粗粉分离器挡板开度对煤粉粒子分离特性影响的数值研究
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第 ３６卷第 ２期 ２０１６年 ４月
东 北 电 力 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｄｉａｎｌｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文 章 编 号 ：１００５－２９９２（２０１６）０２—００３９—０６
Ｖｏ１．３６．Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２０１６
粗 粉 分 离 器 挡 板 开 度 对 煤 粉 粒 子 分 离 特 性 影 响 的 数 值 研 究
吕 太 ，丁 帅 ，程 超
（东北 电力大学 能源与动力工程学院 ，吉林 吉林 １３２０１２）
摘 要 ：中速磨 挡板调节是调节煤粉 细度 的主要手段 ，利用 ＣＦＤ模 拟软 件对 ＺＧＭ１１３Ｇ型磨煤机 的
粗 粉 分 离 器 进 行 建 模 ，并 模 拟 不 同挡 板 开度 下 分 离 器 内 部 场 变 化 和 颗 粒 运 动 轨 。 分 析 了 不 同粒 径 煤 粉
在燃 煤 电站 中 ，粗粉 分离 器是 制 粉 系统 锅 炉 燃 烧 系 统 重 要 的组 成 部 分 之 一 ＿２ Ｊ，要 保 证 良好 的燃 烧 状 态 ，煤 粉浓 度 和细 度必 须保 持在 与煤 种相 适 应 的合理 值并 保证 四角 均衡 ，否则 就会 破坏 正 常 的燃 烧过 程 。对煤 粉 着火 ，煤 粉 的燃烬 不利 ，影 响燃 烧效 率 Ｊ。粗 粉 分离 器 对煤 粉 细 度具 有 调节 能 力 ，在 煤种 或 磨 煤 机 出力 或通 风量 变化 时保 证 一定 的煤 粉 细度 ，其 主要 作 用是 将 磨煤 机 磨 出 的较 粗 的 不合 格 煤 粉分 离出来 ，返回磨煤机重新进行碾磨 ，合格煤粉则直接送人炉膛燃烧 ，保证锅炉高效 、稳定地燃烧 ，从而提 高制粉系统工作 的经济性和锅炉的燃烧效率 Ｊ。在制粉 系统中，粗粉分离器运行性能对煤粉 的质量 又 极 大 的影 响 ，关 系到 整个 锅炉 和机 组 的安全 以及 经 济 运行 Ｊ。某 电厂 一期 工 程 建设 ２ｘ６００ ＭＷ 燃煤 纯 凝汽 式 发 电机组 ，锅 炉型 号 为 ＳＧ一２０２３／１７．５－Ｍ９１４，设计 燃用 神华 万里 川 烟煤 ；制粉 系统 采 用 正压 直 吹 式 ，每 台炉共 配 置 ６台 ＺＧＭ１１３Ｇ型 中速辊 式 磨 煤 机 ；设 有两 台 ５０％ 容 量 的一 次 风 机提 供 一 次 热 、冷 风 输 送 煤 粉 。生产 运行 中出现 锅炉 飞灰 和炉 渣含 碳量 偏 高 的问题 ，是 由于制 粉 系统煤 粉 细度超 标所 导致 。 针对 此 问题 ，利 用 ＣＦＤ软件 ，建立 了分 离 器 的模 型 并 进 行气 、固两 相 模 拟试 验 研 究 ，得 出 分离 器 的分 离 特性 曲线 ，可 供 同类 型 的磨煤 机在 设计 和 运行 中参 考 。
颗粒 在不 同挡板开度下 的出粉率和不同挡板开度 时分离器 进 出 口的压差 变化情 况 。结果 表 明：分离器
的挡 板 开 度 设 置 在 ４０。－４５。区 间是 最 合 理 的 。 模 拟 分 离 器 内部 流 动 为 深 入 了 解 复 杂 几 何 结 构 内 部 流 场
以及 粒 子 运 动 特 性 提 供 了很 好 的 参 考 。
技 术 ．
东 北 电力 大 学学报
第 ３６卷
建 和 网络划 分 。按 照 ＺＧＭ１１３Ｇ磨煤 机 分 离器 的实 际尺 寸 在 Ｇａｍｂｉｔ中分 别 创建 挡 板 开度 为 ３５。，４０。， ４５。，５０。，５５。的 ５组几何模型 ，并采用四面体网格元素分别对几何模型进行网格划分 ，整体网格划分后 几 何模 型 网格 数约为 ５３万 。
将磨煤机分离器底部 内外锥体间的环形区域视为模型的入 口，其边界条件设置为 ｖｅｌｏｃｉｔｙ—ｉｎｌｅｔ，入 口初 速度 为 ２．７ｍ／ｓ，模型顶 部环形 区域 设 置 为 出 口 ，其边 界 条件 设 置 为 ｏｕｔｆｌｏｗ，其他 表 面设 置 为 ｗａｌｌ， 喷射 离散相 与 ｗａｌｌ相交 时为 ｗａｌｌ—ｊｅｔ边界 条件 ，壁面 无滑移 。定 义煤粉 颗粒 密度 １ ２００ ｋｇ／ｍ ，空气 密 度 为 １．２２５ ｋｇ，粘性 为 １．７８９４ ｅ５ｋｇ／（ｍ ·ｓ）。
关 键 词 ：粗 粉分离器 ；挡板 开度 ；数值模拟
中 图 分 类 号 ：ＴＫ２２３．２５
文 献 标 识 码 ：Ａ
能 源是 我 国经济 发 展 中 的重 要 物 资 基 础 之 一 。节 约 能 源 ，降 低 能 耗 ，是 我 国 长 期 的基 本 国策 Ｈ 。 在 已知 的各种 能 源资 源 中 ，我 国煤 炭 的资源 丰 富 ，是 我 国最为 重要 的能 源供 应 源 ，长 期 以来 一 直 占据 我 国能 源 生产 以及 消 费结构 中最大 的一 部分 。以煤 为主 的能 源供 应 格局 在 未来 相 当长 时期 内难 以改变 ， 其 中 ，电力行 业 的 炭消 耗量 最 大 。
１ 模 型及 计 算 方 法
１．１ 模 型建 立及 边界 条件 设 定 以某 电厂 ＺＧＭ１１３Ｇ型 磨煤 机 的分离 器作 为本 文 研 究 的对 象 ，利 用 Ｇａｍｂｉｔ软件 进 行 几何 模 型 的创
收 稿 日期 ：２０１６－０１—１６ 作者简介 ：吕 太 （１９５７一），男 ，吉林省吉林市人 ，东北 电力大学能源与动力工程学 院教授 ，硕士 ，主要研究方 向 ：高纳煤利用 与脱钠
１．２ 数 学模型 选用 离散 相模型 （ＤＰＭ）进 行求 解计 算 ，忽 略煤 粉颗粒 运 动对 连 续相 气体 产 生 的影 响 ，只 考虑 煤 粉
颗 粒 的受力情 况 。离 散相模 型 对牛顿第 二 运动定 律进行 直 接求解 ，在气 固两 相流动 的模 拟 中 ，离散相 模 型能得 到单个 颗粒 的位 置 、速度 以及 变 形 等参 数 。 目前 ，它 已 经 成 为 粉 体 及 颗 粒 研 究 领 域 的 重 要 新 方 法 。
东 北 电 力 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｄｉａｎｌｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文 章 编 号 ：１００５－２９９２（２０１６）０２—００３９—０６
Ｖｏ１．３６．Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２０１６
粗 粉 分 离 器 挡 板 开 度 对 煤 粉 粒 子 分 离 特 性 影 响 的 数 值 研 究
吕 太 ，丁 帅 ，程 超
（东北 电力大学 能源与动力工程学院 ，吉林 吉林 １３２０１２）
摘 要 ：中速磨 挡板调节是调节煤粉 细度 的主要手段 ，利用 ＣＦＤ模 拟软 件对 ＺＧＭ１１３Ｇ型磨煤机 的
粗 粉 分 离 器 进 行 建 模 ，并 模 拟 不 同挡 板 开度 下 分 离 器 内 部 场 变 化 和 颗 粒 运 动 轨 。 分 析 了 不 同粒 径 煤 粉
在燃 煤 电站 中 ，粗粉 分离 器是 制 粉 系统 锅 炉 燃 烧 系 统 重 要 的组 成 部 分 之 一 ＿２ Ｊ，要 保 证 良好 的燃 烧 状 态 ，煤 粉浓 度 和细 度必 须保 持在 与煤 种相 适 应 的合理 值并 保证 四角 均衡 ，否则 就会 破坏 正 常 的燃 烧过 程 。对煤 粉 着火 ，煤 粉 的燃烬 不利 ，影 响燃 烧效 率 Ｊ。粗 粉 分离 器 对煤 粉 细 度具 有 调节 能 力 ，在 煤种 或 磨 煤 机 出力 或通 风量 变化 时保 证 一定 的煤 粉 细度 ，其 主要 作 用是 将 磨煤 机 磨 出 的较 粗 的 不合 格 煤 粉分 离出来 ，返回磨煤机重新进行碾磨 ，合格煤粉则直接送人炉膛燃烧 ，保证锅炉高效 、稳定地燃烧 ，从而提 高制粉系统工作 的经济性和锅炉的燃烧效率 Ｊ。在制粉 系统中，粗粉分离器运行性能对煤粉 的质量 又 极 大 的影 响 ，关 系到 整个 锅炉 和机 组 的安全 以及 经 济 运行 Ｊ。某 电厂 一期 工 程 建设 ２ｘ６００ ＭＷ 燃煤 纯 凝汽 式 发 电机组 ，锅 炉型 号 为 ＳＧ一２０２３／１７．５－Ｍ９１４，设计 燃用 神华 万里 川 烟煤 ；制粉 系统 采 用 正压 直 吹 式 ，每 台炉共 配 置 ６台 ＺＧＭ１１３Ｇ型 中速辊 式 磨 煤 机 ；设 有两 台 ５０％ 容 量 的一 次 风 机提 供 一 次 热 、冷 风 输 送 煤 粉 。生产 运行 中出现 锅炉 飞灰 和炉 渣含 碳量 偏 高 的问题 ，是 由于制 粉 系统煤 粉 细度超 标所 导致 。 针对 此 问题 ，利 用 ＣＦＤ软件 ，建立 了分 离 器 的模 型 并 进 行气 、固两 相 模 拟试 验 研 究 ，得 出 分离 器 的分 离 特性 曲线 ，可 供 同类 型 的磨煤 机在 设计 和 运行 中参 考 。
颗粒 在不 同挡板开度下 的出粉率和不同挡板开度 时分离器 进 出 口的压差 变化情 况 。结果 表 明：分离器
的挡 板 开 度 设 置 在 ４０。－４５。区 间是 最 合 理 的 。 模 拟 分 离 器 内部 流 动 为 深 入 了 解 复 杂 几 何 结 构 内 部 流 场
以及 粒 子 运 动 特 性 提 供 了很 好 的 参 考 。
技 术 ．
东 北 电力 大 学学报
第 ３６卷
建 和 网络划 分 。按 照 ＺＧＭ１１３Ｇ磨煤 机 分 离器 的实 际尺 寸 在 Ｇａｍｂｉｔ中分 别 创建 挡 板 开度 为 ３５。，４０。， ４５。，５０。，５５。的 ５组几何模型 ，并采用四面体网格元素分别对几何模型进行网格划分 ，整体网格划分后 几 何模 型 网格 数约为 ５３万 。
将磨煤机分离器底部 内外锥体间的环形区域视为模型的入 口，其边界条件设置为 ｖｅｌｏｃｉｔｙ—ｉｎｌｅｔ，入 口初 速度 为 ２．７ｍ／ｓ，模型顶 部环形 区域 设 置 为 出 口 ，其边 界 条件 设 置 为 ｏｕｔｆｌｏｗ，其他 表 面设 置 为 ｗａｌｌ， 喷射 离散相 与 ｗａｌｌ相交 时为 ｗａｌｌ—ｊｅｔ边界 条件 ，壁面 无滑移 。定 义煤粉 颗粒 密度 １ ２００ ｋｇ／ｍ ，空气 密 度 为 １．２２５ ｋｇ，粘性 为 １．７８９４ ｅ５ｋｇ／（ｍ ·ｓ）。
关 键 词 ：粗 粉分离器 ；挡板 开度 ；数值模拟
中 图 分 类 号 ：ＴＫ２２３．２５
文 献 标 识 码 ：Ａ
能 源是 我 国经济 发 展 中 的重 要 物 资 基 础 之 一 。节 约 能 源 ，降 低 能 耗 ，是 我 国 长 期 的基 本 国策 Ｈ 。 在 已知 的各种 能 源资 源 中 ，我 国煤 炭 的资源 丰 富 ，是 我 国最为 重要 的能 源供 应 源 ，长 期 以来 一 直 占据 我 国能 源 生产 以及 消 费结构 中最大 的一 部分 。以煤 为主 的能 源供 应 格局 在 未来 相 当长 时期 内难 以改变 ， 其 中 ，电力行 业 的 炭消 耗量 最 大 。
１ 模 型及 计 算 方 法
１．１ 模 型建 立及 边界 条件 设 定 以某 电厂 ＺＧＭ１１３Ｇ型 磨煤 机 的分离 器作 为本 文 研 究 的对 象 ，利 用 Ｇａｍｂｉｔ软件 进 行 几何 模 型 的创
收 稿 日期 ：２０１６－０１—１６ 作者简介 ：吕 太 （１９５７一），男 ，吉林省吉林市人 ，东北 电力大学能源与动力工程学 院教授 ，硕士 ，主要研究方 向 ：高纳煤利用 与脱钠
１．２ 数 学模型 选用 离散 相模型 （ＤＰＭ）进 行求 解计 算 ，忽 略煤 粉颗粒 运 动对 连 续相 气体 产 生 的影 响 ，只 考虑 煤 粉
颗 粒 的受力情 况 。离 散相模 型 对牛顿第 二 运动定 律进行 直 接求解 ，在气 固两 相流动 的模 拟 中 ，离散相 模 型能得 到单个 颗粒 的位 置 、速度 以及 变 形 等参 数 。 目前 ，它 已 经 成 为 粉 体 及 颗 粒 研 究 领 域 的 重 要 新 方 法 。