王承亮

摘? ?要：制粉系統(tǒng)出口煤粉管道可調(diào)縮孔調(diào)整對粉管風速的影響是非常明確的，也是制粉系統(tǒng)利用可調(diào)縮孔進行冷態(tài)調(diào)平試驗的理論基礎;但煤粉管道可調(diào)縮孔調(diào)整對粉管煤粉濃度及煤粉細度的影響程度沒有明確的結(jié)論。本文通過數(shù)值模擬的方法，以制粉系統(tǒng)分離器內(nèi)各粉管不同入口靜壓間接研究可調(diào)縮孔調(diào)整對粉管煤粉濃度及煤粉細度的影響;通過數(shù)值模擬分析，得出了各粉管不同入口靜壓對粉管煤粉濃度及煤粉細度的影響規(guī)律，并根據(jù)試驗結(jié)果提出了制粉系統(tǒng)調(diào)平工作的優(yōu)化建議。

關鍵詞：制粉系統(tǒng)? 可調(diào)縮孔? 煤粉濃度? 數(shù)值模擬? 冷態(tài)調(diào)平

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0047-04

Abstract： The effect of adjustable shrinkage hole adjustment of pulverized coal pipeline at the outlet of pulverized coal pulverizing system on the wind speed of pulverized coal pipeline is very clear， which is also the theoretical basis of cold leveling test of pulverized coal system using adjustable shrinkage hole. However， there is no clear conclusion about the effect of adjustable shrinkage hole adjustment of pulverized coal pipeline on pulverized coal concentration and pulverized coal fineness. In this paper， the influence of adjustable shrinkage hole adjustment on pulverized coal concentration and pulverized coal fineness in pulverized coal separator is studied indirectly by means of numerical simulation， and the influence law of different inlet static pressure on pulverized coal concentration and pulverized coal fineness in pulverized coal pipe is obtained through numerical simulation analysis， and the optimization of pulverized coal leveling in pulverized coal system is put forward based on the experimental results.

Key Words： Pulverizing system; Adjustable shrinkage hole ;Pulverized coal concentration; Numerical simulation;Cold leveling

火電廠中制粉系統(tǒng)負責為鍋爐提供適合燃燒的煤粉，制粉系統(tǒng)是入爐煤摻配和鍋爐燃燒的中間環(huán)節(jié)，也可以這樣說，制粉系統(tǒng)為鍋爐做“飯”，一旦制粉系統(tǒng)做的“飯”不合鍋爐燃燒的“胃口”，鍋爐燃燒系統(tǒng)就會出現(xiàn)“上吐下瀉”、“感冒發(fā)燒”等異常，直接影響鍋爐安全經(jīng)濟運行。那么如何確定制粉系統(tǒng)磨制的煤粉和輸送煤粉質(zhì)量是合格的，實際上制粉系統(tǒng)正常運行中有很多質(zhì)量指標，如煤粉細度、煤粉均勻性、煤粉濃度、各粉管風速均勻性、各粉管煤粉濃度均勻性、煤粉風速、風粉混合物溫度等[1]，這些指標根據(jù)入爐煤煤質(zhì)及鍋爐燃燒型式都會有合理的指標范圍，但一般各粉管風速均勻性偏差小于5%、各粉管煤粉濃度均勻性偏差小于10%是普遍要求，這也是制粉系統(tǒng)重點要保證的煤粉質(zhì)量指標;若各粉管風速及煤粉濃度偏差超過標準，勢必會導致鍋爐燃燒負荷分布不均勻，使得鍋爐溫度場波動較大、受熱面壁溫超溫、燃燒穩(wěn)定性降低、鍋爐燃燒效率降低等異常，而制粉系統(tǒng)粉管風速偏差是通過制粉系統(tǒng)可調(diào)縮孔進行冷態(tài)調(diào)平消除，可調(diào)縮孔調(diào)平粉管風速的同時是否也同時調(diào)整了粉管的煤粉濃度、煤粉細度。故本文通過數(shù)值模擬的方法重點研究可調(diào)縮孔調(diào)整對煤粉風速、煤粉濃度和煤粉細度的影響。

1? 煤粉分離器模型建立與邊界條件

本文選用某電廠軸向分離器為研究對象其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示[2]，主要由入口管，回粉管，內(nèi)外椎體、出粉管（4根，進入同層4只燃燒器切向進入形成切圓燃燒），軸向擋板和出口管構(gòu)成。利用Gambit軟件建立模型，模型尺寸采用原始尺寸。采用Tgrid的形式對模型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格總數(shù)為，網(wǎng)格節(jié)點為，最小網(wǎng)格體積為6.0949e-7，最大網(wǎng)格體積為7.8735e-5。

在Gambit中對模型確定邊界類型，然后再在Fluent軟件中進行邊界參數(shù)的設定。在模擬中認為粗粉分離器的回粉管處于關閉狀態(tài)，因此出口邊界條件為wall邊界[3]。模擬中氣相為空氣，密度為1.225kg/m3，顆粒相為無煙煤顆粒，密度為1550kg/m3，顆粒粒徑為10～230μm之間，進口氣相流速與離散相流速相等，均設定為15m/s。對于離散相的模擬是基于拉格朗日坐標系，采用離散相模型進行求解，采用相間耦合的方法來模擬不同粒徑顆粒的運動軌跡，忽略離散相對于連續(xù)相流場的影響。顆粒運動過程中，碰撞壁面后速度將會存在一定的損失，在Fluent中將給定一定速度損失系數(shù)。

氣固兩相流流體由進口管進入粗粉分離器，較小粒徑的部分顆粒經(jīng)過軸向擋板，由出口管飛離粗粉分離器;較大粒徑的部分顆粒，由于壁面的撞擊和重力作用，未能通過軸向擋板，則下落進入回粉管，或者部分經(jīng)過軸向擋板，在擋板上部隨氣流旋轉(zhuǎn)，受到離心作用而被分離。

2? 不同出口靜壓對于出口顆粒粒徑分布、煤粉細度的影響

因為煤粉管道可調(diào)縮孔調(diào)整可以間接影響到煤粉管入口靜壓，所以本文將煤粉管道可調(diào)縮孔調(diào)整轉(zhuǎn)換為改變粉管入口靜壓進行分析。

（1）壓力邊界條件下各個出粉管出口速度大小分析。

分別設定分離器4個出口（粉管入口）邊界條件為壓力出口，靜壓值分別為X+=1460Pa，X-=1750Pa，Y+=1520Pa，Y-=1780Pa。連續(xù)相與離散相進口流速均為15m/s，進口煤粉顆粒的粒徑仍為10～230μm之間的粒徑分布，R90=20%。經(jīng)過Fluent計算后，分別統(tǒng)計出口顆粒的分布，分別得到出口速度分布，顆粒流量以及出口各粉管煤粉顆粒R90。壓力邊界條件下各粉管出口氣流的速度大小詳見圖2。

圖2為壓力邊界條件下各粉管出口氣流的速度分布，由于各出口處的靜壓值不一樣且有較大差異，而造成出口處速度分布也各不相同，從而攜帶煤粉顆粒的能力也有所不同。由出口總壓一定，靜壓越小則動壓越大。由于X+與Y+出口靜壓較小，則氣流所克服的系統(tǒng)阻力較小，因此出口氣流的速度均高于X-與Y-出口。

（2）壓力邊界條件下各個出粉管各粒徑煤粉質(zhì)量分布分析。

煤粉氣流速度越高，攜帶顆粒的能力也越強，則攜帶較大煤粉顆粒的能力增加，故影響各粉管出口煤粉顆粒的質(zhì)量流量，從而進一步對爐膛燃燒造成一定干擾。圖3為粗粉分離器出口不同粒徑煤粉顆粒的質(zhì)量流量，對于小于90μm的煤粉顆粒，基本上呈現(xiàn)速度對于顆粒的攜帶能力。而對于大于150μm的煤粉顆粒，它們隨氣流的跟隨性較弱。

根據(jù)分離器出口不同粒徑煤粉顆粒質(zhì)量流量分布情況分析，煤粉顆粒直徑10μm的煤粉對于粉管入口靜壓反映不敏感，基本呈現(xiàn)煤粉質(zhì)量均勻分布;煤粉顆粒直徑30μm的煤粉對于粉管入口靜壓反映也不敏感，基本呈現(xiàn)煤粉質(zhì)量均勻分布;煤粉顆粒直徑50μm的煤粉對于粉管入口靜壓反映開始敏感，粉管入口靜壓較小的X+與Y+粉管質(zhì)量流量明顯較高;煤粉顆粒直徑70μm的煤粉對于粉管入口靜壓反映較敏感，粉管入口靜壓較小X+與Y+粉管質(zhì)量流量明顯較高;煤粉顆粒直徑85μm的煤粉對于粉管入口靜壓反映的規(guī)律出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，粉管入口靜壓較小X+出口煤粉質(zhì)量份額與X-與Y-出口基本一致，而Y+粉管質(zhì)量流量明顯相對增高（與Y+粉管在分離器內(nèi)位置有關，即受分離器出口流場影響）;煤粉顆粒直徑130μm、150μm、230μm的煤粉對于粉管入口靜壓反映的規(guī)律性變差，表明大直徑煤粉顆粒攜帶跟隨性較差，但總體還是反映粉管入口靜壓小的煤粉質(zhì)量份額高。

（3）壓力邊界條件下各個出粉管出口煤粉細度分析。

壓力邊界條件下各粉管出口煤粉顆粒R90分布詳見圖4。根據(jù)圖4四個粉管煤粉細度數(shù)據(jù)分析，還是粉管入口靜壓較小的X+與Y+粉管相對較高，也即是因為X+與Y+粉管風速高、攜帶能力強，大顆粒煤粉份額相對偏多所致。

（4）壓力邊界條件下對粉管煤粉濃度、煤粉細度影響分析。

綜合上述分析，表明通過改變分離器出口或粉管入口靜壓是可以在一定程度上改變小粒徑煤粉顆粒（直徑小于85μm）進入粉管的煤粉質(zhì)量，同時也可以輔助調(diào)整粉管煤粉細度R90，即可以通過調(diào)整粉管可調(diào)縮孔調(diào)節(jié)粉管入口靜壓來輔助調(diào)節(jié)粉管煤粉質(zhì)量分布，但通過以上分析，單純通過調(diào)整粉管入口靜壓是不能將粉管煤粉質(zhì)量均勻性調(diào)整到合格標準以上，還要通過優(yōu)化分離器內(nèi)部流場或在分離器內(nèi)部加裝煤粉流調(diào)整擋板的方式實現(xiàn)。當然，煤粉分離器出口煤粉顆粒的粒徑分布還與分離器結(jié)構(gòu)，進口顆粒粒徑，擋板開度等因素相關，但究其原因則是內(nèi)部流場的分布對于顆粒的運動軌跡起決定作用。

3? 制粉系統(tǒng)調(diào)平工作建議

根據(jù)以上分析，通過調(diào)整制粉系統(tǒng)分離器出口煤粉管道可調(diào)縮孔，即間接調(diào)整粉管入口靜壓的方式可以調(diào)整粉管風粉、煤粉粒徑分布、煤粉濃度及煤粉細度;所以制粉系統(tǒng)調(diào)平工作就顯得尤為重要，大多數(shù)單位都是通過調(diào)整粉管可調(diào)縮孔進行制粉系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)平，將同層的四個粉管風速偏差控制在5%以內(nèi);但實際上制粉系統(tǒng)熱態(tài)運行工況與冷態(tài)運行工況相差甚遠，即制粉系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)平熱態(tài)運行后粉管風速均勻性偏差會遠遠大于5%的控制標準要求。因為冷態(tài)調(diào)平時是冷風的調(diào)平，而熱態(tài)調(diào)平時是風粉混合物的調(diào)平，高溫風粉混合物的阻力特性與冷空氣阻力特性相差很大，導致制粉系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)平熱態(tài)運行后各粉管風粉混合物風速偏差又達到20%以上，此種運行狀況嚴重導致了各粉管煤粉濃度、煤粉粒徑分布、煤粉細度偏差增大，嚴重影響鍋爐燃燒調(diào)整。故建議進行制粉系統(tǒng)熱態(tài)調(diào)平，以盡可能均勻各粉管風速、煤粉濃度、煤粉粒徑分布、煤粉細度，為鍋爐安全高效燃燒提供更加有利的條件。

4? 結(jié)語

本文通過數(shù)值模擬的方法，以制粉系統(tǒng)分離器內(nèi)各粉管不同入口靜壓間接研究可調(diào)縮孔調(diào)整對粉管煤粉濃度及煤粉細度的影響，得出了各粉管不同入口靜壓對粉管煤粉濃度及煤粉細度的影響規(guī)律，并針對現(xiàn)制粉系統(tǒng)調(diào)平工作存在的問題，提出了制粉系統(tǒng)調(diào)平中的優(yōu)化運行建議，為制粉系統(tǒng)和鍋爐安全高效燃燒積累了經(jīng)驗。

參考文獻

[1] 王建平.制粉系統(tǒng)優(yōu)化運行分析[J].科技創(chuàng)新導報，2011（34）：128-129.

[2] 劉志勇，張志國，周懷春，等.軸向型粗粉分離器特性的數(shù)值模擬研究[J].湖北電力，2006（2）：12-14.

[3] 賈勇，張銳，范少泉.基于計算流體力學的粗粉分離器的改進與研究[J].東北電力學院學報，2005（4）：70-74.