电厂锅炉细粉分离器性能分析数学模型

电厂锅炉细粉分离器性能 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 数学模型 第2l卷第9期 2001年9月 中国电机工程学报 ProceedingsoftheCSEE Vo1.21No.9Sep2001 @2001ChinSoc.forEleeEng 文章编号:0258—8013(2001)09—0053—05 电厂锅炉细粉分离器性能分析数学模型 王广军.陈红 (重庆大学动力I程学院,重庆400044) AMATHEMAnCALM0DEL oFPERFoRMANCEANALYSISOFCYCLoNESEPARAT0R WANGGuangju.,CHENHong (CollegeofPowerEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China) ABSTRACT:Theperformanceanalvsofseparatoristhe premiseandbasisofitsrenew,reform.optimumdesignand operationsitisvimportantinengineeringpracticeThis paperpr’~,:=entsamathematicalmodelofcalculatingseparation efficiencyofcycloneseparatorThehypothesisaboutradial mixtureseparationisnotadoptedinthismodelAndthe influenceofgravitationalsettlingandradialacce]erationon ~parationofsolidparticlesfromthemi~urewa5Wall cot~=sideredTherefore,thismodelstrengthensthedescriptior~ abilityonacnJaIprocessBasedonthismode1.numerical simulationresearchonworkingperformanceofthecyclone separatorw?doneThispaperdiscussestheinflu?ceof septLratorworkingparameters,thedistributioncharacteristicof solidparticlesonseparationeffectsInaddition,amovingtrack of0udparticlehasbeencalculatedandanalyzed.alsodisct~c,sed effectofmainoperationparameter,gravitysedimentationand radicalaccelerationonmovingtrackandseparateprocess.The resultshowsthattheinfluenceofgravitationalsetdiogand radialaccelerationcannotbetoleratodwhenwindspeedofthe separatorinletislowandthediameteTsofthes.lparticlesare large.Theprael-icalscopeofsimplifiedconditioninother exitingmodelshasbeenanalyzedonthishasis KEYWORDS:cycloneseparator;performanceanalysis; mathematicalmoddref盯en憾 摘要:建立了锅炉煤粉分离器分离效率的计算模型.该模型 在一定程度上突破了”径向混合的假设,并充分考虑了重力 沉降和径向加速过程对固相分离的影响,进一步加强了模型 对实际过程的描述能力.文中利用数学模型对分离器的工 作性能进行了数值仿真研究,讨论了分离器工作参数,固相 颗粒分布特性等因紊对分离教果的影响.此外.对固相颗粒 暮?疆目:教育部高等学校骨干教师资助 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 资助项目(G0 470—101髓-1042). 的运动轨迹进行了数值计算与分析.并讨论了分离器的主要 工作参数,颗粒的重力沉降,颗粒的径向加速过程等因素对 颗粒运动轨迹和分离过程的影响.结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明.当分离器进121 风速较低及颗粒粒径较大时,重力沉降及径向加速过程对分 离效果的影响不容忽视在此基础上.文中还对已有的性能 分析模型中有关简化条件的适用范围进行了分析. 关键词:煤粉分离器;性能分析;数学模型 中圈分类号:TK224文献标识码:A 1引言 在旋风分离器效率计算数学模型中,比较有代 表性的是径向混合模型和分区域横向混合模 型_1..这两类理论模型由于在整个分离空问内采 用了径向完全混合假定,忽略了各截面处固相浓度 分布对分离性能的影响,导致在许多情况下,与分离 器实际工作过程间存在较大的偏差.此外.建模时, 认为分离器内气固两相的轴向速度相同,不计固相 重力沉降对分离过程的影响;为避免在颗粒运动方 程中出现二次微分项,咀便能够得到模型的解析解, 忽略了颗粒的径向加速过程.在许多情况下,上述 建模和模型求解方法将引起过大的偏差.因此,进 一 步深入研究旋风式煤粉分离器分离效率计算模 型,具有重要的实际意义. 2物理模型 在分离器圆筒段排气管区域的环形腔体内,颗 粒浓度的径向变化十分剧烈,而其下分离空间内的 颗粒浓度的径向变化要平缓得多.且环形腔体段内 颗粒浓度较其下部分离空间内的浓度高出十几倍乃 中国电机工程学报第21卷 至几十倍l3】.可见,分离器内绝大部分颗粒(特别 是较大的颗粒)的分离过程在环形腔体段已基本结 束.根据分离器内部的气流结构和颗粒浓度分布规 律.本文在建立数学模型时,沿气流的行程将分离器 内部的气固多相流划分为离心沉降区,径向混合外 旋流区和径向混合内旋流区3个区域,分别对应图 1中的I区,H区和?区. I区内颗粒的浓度具有明显的分布特性,在建 模时忽略本区域内气流的径向流动.?,?两区域 内的气流有明显的径向运动,且颗粒的运动规律除 继续受制约于离心力之外,气流径向运动造成的携 带作用亦不容忽视.因本区域内颗粒粒径较离心沉 降区颗粒粒径小得多,建模时不计颗粒在本区域中 的重力沉降,取半径=0.75r(为排气管半径) 的假想圆柱面为内,外旋流区的分界面,并认为本区 域各截面处颗粒浓度均匀分布 图1分离器物理模型 Fig-1Physitsmodelofcyclone 3数学模型 3.1离心沉降区颗粒运动规律 设颗粒粒径为d;固相和气相的轴向运动速度 分别为为和;密度分别为和;重力沉降 速度为;固相轴向位移为s;为气体动力牯度, 则颗粒运动应满足 I d2r + f一矗0(1) dt.4da%1dtJr… +一(Pp-Pa. 鲁)+) 粒子阻力系数cD按Stocks定律确定 (2) (3) cD…24 Redr~drd(4),一() 对于在r:r1处以进口速度进入分离器的 颗粒,在r处的切向速度可按下式确定[: r=r{=KJ=常数(5) 记圆筒段内径为D=2r.气流温度为r,速度分 布指数可由下式估算L4J: n卜(卜0668D~”)【丽1j 32径向混合区颗粒浓度分布 以C3()和c2()为?,?区的颗粒浓度; Q()为气流轴向流量;Q0和C0分别为分离器进 口气流量和固相浓度设在单位长度空间中,颗粒 在外壁处的离心沉降流量为中();内旋流区的颗 粒在区域分界面的离心沉降流量为中(z);径向气 流带入内旋流区的颗粒流量为中().假定区域分 界面处气流的径向流量均匀分布,有 Q()=Q.(1一j)=c:() (2)=2nr螂C2()()=2rrC3(2) 其中和分别代表在壁面处和区域分界面处 颗粒的离心沉降速度.颗粒浓度分布应满足 旦 dz[Q()C2()]=(2)一中(2)一中r(2)(6) 旦 dz [Q()C3()].(2)一.r()(7) 与式(1)类似,可以列出粒子在旋流区的运动方 程.不计区域内颗粒的径向沉降加速度,有 器及爵 设分离器进口截面积为A.,壁面处气流的切向速度 可按下列方法确定J: ?0.17时.二0.6vj o17<?0.41时47 由此可以确定K?的大小. 3.3分离器粒径分级效率计算模型 由不同径向位置进入分离器的粒径相同的颗 粒,在I区中的运动轨迹不同.显然,存在某一径向 位置,若粒子由此进入分离器,当粒子将要流出 I区时恰好到达分离器筒壁处.可见,进口径向位 置r<的粒子将随气流一起进入下一分离区域; 进口位置r?rlJ的粒子将在I区中被分离出来.r 第9期王广军等:电厂锅炉细粉分离器性能分析数学模型 可由I区粒子运动方程确定. 粒径为d的颗粒在I区和?,?两区的分离 效率1和2分别为 7=×100%(8) ~2=1-?o%(9) 式中C3(0)为分离器出口颗粒浓度;C2(0)=C】: C0(1一口1)为?区入口颗粒浓度;Cl为I区出口处 颗粒浓度. 进入细粉分离器的煤粉的粒径分布可描述为 R=100exp(一b’)(1O) 式中R为煤粉在孔径为m煤粉筛上筛余 量,%;b和分别为细度系数和均匀性指数. 对分离区域g内气流中的煤粉,指定筛分余量 RDl和RD2,且100%>RD1>RD2>0.由式(10)可 确定与RD1和RD2对应的粒径d,=D】和d…= D2.显然,当RD1接近100%时,(100一RD1)代表了 R()分别为区域入口和出口处粒径 ?(i)的颗粒所占的份额,‰(i)为d= d(i)的粒子在区域内的分级效率,由式(8)或(9) 计算.则固相在区域口中的分离效率%为 : ?JaR(i)‰()](11) 式中 AR(i)=R(i+1)一R_(i)(1??一1) AR()=R()=RD2 I区入口粒径的分布情况R(i)由式(10)确 定;?区入口处的R(i)由R()和,(i)确定: R?(卜 (i=1,2,…,) 式中CT为离心沉降区出口颗粒浓度;记离心沉 降区和径向混合区的7分别为7I和口?,则 CI=Go(1一I) 分离器的整体分离效率按下式计算 :I+?(12)I?(12) 4仿真试验 仿真对象为1台实验用细粉分离器,分离器筒 径为300mm,内筒(排气管)外径为180mm,设计 工况下进口气流速度为4.69m/s. 4.1粒径和气流速度对运动轨迹的影响 图2为=5.0m/s时,在r】=00951Tl处进 入离心沉降区的颗粒的运动轨迹.图中的纵坐标和 横坐标分别为粒子的轴向位移和径向位移.可见, 对于一定的气流入口速度,颗粒粒径的太小对其运 动轨迹及分离情况的影响十分显着.此外,由图2 易知,在给定的人口速度下,在r=0.095m以外处 进入分离器的粒径大于l5m的颗粒,在本区域内 都将被分离出来.图3为d:10m的颗粒在离 心沉降区的运动轨迹与气流进口速度间的关系曲 线.显然,提高气流的进口速度,可以使颗粒在离心 沉降区域的分离效果明显提高. 0.2 d~0 羞 圈2粒径对运动轨迹的髟响 Fig.2Graindiameterinfluence帅themovingtrack 薹 0.】00】25015#/m 圈3进口蘧度对运动轨迹的髟响 Fig?3Entervelo~i衄influenceonthemovingtr~ek 42径向加照过程对运动轨遍的影响 在确定固相在I区的径向运动速度v时,通常 中国电机工程学报第21卷 不计粒子的加速过程,即认为粒子始终以终末径向 沉降速度峪作径向运动.图4给出了=5.0rn/s 时及嚣的变化情况.当dp?25m时,两者的 变化规律十分接近(图略),即可以忽略径向加速过 v4mg) 5.0 30 0204f『s Co)=吕0 圈4径向沉降遗度与缚柬沉降遗度 F.4Racfialsedimentationrate andeveatua]sedimentationrate 4.3重力沉降对颗粒运动轨迹的影响 图5为=5.0m/s时粒子的轴向运动规律. 显然,粒子的粒径愈大,其轴向运动位移曲线与气相 的轴向运动位移曲线间的差距愈大.在给定的入口 速度下,只有当d?20m时,才可以不计由重力 沉降引起的轴向相对运动.否则,在I区中忽略颗 粒的重力沉降将会导致明显的计算误差. 圈5霸粒的轴向位移随时问的变化规律 Fig.5Theaxialdtspiacementof gratnvarietyruleo41thetime 4.4煤粉的分级效率和分离效率 图6比较了I区内粒子重力沉降对分级效率的 影响.其中的虚线为不计重力沉降时的分离效率. 显然,气流的轴向速度和颗粒的粒径愈大,重力沉降 对分级效率的影响愈明显.图7反映了粒子离心沉 降加速过程对分级效率的影响,其中的虚线为忽略 粒子加速过程时的分离效率. 图8给出了在不同的颗粒分布特性下,分离器 内的分离效率与进口气流速度之间的对应关系.可 以看出,若保持R200不变,当R轴由20%增加到 40%时,分离效率提高了约40%. 80 40 01224 圈7离心沉降加遗过程对分级效率的影响 Hg.7Thes[1eednpprocessof??t-酬 sedimentationiarlueenceo41thegradeet~cieacy 4812l6【mi.) 圈8整体分离效率与人口遗度的关系c置瑚=10%) Fig.8Integralseparateefficiencyand entervek~tyrelatim~ 4.5区域分界面固相颗粒分布情况 图9为I区出口气流中颗粒的粒径分布随入口 气流速度的变化情况,其中的虚线表示进入分离器 的粒径分布.可见,当v=4.0m/s时,I区出口气 流中基本上均为粒径在15肿以下的颗粒;当进口 气流速度提高到8.0m/s时,I区出El处颗粒的粒 径差不多都在10m以下.图1O为分离器出口气 胄h 80 40 0612I824m 圈9离心沉降区出口粒径分布 F.9G岫~ameterdiJtrllmtlago41theexitcf m叫-B?sedla~i酬H 第9期王广军等:电厂锅炉细粉分离器性能分析数学模型 流中的粒径分布.与I区相比,?,?区的分离效果较 弱,因此出口粒径分布与I区出口处井无明显差别. 圉l0分离器出口粒径分布 Fig.10Graindiameterdistribntiag oNtheexitcfcyclone 5结束语 本文所建立的煤粉分离器分离效率计算模型在 一 定程度上突破了”径向混合的假设,并充分考虑 了重力沉降和径向加速过程对固相分离的影响,进 一 步加强了理论模型对实际过程的描述能力.本文 利用所建立的数学模型对分离器的工作性能进行了 数值仿真研究,讨论了分离器工作参数,颗粒的重力 沉降及径向加速过程等因素对颗粒运动轨迹及分离 效果的影响.结果表明,当分离器进口风速较低及 颗粒粒径较大时,上述影响不容忽视. 参考文献: 1]LichtW.AirpolLuff,~commLeng~neering-besicc~dcuLationfor c上接第7页continuedfrompage7 小随重合时刻的变化特性. 5结论 本文利用轴系等值能量函数.分析了重合闸操 作时序对汽轮发电机组轴系扭振的影响.给出了理 想重合时刻的判据是最后一次操作后能量函数值最 小时对应的时刻,井给出瞬时性故障和永久性故障 下理想重合时刻的计算方法.最后通过仿真计算证 实了在基于能量函数的理想重合时刻重合,可以有 效地抑制轴系扭矩的放大,并验证了优化重合时刻 以改善故障.27(6】:32-35 [3]张从智.等(ZhangCow.hi.n)高教旋风分离等分级效率理 论计算的新方法{Newmethr~/ortheorycMcukat[c~oftheh1 eifiei~oycyc|onefractic~a]e[ficienci~)lJ]通风豫尘 (V?htionandDustRemo~).1996.15{2):14—19 [4]昊小林.等(WuXiao]in.el,)旋风分离器属粒浓度分布的实 验研究(ExperimentaJstudy.ndiscribudngofgraincb哑匝cy ofcyclonesep~ator)[J]石油大学学报{自然科学饭){)ourrmI oftheUniversityofPetroleum.China),1993,17(4):21—24 [5]马广大(MaGu~gda)脒尘器性能计算(PL’~ommncecaleuht[c~ ofdustcatehPr)[M]北京}中国环境科学出版社{Beijing: Chkn~Envlrc~memalSciencePre瞻).1990:78-9O 6]马文蓟(Maw帅yan)脒尘装置的性能(Pedorm~nceofdust catcher)[M]北京:机械工业出版社{Beijing:Meehenical IndustryPre~).1986,9 收藕日期:200003.03:改旬日期:2000.10-08. 作者筒介: 王广军(1963一).男,工学博士,教授.研究方向为热力系统厦设 备运行性能分析1计算机仿真及故障谚断. (责任编辑贾瑞君) operationonturbinegenerator’sshafttots[caroloscdlatlon)[J] 中国电机工程学报(ProceedingsoftheCSEE).2001,21(8): 24—28 2]IEEEWorkinggroup?thedfeetofswitching?turbine- gen~torsEffectofswitchingnetworkdisturlmnc~O13turhin~ generatorshe/ts?[J]1EEETra~s.nPAS.1982.101{2): 3151.3137 3】BowLerCEJ,Brow?PG,WalkerDNEvaluatlot3oftheeffectof powercircuitbreakerrecitingpraeti~~【mturbine-g*ne~tor ~hafts[j】.IEEETransonPAS,1980,99(5):1764,1779 4】IEEESubsynchronousRe?Ta5kForceoftheD竹amic SystsemPerformanceWorkingGroupFirstbenchnuLrkmod~lfor ecmpmerfimuhtkc~suhsynchmncosrb0衄眦e【j]IEEETrans ol】PAS,1990,109(5):1565—1572 收稿日期:2000.07.03;改回日期:2001.05.28. 作者简介; 张保会(1953),男,博士,教授.研究方向为电力系统安垒稳定 控制.继电保护.电力系统自动化等; 余鞭辉{1976.),女,碗士从事电力系统稳定分析厦控蕾研究. (责任蕾藿膏镶冠)