声波除灰技术的研究
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摘要
声波除灰技术作为解决电站锅炉积灰、结渣问题的新兴技术已得
到广泛的推广和应用。深入揭示声波除灰机理和全面探索吹灰器的投
入对炉内传热、传质和燃烧的影响有利于促进声波除灰技术的进一步
发展。本文采用数值方法分别对加吹灰器前、后两种工况下炉内低温
对流受热面部分和炉膛燃烧室的二维流场进行模拟。对于两部分的流
场的描述采用了标准的κ-ε双方程湍流模型；对于气体湍流燃烧采用
简化的PDF—快速反应模型；对于颗粒湍流扩散采用随机颗粒轨道模
型；对于水分蒸发采用扩散模型；对于热解挥发采用双挥发反应模型；
对于焦碳燃烧采用碳的异相反应模型；对于辐射传热采用P—1模型。
在计算过程中，采用有限差分法中的控制容积法来建立差分议程，稳
态和非稳态方程中的总通量项（包括对流项和扩散项）分别采用一次
上风格式和隐式一次上风格式进行离散。采用SIMPLE算法来解决压
力场和速度场的耦合问题。通过在流场的边界网格点上设置周期性的
压力边界条件来模拟吹灰器的投入对流场的影响。模拟结果与有关资
料的定性分析基本吻合。
声波吹灰器的设计计算是一项很麻烦的工作，为了便于声波吹灰
器的快速、准确的设计，本文利用BORLAND公司的DELPHI开发工
具开发了一套设计声波吹灰器的结构参数及声学参数的应用软件，包
括灰渣粘结强度的计算、吹灰器的优化设计和谐振管的结构设计三个
主要的模块，并利用软件中的图图形显示作定性分析，对于声波吹灰器
的生产和试验具有一定的指导意义。
As a new technology, acoustic soot blowing technology is used to
clean ashes and soot in boilers and has been largely popularized in some
power plants in China. Thoroughly revealing the mechanism of acoustic
soot blowing and fully exploring the influence of heat and mass transfer
and burning when acoustic soot blowers are used in boilers is
advantageous to advance the development of acoustic soot blowing
technology. Numerical simulation is used to simulate the two-dimension
airflow field of low temperature convection heated surface and firebox in
two operating condition. k & Two-equation turbulence model is taken as
mathematical model of the airflow field; Mixture fractionlPDF formulation
is adopted to model gas burning; Discrete Random Walk Model is
introduced to model Turbulent dispersion of particles; Diffusion model is
adopted to model Water volatilization; Two Competing Rates Model is
used to model char burnout; Kinetics/diffusion-limited Model is chosen for
the Combustion of char; P-i model is applied to model radiative heat
transfer. In the cause of calculation, The first-order upwind discretization
scheme is used for convection; The standard SIMPLE algorithm is adopted
for pressure-velocity coupling; To model the influence of airflow field of
boilers while acoustic soot blowers are used, a temporally periodic
pressure boundary condition is applied to the inlet of acoustic soot blowers.
The results coincide with data of testing in essence.
To make the scheme of acoustic soot blowers less troubled,
application software is presented for optimum designing the structural and
acoustic parameter in the paper, including the calculation of bond strength
of ashes and soot, optimum design of acoustic soot blowers and design of
resonatron. In addition, graphics display is provided for qualitative
analysis expediently.
到广泛的推广和应用。深入揭示声波除灰机理和全面探索吹灰器的投
入对炉内传热、传质和燃烧的影响有利于促进声波除灰技术的进一步
发展。本文采用数值方法分别对加吹灰器前、后两种工况下炉内低温
对流受热面部分和炉膛燃烧室的二维流场进行模拟。对于两部分的流
场的描述采用了标准的κ-ε双方程湍流模型；对于气体湍流燃烧采用
简化的PDF—快速反应模型；对于颗粒湍流扩散采用随机颗粒轨道模
型；对于水分蒸发采用扩散模型；对于热解挥发采用双挥发反应模型；
对于焦碳燃烧采用碳的异相反应模型；对于辐射传热采用P—1模型。
在计算过程中，采用有限差分法中的控制容积法来建立差分议程，稳
态和非稳态方程中的总通量项（包括对流项和扩散项）分别采用一次
上风格式和隐式一次上风格式进行离散。采用SIMPLE算法来解决压
力场和速度场的耦合问题。通过在流场的边界网格点上设置周期性的
压力边界条件来模拟吹灰器的投入对流场的影响。模拟结果与有关资
料的定性分析基本吻合。
声波吹灰器的设计计算是一项很麻烦的工作，为了便于声波吹灰
器的快速、准确的设计，本文利用BORLAND公司的DELPHI开发工
具开发了一套设计声波吹灰器的结构参数及声学参数的应用软件，包
括灰渣粘结强度的计算、吹灰器的优化设计和谐振管的结构设计三个
主要的模块，并利用软件中的图图形显示作定性分析，对于声波吹灰器
的生产和试验具有一定的指导意义。
As a new technology, acoustic soot blowing technology is used to
clean ashes and soot in boilers and has been largely popularized in some
power plants in China. Thoroughly revealing the mechanism of acoustic
soot blowing and fully exploring the influence of heat and mass transfer
and burning when acoustic soot blowers are used in boilers is
advantageous to advance the development of acoustic soot blowing
technology. Numerical simulation is used to simulate the two-dimension
airflow field of low temperature convection heated surface and firebox in
two operating condition. k & Two-equation turbulence model is taken as
mathematical model of the airflow field; Mixture fractionlPDF formulation
is adopted to model gas burning; Discrete Random Walk Model is
introduced to model Turbulent dispersion of particles; Diffusion model is
adopted to model Water volatilization; Two Competing Rates Model is
used to model char burnout; Kinetics/diffusion-limited Model is chosen for
the Combustion of char; P-i model is applied to model radiative heat
transfer. In the cause of calculation, The first-order upwind discretization
scheme is used for convection; The standard SIMPLE algorithm is adopted
for pressure-velocity coupling; To model the influence of airflow field of
boilers while acoustic soot blowers are used, a temporally periodic
pressure boundary condition is applied to the inlet of acoustic soot blowers.
The results coincide with data of testing in essence.
To make the scheme of acoustic soot blowers less troubled,
application software is presented for optimum designing the structural and
acoustic parameter in the paper, including the calculation of bond strength
of ashes and soot, optimum design of acoustic soot blowers and design of
resonatron. In addition, graphics display is provided for qualitative
analysis expediently.
引文
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