技术分享 | CAE仿真技术在流化床锅炉设计中的应用简介

2018-01-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

流化床燃烧具有传热传质条件好,燃料适应范围广,氮氧化物排放量低,炉内脱硫效率高等优点,是清洁燃烧方式之一。流化床锅炉的设计涉及到复杂的多相流动,以及传热与传质问题。随着现代CAE仿真技术的日趋成熟,企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合,指导工程设计和优化,弥补和克服传统方法的缺陷,减少物理模型试验、节省产品开发成本,缩短开发周期,大幅度提高企业的市场竞争力。下文是CAE仿真技术在解决流化床锅炉研发过程中部分常见工程问题的简要介绍:

流化床锅炉内部流化特性研究

床层膨胀高度、流化状态
压降特征
煤与床料粒子的混合
粒子浓度分布,粒子速度
埋管及其他受热面的磨损问题

上面云图显示了沸腾流化床中的气体速度对固体循环速率的影响。

上图是利用FluentDEM分析流化床锅炉底部形状为V型时,内部颗粒群的流动情况。CFD仿真结果直观地反映了流化床底部形状对宽筛分粒子分层流化现象的影响。

关键部件设计问题

风箱,炉底进风布置及埋管等内部构件设计与分析
布风板开孔率及风帽结构布置设计与分析
回料阀的设计与分析
旋风分离器设计与分析

上图显示了固体流动形式和气体流线在不同瞬间的截图、固体体积比例分布,流场压力分布,以及固体和气体的速度矢量。由于内部挡板的存在,形成了非常强烈的局部气体循环。利用ANSYS CFD 欧拉多相流模型分析,能为流化床锅炉内部构件设计分析提供指导性帮助。

上图利用ANSYS CFD软件研究50MW容量的CFB锅炉的三维流体力学特性,模拟得到了垂直方向和水平方向上几个截面上的固体体积分率分布。图(a)反映了在燃烧室和回料器中都存在底部高密度和顶部稀释的现象,图(b)显示了固体颗粒体积分率的分布,这些仿真结果可以在流化床锅炉设计方案选型中提供实质性依据。