壓降的影響。最終實(shí)驗(yàn)表明：孔徑為0．5mm、板孔三角形結(jié)構(gòu)的布風(fēng)板更容易使氣流穩(wěn)定，有益于物料的正常流化。關(guān)鍵詞：布風(fēng)板；數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A目前，流化床已廣泛應(yīng)用于煤氣化、發(fā)電、化工產(chǎn)業(yè)等方面。良好的流化狀態(tài)是流化床穩(wěn)定、高效運(yùn)行的先決條件。布風(fēng)板作為流化床的重要部件之一，起到承載物料，均勻流化床內(nèi)氣流分布，并在流化床內(nèi)形成等壓風(fēng)室等作用。若布風(fēng)板設(shè)計(jì)不合理，會(huì)嚴(yán)重影響流化床的穩(wěn)定運(yùn)行。Fluent作為CFD常用軟件因其經(jīng)濟(jì)快捷等特點(diǎn)被許多工程設(shè)計(jì)人員及高校科研人員在流體流動(dòng)、熱傳

3、導(dǎo)、化學(xué)反應(yīng)等方面廣泛應(yīng)用。CFD也應(yīng)用于研究流化床布風(fēng)板結(jié)構(gòu)及布風(fēng)板對(duì)流化狀態(tài)的影響等方面本文利用Fluent商用軟件模擬布風(fēng)板結(jié)構(gòu)對(duì)流化床內(nèi)流場特性的影響，考察布風(fēng)板開孔直徑和開孔方式與流化床布風(fēng)均勻性、布風(fēng)板壓降的關(guān)系，以期為流化床反應(yīng)器的工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。1模型建立及網(wǎng)格劃分本文模擬煤與生物質(zhì)共氣化的流化床氣化爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)，流化床直徑為50mm。對(duì)于中小型實(shí)驗(yàn)裝置，物料在布風(fēng)板上部0．5m內(nèi)的范圍反應(yīng)劇烈，轉(zhuǎn)化率較高。所以，選取距布風(fēng)板人口50mm，出El段500mm的部分進(jìn)行冷態(tài)模擬。流化床模擬段截面圖見圖1。圖1流化床截面實(shí)驗(yàn)的生物質(zhì)物料粒徑為1m

4、m～2mm，煤的物料粒徑為0．5mm～1．1mm。經(jīng)過雙組分流化速度的計(jì)算，當(dāng)入口風(fēng)速速度為0．5m／s時(shí)，可滿足雙組分的混合流化Ⅲ。與風(fēng)帽布風(fēng)板相比，多孔布風(fēng)板具有阻力小，加工容易價(jià)格便宜等特點(diǎn)?，因此本實(shí)驗(yàn)臺(tái)選擇多孔布風(fēng)板。綜合考慮布風(fēng)均勻性及物料粒徑，布風(fēng)板開孔直徑應(yīng)在0．3mm到1．2mm之間。本文選取開孔直徑為0．5mm、0．8mm、1mm，板孔布置為正方形排列、三角形排列與圓形排列。對(duì)于鼓泡床流化床，開孔率通常取2％一3％之間。開收稿日期：2014-09-11作者簡介：李少華(1957一)，男，黑龍江省友誼縣人，中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院院長，博士，博

5、士生導(dǎo)師，主要研究方向：流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)特性及防磨技術(shù)．42東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)第34卷板孔三角形排列穩(wěn)定速度相對(duì)較慢，這可能是由于這種特定的排列方式使得布風(fēng)板上方中心處形成了噴泉流態(tài)化；而對(duì)于板孔圓形排列的速度中線，出現(xiàn)了速度為負(fù)數(shù)的點(diǎn)。說明板孔為圓形分布的爐膛中心部分出現(xiàn)了回流，不利于流化床內(nèi)物料穩(wěn)定流化，所以不應(yīng)采用板孔圓形排列的方式。以上9中板孔排列方式中，孔徑為0．5mm，板孔三角形排列布風(fēng)均勻性最好，結(jié)合圖5b，這種排列方式壓力損失適中，所以選取這種結(jié)構(gòu)的布風(fēng)板作為流化床氣化爐反應(yīng)器的布風(fēng)裝置。3結(jié)論利用CFD軟件Fluent對(duì)流化床內(nèi)不同布風(fēng)板形式的空氣

6、流場進(jìn)行模擬，可以較為全面的反映布風(fēng)板結(jié)構(gòu)對(duì)流化床爐膛內(nèi)氣流分布的影響。這對(duì)減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)與開發(fā)費(fèi)用，以及研究難以測量的場量，都是十分有意義的。本文主要得出以下結(jié)論：(1)當(dāng)流化床人口風(fēng)速為0．5m／s時(shí)，板孔為三角形排列且孔徑為0．5mm時(shí)，氣流在距布風(fēng)板最短的距離達(dá)到均勻狀態(tài)。板孔排列為三角形排列時(shí)，開孔數(shù)越多，布風(fēng)越均勻；板孔排列為圓形排列時(shí)，流化床內(nèi)密相區(qū)容易形成流動(dòng)死區(qū)，甚至出現(xiàn)回流；正方形排列孔板，氣流分布的均勻性與孔徑大小的相關(guān)性不大。(2)對(duì)于相同排列形式的孔板，開孔率越高，布風(fēng)板壓損越?。婚_孔率不變的條件下，孔徑越小，壓損越大。(3)綜合分析壓力損

7、失及布風(fēng)板布風(fēng)均勻性，流化床布風(fēng)板選用板孔三角形排列，孔徑為0．5mm，開孔率為2．41％，開孔個(gè)數(shù)為241個(gè)。參考文獻(xiàn)[1]巴蘇，弗雷澤，循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M]．北京：科學(xué)出版社，1994．[2]岑可法，循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M]．北京：中國電力出版社，1998．[3]李勇，劉志友，安亦然．介紹計(jì)算流體力學(xué)通用軟件——nuent[J]．水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展，2001，16(2)，254—258．[4]魏新利，馬新輝．應(yīng)用Fluent軟件研究流化床中布風(fēng)板結(jié)構(gòu)[J]．能源工程，2006，15—19．[5]趙弦．循環(huán)流化床布風(fēng)板的冷態(tài)?；囼?yàn)及數(shù)值模擬[

8、D]．中國