鳍片式低温省煤器管束磨损仿真及特性分析文献综述

 2022-11-01 14:29:22
  1. 文献综述(或调研报告):

管道是在工业生产中非常常用的一个组成元件,它往往承担着重要的运输功能。在火电厂的工业应用中,许多换热装置都通过管道的铺设来实现。在锅炉尾部受热面区域,换热器的布置也多为管式换热器,管道的磨损对于工业运行一直是一个很重要的问题。许多的学者都对此进行了研究。

对于不同的仿真方法,B.E. Lee et al.[1]讨论了分别采用拉格朗日法和欧拉法模拟颗粒与壁面撞击时得到的结果。拉格朗日法单独考虑每一个颗粒的运动,颗粒的运动轨迹由若干参数确定;而欧拉法把气相和某一相的运动视作两相耦合的连续流体。拉格朗日法在计算上的开销很大,颗粒的数量往往比较大;欧拉法计算的开销较小,但由于欧拉法考虑某一相的平均值,可能会给计算带来严重的误差。通过两种方法所得的结果与实验数据进行比较后,发现数值模拟的结果与实验结果相差不大,得出这两种方法对流场的主要特点、磨损率以及边界附近的流动的模拟都非常有效的结论。

对于错排管束的磨损情况,Jun Jin et al.[2]采用Tabakoff 的撞击、反弹、磨损模型,对两列错排管束的磨损进行模拟,考虑来流速度、颗粒直径、撞击频率分布、管道磨损情况分布对管道磨损的影响,预测各管道上发生最大撞击频率和最大磨损的区域。仿真结果显示,颗粒直径小时,颗粒易受流场影响随流场运动,粒径达到和时,颗粒的运动轨迹不同;第一列管道主要的磨损区域为40-60°,第二列管道主要的磨损区域为20-50°;第二列管道的总体磨损几乎是第一列管道的两倍。

Tai Jin et al.[3]建立了1011的二维错列管束模型,考虑不同斯托克斯数情况下气固二相流对流场中部管道的磨损情况,其中,气相利用欧拉法通过直接数值模拟计算,固体颗粒的运动通过拉格朗日法计算。仿真结果显示,对于第一根管道来说,管道的总体磨损随着颗粒直径的增加而增加,但由于局部颗粒富集,中等粒径的颗粒对其余下游管道造成的磨损最为严重;第二列管道的磨损比第一列管道严重;计算域边界的管道所受磨损比计算域中间的管道更为严重,并且下游远处管道该现象更为明显;某些区域的磨损会尤其严重,需要特别注意。

王鹏[4]从省煤器自身结构、烟气流动特性以及飞灰特性三个方面分析了影响省煤器磨损的因素,并对省煤器蛇形管的顺列和错列两种布置方式进行了数值模拟。连续相运用欧拉方法计算, 颗粒轨迹运用拉格朗日法结合颗粒—壁面反弹模型预测,编入磨损方程通过迭代计算求解飞灰颗粒撞击率与粒径之间的关系、粒径与磨损量之间的关系,以及沿流向各排管子的磨损量和磨损发生位置。将此模拟手段用于一个实际运营的电厂,模拟结果显示,自第三排起省煤器磨损量相对前两排出现较大跃升,其中最大磨损发生在第5排和第6排,这与该厂省煤器管束第三排以后管壁厚度明显减小且省煤器管束多次在第5排和第6排管发生泄露事故较为吻合。

对于顺排管束的磨损情况,Kun Luo et al.[5]建立了1010的二维管束模型,去流场中间的一排管束作为研究对象,讨论了颗粒直径为、、、时颗粒撞击对管道磨损造成的不同影响。颗粒直径非常小()时,对管子造成的磨损可以忽略;颗粒直径较小()时,由于湍流流体流动较为混乱,颗粒与壁面的撞击可能发生在管道的任意位置,但仍有磨损发生较为集中的区域;中等粒径的颗粒()造成的磨损最为严重,在惯性与流场的双重作用下颗粒的局部撞击频率与局部质量磨损率的最大值出现区域相近,加重了磨损;粒径较大()时,颗粒的惯性是颗粒运动的主要影响因素,管道前表面更容易被磨损。每种情况下管道都有容易被磨损的区域,这些区域尤其需要加强保护。

王迎慧等人[6]用离散相模型对烟气横掠顺列螺旋槽管束进行气固两相流动的数值模拟,比较光管与螺旋槽管的磨损情况,分析烟气流速、粒径、横纵向管距、螺距、槽深对螺旋槽管磨损的影响。结果表明:螺旋槽管管束磨损率比光管的小10%左右,烟气流速、粒径、纵向管距增大会导致磨损率增大,横向管距、槽深的增大会到导致磨损率减小;小粒径颗粒()最大磨损位置发生在圆心角30°左右,较大粒径颗粒最大磨损位置发生在圆心角40°左右。

X.B. Zhao et al.[7]提出设计H型鳍片管时综合考虑传热性能和抗磨损性能,数值模拟研究发现有纵向涡流发生器的鳍片管抗磨损性能远比既有纵向涡流发生器又有孔洞和只有孔洞的H型鳍片管要好,这些经过改良的鳍片管抗磨损性能都比原本的H型鳍片管好。

袁晓豆等人[8]利用Fluent 软件对气固两相流绕流H型翅片管进行了冷态数值模拟并忽略了固相对气相的作用采用单向耦合模型。计算结果表明: 颗粒速度在H 型翅片管迎风面呈M 型分布,背风面呈W型分布,H 型翅片管不易积灰。此外还对不同流速和颗粒质量浓度的情况也进行了仿真,计算结果表明H 型翅片管在高速高质量浓度下工作效果同样较好。

针对磨损以及其改进的分析,蒋晓锋等人[9]以某石化电厂锅炉省煤器磨损爆管事故为例,分析得出事故原因为煤种变化和变负荷运行加剧螺旋肋片管磨损,提出采用抗积灰抗磨损性能更好的H型鳍片管,在省煤器烟气进出口两排管以及靠墙两片管屏全部安装防磨罩,在靠墙侧弯头区域加装导流板,改造取得良好效果。

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