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[摘 要]在我国的电力工业生产中，主要形式是以燃煤为原料的火力发电，并且在今后的很多年，这一状况依然不会发生很大的改变，燃煤电厂主要的动力设备是以燃煤锅炉为主。煤粉锅炉的经济运行很大程度上影响着电力企业的效益以及设备的损耗。而锅炉运行的经济性很大程度上取决于风粉系统的流动工况。本文通过FLUENT软件对一次风粉进行了几组模拟，通过纯空气模型模拟了实际操作中的冷态实验，通过两相流模型进行模拟，避开了冷态实验纯空气的弊端，作为调整风粉管道阻力的依据。
[关键词]风粉配平 数值模拟
中图分类号：TK39；TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0039-01
一、一次风粉系统的重要性及国内现状
现代大型电站锅炉大多采用四角喷燃方式为主要的燃煤锅炉。在锅炉燃烧过程中，维持各燃烧器的风粉分配均匀是很重要的。因为对各燃烧器，为了保证其着火和燃烧稳定，应使其处于最佳的运行工况下工作，除了要保持炉内过量空气系数处于最佳范围内以外，还应保证各燃烧器能按一定的风粉比例向炉膛送入燃料和空气。如果各燃烧器的风粉分配不均，势必会造成某些燃烧器缺风和某些燃烧器缺煤的现象，从而使燃烧器偏离最佳工况工作。而燃烧器的负荷分配影响到锅炉炉内的空气动力场和温度场。当风粉分配不均时，一次风管内的气粉流动因风粉分配不均，造成某些管道内煤粉浓度过高或风速过低，导致煤粉在管内沉积甚至堵管；也会产生炉膛火焰偏斜，局部热负荷过高；炉内某些区域由于煤粉浓度过高造成还原性气氛加剧了结渣和高温腐蚀过程；某些燃烧器产生燃烧脉动甚至熄火现象造成炉内负压的大幅度波动。
二、风粉分配不匀的原因分析
产生各输粉管道风粉分配不均的原因有以下几方面：
（1）输粉管道入口分配不均，如在磨煤机出口送往各角风管的风粉量不均。
（2）由于输粉管道的长度不同、弯头数量不同等因素导致各粉管的综合阻力系数不同，在相同的压差下并列运行会引起风粉分配不均。
各输粉管道的风粉分配不均，在很大程度上是由于各输粉管道的阻力不同造成的。
三、风粉分配不匀的处理方案
同一层四角燃烧器的四个一次风粉管道是由同一台磨煤机提供煤粉，一次风总管经煤粉分配器分出四条一次风粉管到达各角的燃烧器，而对于并联管路各个支管压降总是相等的，可由方程导出风粉是否均匀，由于各煤粉管道到燃烧器的距离和弯头数目、形式不同，导致各并联支路的阻力不同，因此难以满足各并联管道阻力相等的条件。
在现实中，可以利用冷态（不带粉运行）进行调整各输风管道内风速分布基本均衡，然而在热态运行中，各管内风粉混合物流速相差悬殊。因此选择运用fluent软件进行两相流数值模拟，模拟其在热态运行的情况，对风粉的均匀分配特性进行研究。
四、模拟情况
某火电机组的蒸发量为1025 t/h的锅炉，配有3套中速磨煤机的正压直吹式制粉系统，四角切圆燃烧方式，每台磨煤机每端出口4根并联管向同一层燃烧器供粉.以电厂实际数据为基础，进行了煤粉分配器的一系列数值模拟。首先进行分配器及其管道的建模，管道的建模参照上表。由于电厂中分配器和管道尺寸较大，在使用gambit建模过程中，对分配器以及管道进行了一些简化。网格是数值模拟计算的基础，在网格划分中，分成了几个区域来划分网格，最后的网格数为48万个。在管道的建模上，采取了两种思路，一种就是按照90度45度的弯管进行实际长度建模，以下简称弯管，第二种是采用工程流体力学上的思路，按沿程损失系数将实际尺寸弯管转化为直管，以下简称直管。边界条件的设定：选取空气材料，选用默认设置，其中Density（密度）为1.225kg/m3， viscosity（粘度） 为1.7894e-5kg/m*s。煤粉入口为速度入口，速度25m/s。设为四个出口，按上表的尺寸设置中间的管道。
在模拟过程中，也按照电厂的实际操作，冷态配平的方法，又设置了一组对照的模拟，即空气相流动和两相流流动。即总共为两组对照，弯管和直管，空气与两相流。本文整个计算采用离散相模型，设定颗粒为煤粉。结果如下表1：
对于一次风粉平均分配，可以采取以下几个方案：
1.尽可能减小风粉管道的长度，可将磨煤机，粗粉分离器，煤粉分配器尽可能置于锅炉旁边，同时尽可能减少管道的弯头，以减少煤粉在横截面上的不均匀问题。
2.对输粉管道入口分配不均问题可以采用格栅型分配器，使煤粉气流通过格栅分配器的碰撞达到分布均匀。
3.对分配器进行改装，在煤粉进入分配器后，在内部设置可调节的挡板或是格柵，在进入管道之前，就对煤粉进行初次调平，减小压降过低的管道的入粉量。再加上给阻力较少的管道上加装节流元件，调整各并联支路的阻力，使其达到阻力大致相同，这样势必会减弱风粉分配不均的现象，则一般采取节流元件进行阻力平衡。
参考文献
[1] 焦世超.煤粉锅炉一次风管风粉配平方案的研究[D].2011.
[2] 于勇.FLUENT入门与进阶教程[M].北京：北京理工大学出版社，2008.
[3] 吴光中，宋婷婷，张毅. FLUENT基础入门与案例精通[M].北京：电子工业出版社，2012.
[4] 王福军.计算流体力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
[5] 王松岭.流体力学[M].北京：中国电力出版社，2007.
[关键词]风粉配平 数值模拟
中图分类号：TK39；TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0039-01
一、一次风粉系统的重要性及国内现状
现代大型电站锅炉大多采用四角喷燃方式为主要的燃煤锅炉。在锅炉燃烧过程中，维持各燃烧器的风粉分配均匀是很重要的。因为对各燃烧器，为了保证其着火和燃烧稳定，应使其处于最佳的运行工况下工作，除了要保持炉内过量空气系数处于最佳范围内以外，还应保证各燃烧器能按一定的风粉比例向炉膛送入燃料和空气。如果各燃烧器的风粉分配不均，势必会造成某些燃烧器缺风和某些燃烧器缺煤的现象，从而使燃烧器偏离最佳工况工作。而燃烧器的负荷分配影响到锅炉炉内的空气动力场和温度场。当风粉分配不均时，一次风管内的气粉流动因风粉分配不均，造成某些管道内煤粉浓度过高或风速过低，导致煤粉在管内沉积甚至堵管；也会产生炉膛火焰偏斜，局部热负荷过高；炉内某些区域由于煤粉浓度过高造成还原性气氛加剧了结渣和高温腐蚀过程；某些燃烧器产生燃烧脉动甚至熄火现象造成炉内负压的大幅度波动。
二、风粉分配不匀的原因分析
产生各输粉管道风粉分配不均的原因有以下几方面：
（1）输粉管道入口分配不均，如在磨煤机出口送往各角风管的风粉量不均。
（2）由于输粉管道的长度不同、弯头数量不同等因素导致各粉管的综合阻力系数不同，在相同的压差下并列运行会引起风粉分配不均。
各输粉管道的风粉分配不均，在很大程度上是由于各输粉管道的阻力不同造成的。
三、风粉分配不匀的处理方案
同一层四角燃烧器的四个一次风粉管道是由同一台磨煤机提供煤粉，一次风总管经煤粉分配器分出四条一次风粉管到达各角的燃烧器，而对于并联管路各个支管压降总是相等的，可由方程导出风粉是否均匀，由于各煤粉管道到燃烧器的距离和弯头数目、形式不同，导致各并联支路的阻力不同，因此难以满足各并联管道阻力相等的条件。
在现实中，可以利用冷态（不带粉运行）进行调整各输风管道内风速分布基本均衡，然而在热态运行中，各管内风粉混合物流速相差悬殊。因此选择运用fluent软件进行两相流数值模拟，模拟其在热态运行的情况，对风粉的均匀分配特性进行研究。
四、模拟情况
某火电机组的蒸发量为1025 t/h的锅炉，配有3套中速磨煤机的正压直吹式制粉系统，四角切圆燃烧方式，每台磨煤机每端出口4根并联管向同一层燃烧器供粉.以电厂实际数据为基础，进行了煤粉分配器的一系列数值模拟。首先进行分配器及其管道的建模，管道的建模参照上表。由于电厂中分配器和管道尺寸较大，在使用gambit建模过程中，对分配器以及管道进行了一些简化。网格是数值模拟计算的基础，在网格划分中，分成了几个区域来划分网格，最后的网格数为48万个。在管道的建模上，采取了两种思路，一种就是按照90度45度的弯管进行实际长度建模，以下简称弯管，第二种是采用工程流体力学上的思路，按沿程损失系数将实际尺寸弯管转化为直管，以下简称直管。边界条件的设定：选取空气材料，选用默认设置，其中Density（密度）为1.225kg/m3， viscosity（粘度） 为1.7894e-5kg/m*s。煤粉入口为速度入口，速度25m/s。设为四个出口，按上表的尺寸设置中间的管道。
在模拟过程中，也按照电厂的实际操作，冷态配平的方法，又设置了一组对照的模拟，即空气相流动和两相流流动。即总共为两组对照，弯管和直管，空气与两相流。本文整个计算采用离散相模型，设定颗粒为煤粉。结果如下表1：
对于一次风粉平均分配，可以采取以下几个方案：
1.尽可能减小风粉管道的长度，可将磨煤机，粗粉分离器，煤粉分配器尽可能置于锅炉旁边，同时尽可能减少管道的弯头，以减少煤粉在横截面上的不均匀问题。
2.对输粉管道入口分配不均问题可以采用格栅型分配器，使煤粉气流通过格栅分配器的碰撞达到分布均匀。
3.对分配器进行改装，在煤粉进入分配器后，在内部设置可调节的挡板或是格柵，在进入管道之前，就对煤粉进行初次调平，减小压降过低的管道的入粉量。再加上给阻力较少的管道上加装节流元件，调整各并联支路的阻力，使其达到阻力大致相同，这样势必会减弱风粉分配不均的现象，则一般采取节流元件进行阻力平衡。
参考文献
[1] 焦世超.煤粉锅炉一次风管风粉配平方案的研究[D].2011.
[2] 于勇.FLUENT入门与进阶教程[M].北京：北京理工大学出版社，2008.
[3] 吴光中，宋婷婷，张毅. FLUENT基础入门与案例精通[M].北京：电子工业出版社，2012.
[4] 王福军.计算流体力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
[5] 王松岭.流体力学[M].北京：中国电力出版社，2007.