电站空气通道流动过程数值模拟研究

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风烟系统是电站锅炉的一个重要组成部分,也是火电站厂用电消耗的一个重要来源。优化火电厂空气通道结构设计,降低烟气流动过程中产生的流动阻力,减小整个风烟系统的能耗,对于降低厂用电,实现火电厂的节能减排具有比较显著的作用。本文作者从事电站设计工作二十多年,对火力发电厂风烟系统比较熟悉,在繁重的设计、管理工作之余在职以研究生毕业同等学力攻读博士学位,重点研究锅炉风烟系统的降阻优化问题。本文使用数值模拟的手段,对工程实际中所采用的电站空气通道内部流场进行仿真研究,分析烟气在其内部的流动情况和产生的阻力损失。在此基础上进行总结分析,为优化电站空气通道的设计提供技术支持。基于商业软件,文章中详细介绍了针对电站空气通道内部流场进行数值模拟的详细流程,使用这样的流程对后台阶流动和NACA0015翼型绕流问题进行了仿真分析,与实验进行了对比。一方面是对数学模型和计算流程做一验证,另一方面通过简单流动问题的讨论与分析加深对涡旋、流动现象等的理解和认知,为进一步分析电站空气通道内复杂流动问题打下基础。使用数值计算的方法,对于火电厂第一类空气通道的大量直管段和弯头部件内的烟气流动进行了研究分析。主要研究不同标准的直管段、弯头零件内部的流场结构,分析计算了其出口速度场分布的均匀性、管路压力变化、沿程阻力损失的大小等;同时也对弯头零件内添加导流板的流动状况进行了模拟分析。基于计算结果,讨论不同电站空气通道外围设计、不同内撑结构设计对于其流动阻力、流动均匀性、积灰特性等的影响,并分析导流板的添加对于弯头部件通流性能的影响。在对第一类空气通道进行研究的基础之上,为兼顾节约建设用地和保证烟气流动均匀性这两方面的需求,对于第二类烟气通道展开讨论分析。计算不同通道方案设计的阻力损失、流动均匀性等指标,且与第一类空气通道进行对比,探讨第二类空气通道对于电厂风烟系统的优化作用。在文章的最后,为进一步优化电站空气通道内撑结构的设计,研究了新型内撑方案在电站空气通道设计中的应用。基于数值模拟的结果,讨论不同内撑方案及连接方式对于风烟系统的影响。并以国内典型的600MW等级除尘器前电站空气通道进行讨论,分析新型内撑方案设计的经济性与可行性。建议对本文的研究成果进行工程化技术攻关,开展实际工程应用并推广。
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