技術分享 | CAE仿真技術在流化床鍋爐設計中的應用簡介

2018-01-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

流化床燃燒具有傳熱傳質條件好,燃料適應范圍廣,氮氧化物排放量低,爐內脫硫效率高等優點,是清潔燃燒方式之一。流化床鍋爐的設計涉及到復雜的多相流動,以及傳熱與傳質問題。隨著現代CAE仿真技術的日趨成熟,企業完全可以將這種先進的研發手段與試驗和經驗相結合,指導工程設計和優化,彌補和克服傳統方法的缺陷,減少物理模型試驗、節省產品開發成本,縮短開發周期,大幅度提高企業的市場競爭力。下文是CAE仿真技術在解決流化床鍋爐研發過程中部分常見工程問題的簡要介紹:

流化床鍋爐內部流化特性研究

床層膨脹高度、流化狀態
壓降特征
煤與床料粒子的混合
粒子濃度分布,粒子速度
埋管及其他受熱面的磨損問題

上面云圖顯示了沸騰流化床中的氣體速度對固體循環速率的影響。

上圖是利用FluentDEM分析流化床鍋爐底部形狀為V型時,內部顆粒群的流動情況。CFD仿真結果直觀地反映了流化床底部形狀對寬篩分粒子分層流化現象的影響。

關鍵部件設計問題

風箱,爐底進風布置及埋管等內部構件設計與分析
布風板開孔率及風帽結構布置設計與分析
回料閥的設計與分析
旋風分離器設計與分析

上圖顯示了固體流動形式和氣體流線在不同瞬間的截圖、固體體積比例分布,流場壓力分布,以及固體和氣體的速度矢量。由于內部擋板的存在,形成了非常強烈的局部氣體循環。利用ANSYS CFD 歐拉多相流模型分析,能為流化床鍋爐內部構件設計分析提供指導性幫助。

上圖利用ANSYS CFD軟件研究50MW容量的CFB鍋爐的三維流體力學特性,模擬得到了垂直方向和水平方向上幾個截面上的固體體積分率分布。圖(a)反映了在燃燒室和回料器中都存在底部高密度和頂部稀釋的現象,圖(b)顯示了固體顆粒體積分率的分布,這些仿真結果可以在流化床鍋爐設計方案選型中提供實質性依據。

相關CAE軟件模塊:

幾何與網格處理工具:ANSYS DesignModeler、ANSYS SCDM、ICEM CFD

流體仿真分析:ANSYS Fluent、CFX

結構仿真分析:ANSYS Mechanical

并行計算分析:ANSYS HPC

優化設計分析:ANSYS optiSlang

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