碱回收锅炉黑液雾化冷态数值模拟研究

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中文摘要：碱回收锅炉中黑液雾化效果决定了其燃烧状况。黑液的雾化效果较好时，液滴在炉膛内的运动过程中得到适当干燥，并在炉膛底部形成一定形状的焦床，使燃烧维持在良好状态。然而，如果此时的雾化液滴太小，又会过早进入熔融状态，不能形成良好状态的焦床，而且会伴有大量机械携带，此时黑灰易在水冷壁、水冷屏等处积累形成碱块，若在吹灰时掉下，便会破坏焦床。若雾化质量较差，大尺寸液滴在运动过程中干燥程度不佳，又会堵塞喷口。因此，鉴于黑液的特殊性质，有必要通过数值模拟研究碱回收锅炉内黑液的雾化效果，以便于碱回收锅炉及黑液喷枪结构设计的优化，从而降低生产成本，提高锅炉的运行效率。本文首先采用控制体积分数方法的多相流模型（VOF模型）对压力—旋流雾化喷嘴进行了数值模拟研究：验证了黑液的层流假设，发现黑液粘度及表面张力与雾化液滴粒径成正比，而黑液密度与雾化液滴粒径成反比；通过研究喷嘴不同的初始化方法、进口压力及结构尺寸对黑液雾化特性的影响，总结出五种较优的喷嘴结构尺寸搭配方案，并结合工况要求，获得了其工作压力与雾化特性参数；确定了黑液颗粒的最终稳定速度约在3.5m/s左右。其次，利用湍流模型模拟得到碱回收锅炉的稳态空气流场，发现一次风射流在四个墙角处发生撞击，造成能量损失，不利于加强混合；二次风两侧的射流偏向了侧墙，有可能形成结渣，加速腐蚀等影响；三次风的高速射流能够有效地冲散炉膛中心的高速上升气流，有效地抑制了机械携带。但是总体来说，该碱回收锅炉的配风还是很合理的。最后，使用离散相cone喷雾模型，拟合五种优化搭配喷嘴的雾化特性参数，通过耦合计算，将黑液液滴与碱回收锅炉的稳态空气流场结合，并且考虑了液滴运动过程中的破碎、碰撞与合并，得到碱回收锅炉的冷态流场，进一步分析了碱回收锅炉的压力场、湍动能分布及颗粒分布。研究发现：前墙及右墙壁面存在结渣隐患；使用开口尺寸为16mm，旋流片孔径为11mm的喷嘴（16-11喷嘴）时，炉膛内黑液的雾化效果好于开口尺寸为8mm，旋流片孔径为8.5mm的喷嘴（8-8.5喷嘴）；喷嘴的雾化锥角及初始液滴尺寸范围是影响炉膛内黑液干燥和燃烧效果的主要雾化特性参数，当黑液液滴的最小尺寸大于0.6mm时，对液滴的干燥及机械携带的抑制均有较好的效果。

作者：

刘宇阳

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关键词：

碱回收锅炉黑液雾化冷态流场喷枪结构优化数值模拟

授予学位：

硕士

学科专业：

动力工程

导师：

赵广播

学位年度：

2015

学位授予单位：

哈尔滨工业大学

语种：

中文

中图分类号：