一种减少省煤器进口板面磨损的改进方法技术

本发明专利技术涉及一种减少省煤器进口板面磨损的烟道改进方法，该方法以烟道中省煤器的上下游区域作为计算对象，借助Fluent软件进行两相流数值模拟，其计算结果经后处理可使研究对象的侵蚀情况定量化、可视化，还可以为下一步烟道优化提供参考。对烟道的优化工作需开展相关性分析，基于流场和颗粒分布等关键信息确定影响最终磨损量的核心因素，并结合经济成本对解决方案进行优化。优先考虑无需添加导流板的解决方案，即方案A，通过在工艺合理操作区间对工艺参数进行优化实现；若初步判定该操作无法达到预期效果，则在流场中设置导流板，即方案B，基于流场和颗粒分布等关键信息对各部分导流板对最终磨损的影响率进行分级，优先对影响率较高的导流板进行优化（结构尺寸、安装位置和安装角度等）。将优化后的烟道方案进行数值模拟，经过多次烟道优化‑分析‑再优化‑再分析的过程，最终得到具有优良耐磨特性的烟道改进方案。

【技术实现步骤摘要】
一种减少省煤器进口板面磨损的改进方法
本专利技术涉及一种减少省煤器进口板面磨损的改进方法，属于设备

技术介绍
火力发电依旧是中国的主要发电形式，锅炉内燃料燃烧产生的大量烟气需经过脱硝、脱硫和除尘操作才可排入大气。采用数值模拟方法研究烟道中烟气的流动过程是技术人员较常采用的手段。同时，未除尘烟气携带大量固体颗粒，烟道上的设备不可避免地存在磨损问题。但是几乎所有对实际烟道的模拟，仅仅考虑了气相的流动，优化也只是围绕流场是否均匀化进行。相反，对设备磨损的改善结果，只能在烟道投入实际应用一段时间后，才可得到设备侵蚀情况是否有所改善。按照通常的优化方法，对侵蚀情况的改善程度是模糊的，对是否还能通过调整工艺参数、优化导流板以达到更好防磨效果则需要极大的时间、资金投入。因此，仅仅围绕流场均匀化的优化，不足以研究并改善设备的磨损问题。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题烟道流场是否已优化的指标，仅停留于对气相流场的是否均匀化，而并未把颗粒对设备的磨损纳入评价的一项。尽管大多情况下，气相流场优化均匀后，对磨损情况有改善，但是并不能直接回答磨损情况改善的程度大小，也不能迅速回答针对磨损情况是否还有优化空间的问题。为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种减少省煤器进口板面磨损的烟道改进方法，该方法对烟道中固体颗粒对设备的侵蚀情况进行模拟，并通过调整工艺参数、优化导流板的烟道方案进行数值模拟，经过多次烟道优化-分析-再优化-再分析的过程，最终得到具有优良耐磨特性的烟道改进方案。（二）技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术涉及一种减少省煤器进口板面磨损的烟道改进方法，该方法以烟道中省煤器的上下游区域作为计算对象，借助Fluent软件进行两相流数值模拟，其计算结果不仅可以经过后处理使研究对象的侵蚀情况定量化、可视化，还可以为下一步烟道优化提供参考。对烟道的优化工作需开展相关性分析，基于流场和颗粒分布等关键信息确定影响最终磨损量的核心因素，并结合经济成本对解决方案进行优化。优先考虑无需添加导流板的解决方案，即方案A，通过在工艺合理操作区间对工艺参数进行优化实现；若初步判定该操作无法达到预期效果，则在流场中设置导流板，即方案B，基于流场和颗粒分布等关键信息对各部分导流板对最终磨损的影响率进行分级，优先对影响率较高的导流板进行优化（结构尺寸、安装位置和安装角度等）。将优化后的烟道方案进行数值模拟，经过多次烟道优化-分析-再优化-再分析的过程，最终得到具有优良耐磨特性的烟道改进方案。对烟道方案进行数值模拟并得到两相流数值模拟解后，根据流场信息、烟道上游段各区域的颗粒浓度的分布情况（颗粒偏析情况）、颗粒对墙壁的冲击信息（冲击角度、不同粒径颗粒冲击的位置等）和墙壁的侵蚀程度以及分布，可以为下一步的烟道优化提供信息。其中相关性分析需根据数值模拟中侵蚀率的描述：侵蚀率,其中mp是颗粒的质量流率，A是关于设备壁面硬度的常数、FS是描述颗粒形状的常数（球形砂FS=0.2;半球形砂FS=0.53;尖砂FS=1）、VP是颗粒速度、f(θ)是关于颗粒冲击角度的函数。不改变烟道的前提下，通过调整颗粒数、颗粒的质量流率、砂型、粒径和速度，可以改变设备的侵蚀情况。优化方案A无需改变烟道/无需添加导流板，通过在工艺合理操作区间对工艺参数进行优化实现，其中工艺参数包括气流进口速度和固体颗粒的粒径、质量分数、球形度等。优化方案B，基于流场和颗粒分布等关键信息对各部分导流板对最终磨损的影响率进行分级，优先对影响率较高的导流板进行优化（结构尺寸、安装位置和安装角度等）。根据不同烟道部位的特点，导流板具有两种类型，第一类导流板和第二类导流板。第一类导流板的布置参数。安装位置于烟道上游段出口段的平直部分/烟道上游段出口段弯曲段尾部之后,使导流板直板垂直于省煤器进口板面。省煤器进口板面距烟道上游段出口段弯曲段尾部的高度，为省煤器的标高H。导流板为直板，当200mm≤H≤1000mm时，导流板长度L为100～400mm，导流板间距X为70～300mm。第二类导流板的布置参数。安装位置于与之匹配的烟道弯曲段。导流板由弧形部分和延伸部分构成。弧形部分：弯曲段入口长度为D1,弯曲段出口长度为D2;X1、X2、X3为入口、出口划分的比例系数，X1+X2+X3=1,0.2≤X1，X2，X3≤0.5；R为烟道弯曲段内侧半径；导流板①半径：r1=R+X1(D1+D2)(1±k1)/2，k1＜5%；导流板②半径：r2=R+(X1+X2)(D1+D2)(1±k2)/2，k2＜5%；弧夹角与D1、D2的划分选取有关，基本等于烟道弯曲段内侧弧的夹角。延伸部分：直板与弧形部分相连，直板方向与弧形部分尾部的切向方向一致、或与下一段烟道平行；延伸部分长度，0≤L1、L2＜300mm。（三）有益效果本专利技术的有益效果是：数值模拟减少成本投入，缩短研究周期。使侵蚀情况定量化、可视化，并有针对性地对设备的磨损问题提出优化改进。延长设备寿命，保证整个工艺流程的平稳高效运行。附图说明图1为本专利技术的一种减少省煤器进口板面磨损的烟道改进方法流程图；图2为本专利技术的一种优选实施例的减少省煤器进口板面磨损的烟道改进图；图3为未布置导流板时实际烟道的三维物理模型网格图；图4为第一类导流板布置的示意图；图5为第一种烟道弯曲段的第二类导流板布置的示意图；图6为第二种烟道弯曲段的第二类导流板布置的示意图；图7为第三种烟道弯曲段的第二类导流板布置的示意图；图8为未布置/第一次布置/第二次布置/第三次布置导流板时烟道流场速度云图；图9为未布置/第一次布置/第二次布置/第三次布置导流板时烟道不同颗粒粒径的颗粒迹线；图10为未布置/第一次布置/第二次布置/第三次布置导流板时省煤器进口板面的侵蚀云图。图11为省煤器进口板面的样本划分示意图图12为未布置/第一次布置/第二次布置/第三次布置导流板时省煤器进口板面的侵蚀率分布曲线【附图标记说明】1：烟道入口；2：省煤器进口板面；2.1：换热管组通道；3：换热管组；4：省煤器出口板面；5：烟道出口；a-h：烟道上游段；a-b：烟道入口段；b-c、d-e、f-g：烟道弯曲段；c-d、e-f：烟道平直段；g-h：烟道上游段出口段；h-i：省煤器；i-j：烟道下游段；Ⅰ：第一类导流板；Ⅱ：第二类导流板。H：省煤器的标高；L：第一类导流板长度；X：第一类导流板间距。D1：弯曲段入口长度；D2：弯曲段出口长度；X1、X2、X3：入口、出口划分的比例系数；R：烟道弯曲段内侧半径；①：内侧导流板；②：外侧导流板；r1：内侧导流板半径；r2：外侧导流板半径；k1、k2：范围系数；L1：内侧延伸部分导流板长度；L2：外侧延伸部分导流板长度。具体实施方式采用数值模拟方法得出实际烟道中固体颗粒对设备的侵蚀情况，并通过调整工艺参数、优化导流板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术涉及一种减少省煤器进口板面磨损的烟道改进方法，该方法以烟道中省煤器的上下游区域作为计算对象，借助Fluent软件进行两相流数值模拟，其计算结果不仅可以经过后处理使研究对象的侵蚀情况定量化、可视化，还可以为下一步烟道优化提供参考；对烟道的优化工作需开展相关性分析，基于流场和颗粒分布等关键信息确定影响最终磨损量的核心因素，并结合经济成本对解决方案进行优化；优先考虑无需添加导流板的解决方案，即方案A，通过在工艺合理操作区间对工艺参数进行优化实现；若初步判定该操作无法达到预期效果，则在流场中设置导流板，即方案B，基于流场和颗粒分布等关键信息对不同情况下导流板对最终磨损的影响率进行分级，优先对影响率较高的导流板进行优化（结构尺寸、安装位置和安装角度等）；将优化后的烟道方案进行数值模拟，经过多次烟道优化-分析-再优化-再分析的过程，最终得到具有优良耐磨特性的烟道改进方案。/n

【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种减少省煤器进口板面磨损的烟道改进方法，该方法以烟道中省煤器的上下游区域作为计算对象，借助Fluent软件进行两相流数值模拟，其计算结果不仅可以经过后处理使研究对象的侵蚀情况定量化、可视化，还可以为下一步烟道优化提供参考；对烟道的优化工作需开展相关性分析，基于流场和颗粒分布等关键信息确定影响最终磨损量的核心因素，并结合经济成本对解决方案进行优化；优先考虑无需添加导流板的解决方案，即方案A，通过在工艺合理操作区间对工艺参数进行优化实现；若初步判定该操作无法达到预期效果，则在流场中设置导流板，即方案B，基于流场和颗粒分布等关键信息对不同情况下导流板对最终磨损的影响率进行分级，优先对影响率较高的导流板进行优化（结构尺寸、安装位置和安装角度等）；将优化后的烟道方案进行数值模拟，经过多次烟道优化-分析-再优化-再分析的过程，最终得到具有优良耐磨特性的烟道改进方案。


2.如权利要求1所述的烟道改进方法，其特征在于对烟道方案进行数值模拟并得到两相流数值模拟解后，根据流场信息、烟道上游段各区域的颗粒浓度的分布情况（颗粒偏析情况）、颗粒对墙壁的冲击信息（冲击角度、不同粒径颗粒冲击的位置等）和墙壁的侵蚀程度以及分布，可以为下一步的烟道优化提供信息。


3.如权利要求1所述的烟道改进方案，其特征在于相关性分析需根据数值模拟中侵蚀率的描述：侵蚀率,其中mp是颗粒的质量流率，A是关于设备壁面硬度的常数、FS是描述颗粒形状的常数（球形砂FS=0.2;半球形砂FS=0.53;尖砂FS=1）、VP是颗粒速度、f(θ)是关于颗粒冲击角度的函数；不改变烟道的前提下，通过调整颗粒数、颗粒的质量流率、砂型、粒径和速度，可以改变设备的侵蚀情况。


4.如权利要求1所述的烟道改进方法，其特征在于方案A无需...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，李巩，叶兴联，安希忠，付海涛，杨晓红，邹清川，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21