[發明專利]一種基于數值模擬的爐膛結渣厚度判斷方法

有效

• 申請號: 201811562238.8
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109829189B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 劉中毅;金晶;鄭良倩;朱以周;張瑞璞;杭伊煊
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 余昌昊

本發明提出一種基于數值模擬的爐膛結渣厚度判斷方法，步驟A：將爐膛數據錄入模型；步驟B：對爐膛進行網格劃分；步驟C：在FLUENT軟件中進行數值模擬，設定條件模型和模擬算法；步驟D：收集爐膛內實際數據，并導入模擬算法中，獲得火焰燃燒溫度；步驟E：通過第一熱力計算公式，計算獲得清潔水冷壁為0mm結渣厚度時的壁溫；步驟F：將清潔水冷壁的壁溫導入模擬算法中，獲得參考數據并與實際數據進行對比；步驟G：將參考數據和火焰燃燒溫度代入第二熱力計算公式內，獲得沾污水冷壁為n?mm結渣厚度時的壁溫，并導入模擬算法中，獲得不同結渣厚度時的壁溫數據；步驟H：將不同結渣厚度時的壁溫數據進行公式擬合，獲得結渣厚度與爐膛出口煙溫的關系式。

技術領域

本發明涉及模擬計算領域，尤其涉及一種基于數值模擬的爐膛結渣厚度判斷方法。

背景技術

近年來，國內有許多對爐內結渣與預測的研究，而實際鍋爐運行中，運行人員需要及時了解爐內結渣積灰的程度和發展趨勢，并根據積灰結渣的狀況和運行需要，合理、有效地動作吹灰器。由于鍋爐實際環境條件的限制，不可能直接判斷爐內的結渣情況。目前國內各電站的吹灰系統基本按事先設定的吹灰周期工作，難以對即時情況及時做出反應。吹灰器使用頻率過多會造成管壁磨損、浪費能耗、降低爐膛溫度；吹灰器使用頻率過少，會導致結渣積灰清理不及時，增加鍋爐受熱面的傳熱阻力，傳熱惡化等問題。

采用裝在不同位置的紅外成像相機直接測量水冷壁表面的輻射發射率來反映壁面的結渣狀況，但是紅外成像相機造價昂貴、運行成本高，并未廣泛應用。采用安裝在水冷壁上的熱流計作為診斷傳感器，用熱流計表面的沾污分析模擬其附近水冷壁結渣的產生和發展過程，根據結渣造成的熱流變化可對結渣進行診斷和監控，但熱流計維護困難，一旦出現問題就需要停爐維修，影響電站正常運行。

利用有限單元法求解膜式水冷壁溫度場，計算背火側壁面溫差與水冷壁局部熱負荷的關系。利用背面溫差測點，間接確定結渣面積，但是該方法僅限實驗室研究，尚未實際應用，無法確定是否適合電站運行。當爐膛內出現沾污、結渣時，水冷壁的吸熱量減少，爐膛出口煙溫升高。爐膛吹灰后，爐膛出口煙溫顯著下降，此后隨沾污的增加又逐漸升高，直到下一次吹灰。因此，爐膛出口煙溫的變化可以從整體上反應爐內結渣狀況的特征，國外幾乎所有的結渣監控系統都以此作為主要或重要的輔助診斷手段，雖然該上方法取得了較好的成果，但沒有對爐膛結渣沾污影響進行定量分析，無法做到精確指導吹灰。

鍋爐爐內燃燒是一個復雜的湍流流動、傳熱及燃燒的三維過程。由于過程的復雜性以及燃煤鍋爐燃料的多變性，迄今為止，對鍋爐的設計和運行缺乏成熟的理論和經驗，往往需要冷態及熱態試驗來確定運行和設計參數，這類試驗周期長，耗資巨大，且很難得到全面、滿意的數據。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種基于數值模擬的爐膛結渣厚度判斷方法，基于在線監測參數，間接地診斷爐內積灰結渣狀態。

為了實現上述目的，本發明提出一種基于數值模擬的爐膛結渣厚度判斷方法，包括如下步驟：

步驟A：將爐膛數據錄入模型，將所述爐膛進行區域劃分，且各區域的工況參數根據實際情況設定，由上自下依次包括吹灰器區、燃燒器區和冷灰斗區，所述冷灰斗區呈倒錐狀，所述爐膛內設有一次風口和二次風口；

步驟B：利用Gamb?it軟件對所述爐膛進行網格劃分，所述燃燒器區噴口處的網格采用Pav?i?ng法進行劃分，即所述燃燒器區的網格比所述吹灰器區和冷灰斗區的網格都密集；

步驟C：在FLUENT軟件中進行數值模擬，設定多項條件模型，設定多種模擬算法；

步驟D：檢測收集爐膛內實際工況時的實際數據，所述實際數據包括爐膛內各噴口的入口邊界條件，所述入口邊界條件包括一次風口的風速、一次風口的風溫、二次風口的風速和二次風口的風溫；將所述實際數據導入選取的所述模擬算法中，獲得火焰燃燒溫度T_hy；