焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析_图文

1、大连理工大学硕士学位论文焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析姓名：高洋申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：尹洪超20081201大连理工大学硕士学位论文摘要我国是能源消耗大国，正处于经济飞速发展时期，能源消耗量逐年增加，城市生活污水和工业废水的产量也急剧地上升。广泛采用焚烧处理的办法是一种经济、有效、环保的措施，然而回收焚烧产物的余热成了工程设计的一大难题。本文从某废液焚烧炉余热锅炉的工程实际出发，分析和研究了实际问题的关键所在一强化换热与解决结渣问题。结合所学的理论知识以及相关领域的研究方法和方向进行实际问题的简化，应用软件进行数值模拟，先是将实际的三维问题分成平面的和竖直两个方面

2、来进行数值模拟，再从强化换热的方式和方法上出发，对比了直管和螺旋管的换热和流体动力特性，提出了进行管间距优化的模型。另外，从换热量、压力降方面比较详细地分析了挡板对换热量管换热和阻力特性，由实际的确定速度问题引发了进行综合考虑换热和阻力特性的速度确定方法一综合收益准则，提出可供工程参考的准则速度（极限速度和最优速度），并就此进行了深入的展开讨论。最后进行了结渣过程的数值模拟的尝试，通过目前对结渣现象认识的分析，得知只有将冷凝过程模拟的比较完善后，才能进行结渣过程的更真实的模拟。从水蒸气的冷凝过程的模拟入手，进行了无重力作用下窄通道内平行板间凝结换热数值模拟，对比分析了重力、相变对换热的影响。另

3、外从非稳态的模拟给出了冷凝换热的两相流的流型的转变过程，并总结了模拟过程中存在的不足以及今后可发展的方向。对加强真实冷凝过程的认识具有很好的参考价值，为进一步的发展更完善的冷凝换热模型打下基础，也为模拟更复杂的具有物理化学反应的凝渣过程做好了铺垫。关键词：余热锅炉；强化换热；数值模拟；螺旋管；综合收益准则；冷凝；结渣；焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析一，（），；（），大连理工大学硕十学位论文，：；大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的

4、研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：盘蝉釜煎必洋蕴趁篮渔数翅磁趣墨逝簿作者签名：为埠一日期：皇堕星年剖上多日大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存

5、和汇编本学位论文。学位论文题作者签名：导师签名：大连理工大学硕士学位论文绪论随着工业的发展，科学技术水平的不断提高，余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增加生产、提高产品质量、降低生产成本等方面起着越来越大的作用。然而我国目前的技术现状与世界先进水平的差距还很大，大部分余热尚未充分利用，因此在当前能源供应日趋紧张、环境问题更加严峻的总趋势下，大力开展回收余热的工作显得尤为重要。余热资源的分类余热属于二次能源，它是一次能源和可燃物料转换过程后的产物，是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。一般分为：（）高温烟气余热，（）高温炉渣余热，（）高温产品余热（包括中间产物），（）冷

6、却介质余热，（）可燃废气余热，（）化学反应及残炭的余热，（）冷凝水亲热。余热利用吨在工业领域内，由于使用的生产方法、生产工艺、生产设备以及原料、燃料条件的不同和工艺上千变万化的需要，从而给余热利用带来很多困难。要想解决这些困难，必须消楚了解它的特点。一般来说其特点如下：（）热负荷不稳定不稳定是由工艺生产过程所决定的。例如有的生产是周期性的，有的高温产品和炉渣的排放是间断性的。有的工艺生产虽然连续稳定，但余热锅炉热源提供的热量也会随着生产的波动而波动。（）烟气中含尘量大、物理和化学性质恶劣如氧气顶吹转炉烟气中的含尘量达、沸腾焙烧炉、闪速炉一、烟化炉，含尘数量大大超过一般的锅炉，同时烟尘的物理、化

7、学性质也特别恶劣。尤其是炉烟温度高、含尘量大时，更容易粘结、积灰，从而对余热回收的设备有可能产生严重磨损和堵塞的后果。（）烟气有腐蚀性烟气中有的含有如二氧化硫等腐蚀性气体，在烟尘中或炉渣中还有各种金属和非金属元素，这些物质都有可能对余热回收设备造成低温腐蚀或高温腐蚀。（）受安装场所固有条件的限制焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析余热利用设备常受到安装场所固有条件的限制，如有的对前后工艺设备的联接有一定的要求，有的对排烟温度要求保持在一定的范围内等。这些问题与余热回收设备常发生一定的矛盾，必须认真研究统筹解决。余热锅炉的发展概况瞳二十世纪初美国首先在铜反射炉后装设余热锅炉，开始做回收余热的

8、尝试，三十年代在炼钢平炉后面开始装设余热锅炉。在这几十年中，世界各国对余热锅炉也不同程度地进行了一些研制工作。而进展却一直不快，其原因除了是对余热利用可能重视不够之外，但更主要的是没有掌握好它的规律。五十年代以后，余热利用才得到较快的发展。尤其六十年代闪速熔炼技术的出现，对余热锅炉的研制工作更起了促进的作用，使积灰、腐蚀、磨损等方面的问题都逐步得到了较好的解决。余热锅炉的发展基本上可以分为初期、中期和成熟期三个阶段。在初期阶段中，对余热的特点和烟气、烟尘的特性等了解的很不够，错误地把余热锅炉等同地当做一般锅炉来对待，以为把一般通用的锅炉装上去即可达到回收余热的目的了。在这样的情况下，各国先后设

9、计了一些余热锅炉，如美国在年在安纳康达铜冶炼厂反射炉后装的斯达林型余热锅炉，日本于年使用的铜反射炉余热锅炉。这些锅炉运行不久即被积灰堵死。停炉检查发现炉内通道几乎全部被烟尘堵死，且部分钢管有被严重磨损的痕迹。分析积灰的主要原因，是由于烟气进入第一通道时，首先和锅炉管成横向冲刷，在下部灰斗处亦成横向冲刷，在炉膛中间又布置了受热面。使烟气和烟尘的辐射放热不能很好地进行，从而使烟尘大量地粘附在管壁上。下部灰斗的砖面没有水冷壁保护，加上烟气转向第二通道时产生的涡流，从而也加剧了烟尘的堆积。为了解决严重的积灰问题，经过反复的研究和改进，从而进入了中期发展的阶段。如美国使用的烟化炉余热锅炉，日本改进后的沸

10、腾焙烧炉余热锅炉。这些余热锅炉的特点是都有一个较大的辐射冷却室。辐射冷却室的主要作用是把烟气温降低到某一特定的温度以下，使烟尘由熔融状态变成固体颗粒，并在其中沉降下来，然后烟气再进入对流区，这样做虽然使积灰问题有所改善，但每当冶炼原料、燃料种类有所改变或冶金炉负荷需要强化时，就经常出现严重的积灰，而且以下锅筒处最为严重，往往迫使余热锅炉停炉清灰，以致影响了正常工艺生产。鉴于上述情况，而取消了下锅简，并把上锅筒和集箱都移至炉外，把对流受热面改为纵向冲刷的屏式受热面，有的还主张把自然水循环改为强制水循环。这样到六十年代末及七十年代初即发展到了较为成熟的第三阶段。在这个阶段中，余热锅炉的结构型式基本

11、上有两种。一种为多通道式余热锅炉，烟气在锅炉中成多回程式流动，如大连理工大学硕士学位论文型铜反射炉余热锅炉，一型沸腾焙烧炉余热锅炉。另一种是直通式余热锅炉，烟气在锅炉内不转弯，成直流式流动，如日本用的闪速炉余热锅炉，芬兰用闪速炉余热锅炉，日本铜反射炉余热铜炉，日本铜转炉余热锅炉。实践证明，这些余热锅炉经长期运行都是比较正常和可靠的。上述这些余热锅炉在结构布置上虽各有它独特的地方，但在防止积灰、防止腐蚀、防止磨损等方面基本上都得到了较好的解决，代表了当前的世界先进水平。但是，随着工业的发展，工艺流程的革新，肯定将对余热锅炉提出更新的课题和要求。积灰愠叫工业炉窑排出的烟气中含有较多的烟尘时，余热锅

12、炉的积灰问题，是关系到余热锅炉能否成功的关键之所在。过去由于积灰问题没有解决好，失败的教训是很多的。因此可以说余热锅炉的发展就是不断改进处理积灰，所以，必须十分重视。（）积灰的分类根据烟气温度的高低，余热锅炉内的积灰一般可分为高温区的积灰、低温区的积灰和过渡温区的积灰。所谓过渡温区的积灰，就是高、低温区之间的积灰。高温区的积灰，一般是指烟尘大部分呈熔融或半熔融状态下所形成的积灰。其温度和积灰的熔点有关，不同成分的烟尘其熔点相差很大。有的在。以上，有的只有。这种烟尘如附着在高温耐火砖壁面上，经自然冷却后，积灰质地特硬，并坚韧不脆，一般很难清除；如附着在锅炉水冷壁管子或其他冷却件上，积灰就较松脆。

13、在后一种情况下，只要及时用吹灰或机械振打等方法尚较易清除。但积灰超过一定厚度时，其外表就会结焦成一层硬壳，作为积灰的核心促使积灰速度增长很快，并且越积越大，这时再想清除它就比较困难了。过渡温区的积灰，是指烟尘大部分为固体颗粒，而尚有一部分呈熔融或半熔融状态下所形成的积灰。其中大颗粒的烟尘外表面常常是一层簿的硬壳，而中间仍是半熔融状态。这个温区的分布与积灰的软化点有关。当积灰成分很复杂时，由于各种成分的软化点相差很大，因而积灰的软化点便成了范围较大的温区。在这个温区内形成的积灰称为“过渡温区”的积灰。这种积灰如果附着在高温耐火砖上，开始一段时间一般是不硬不脆，稍用力就能加以清除，但如积灰时间较长

14、等，质地变坚硬后就更难于消除了。这种积灰如果附着在锅炉水冷壁管或其他冷却件上，当积灰较薄的，用机械方法容易清除，而积到一定厚度时，其外表面也可能形成坚硬焦壳，并越积越厚，但比高温区积灰的形成速度往往要慢些。焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析低温区的积灰，是指烟尘在凝固点以下的积灰，也就是呈固体颗粒的积灰。这种积灰往往随着固体颗粒的性质及其成分的不同而有着很大的差异。在锅炉对流受热面上积灰的表现也有所不同。一般可分为松散性的积灰和粘附性的积灰，用机械清灰方法都较易消除。、以上积灰温区的划分，是由烟尘的熔点、软化点和凝固点决定的。由于工业炉窑的种类、使用场合和目的的不同，排出烟尘的性质也不相

15、同，因而积灰的俏况也很不一样，有的只出现其中的一、两种情况。有的三种积灰情况都会错综地同时出现，例如炭素煅烧窑烟尘的软化点很高，只形成固体颗粒的积灰。而重有色金属火法冶炼温区的划分，一般在以上为高温区，以下为低温区，两者之间为过渡温区，所形成的积灰三种情况均有。（）积灰的成分积灰的成分与流经烟气的温度有密切的关系。通常难熔元素及其化合物，如铁、铜、硅、金、银、镍等，在高温区即固结并大量沉积下来，到低温区则显著减少。反之，易熔元素及其化合物，如铅、锌、锡、锑、砷、铟、镉等，在高温区主要呈挥发性气体状态难于捕集，到低温区才逐步凝聚下来。从积灰及各温区清除出来灰粒的颜色来看也是不同的。各元素及其化合

16、物的熔点和气化点是决定其在某温区沉积的重要因素。（）积灰形成的机理余热锅炉受热面上的积灰按其特性一般可分为松散性的积灰、粘附性的积灰和粘结性的积灰。在低温区一般生成松散性的积灰和粘附性的积灰，在高温区和过渡温区才生成粘结性的积灰。积灰形成的机理是很复杂的，前人曾做过很多开创性的研究工作。松散性的积灰松散性的积灰主要发生在低温区的锅炉受热面上，一般是小于的微小颗粒，大部分是，。它往往在管子背部形成，因为当烟气横向冲刷管束时，管子背面产生涡流，小颗粒烟尘因惯性小而进入涡流区撞在管壁上，在管子背部形成尖劈状流线型的积灰。由于流线型化对烟气的阻力增加不大，低烟速时甚至观察到管束阻力反而减少。只有在烟速

17、很小或烟尘颗粒很细时，松散性积灰才会在管子的正面形成。这种积灰会大大恶化传热效果，但是用机械清灰方法却很容易清除掉。松散性积灰一般认为是由于分子引力和静心引力的作用而形成的。因单位重量的微小颗粒具有着较大的表面积，也就是具有较大的表面能，当灰粒与管壁接触时，其分子与管壁的吸引力大于灰粒自身的重量时，就会附着在管壁上，其灰粒直径一般为。另外烟气流中的灰粒还可能带有静电荷，如灰粒直径小于。静电引力足以克服灰粒本身的重量而被吸附到管壁上，甚至，的灰粒也可能被吸附上去。但一一大连理工大学硕士学位论文是这种分子吸引力和静电引力的作用范围很有限，当积灰厚度增大到一定尺寸时，其重量将超过这种引力而脱落，从而

18、使积灰的厚度不再增长而自行终止下来。松散性的积灰常发生在烧煤粉的锅炉中，也发生在炭素煅烧炉窑后的余热锅炉中，对于铅、锌、锡等低熔点金属含量极少的烟尘如黄铁矿沸腾焙烧炉余热锅炉中也常出现这种积灰现象。粘附性的积灰粘附性的积灰主要是在烟尘中含有较多的低熔点金属元素的情况下形成的。这些低熔点的金属元素，无论是纯金属氧化物或硫化物，在高温烟气中大部分都呈气体状态，烟温降低即形成凝结物，变成粘附性较强的物质。它对管子表面附着力很强，易积成封闭性的灰环，如不施加外力一般是不会自行脱落的。但因它质地较松软，因此即使积灰厚度增加也不会结成硬壳，通过振打吹扫即可消除，清除后管壁表面残存着薄薄一层富有金属性的灰垢

19、，犹如轴承表面的润滑剂一样。对于含尘量大的烟气，即使提高烟气的速度，也没有自吹灰的效果。粘结性的积灰粘结性的积灰是产生在高温区和“过渡温区”。当烟气对管子横向冲刷时，它主要是在管子的正面形成，并迎着烟气流方向不断地增长，甚至可以观察到随着积灰尺寸的增大生长速度也增大的现象，并且无限制地增长下去。这种积灰会引起烟气阻力迅速增加，直到烟道完全堵塞被迫停炉为止。在积灰的形成和生长过程中，它的强度提高很快。粘结性积灰的原因是烟尘颗粒呈熔融状或呈粘性状态所引起的，也可能是活性固体颗粒与烟气中某些成分起化学反应，在积灰的沉积层上发生了二次物理化学过程而形成。由此可知，它是机械因素和化学因素同时作用的结果。

20、这种积灰危害大，是需要认真研究加以处理的。（）积灰的防止从锅炉结构设计上考虑防止积灰从锅炉结构设计上考虑防止积灰是十分重要的，如果结构不合理，无论采取什么辅助措施也挽救不了失败的结局，在这方面有过不少的教训。从一些较为成功的典型例子中加以归纳，防止积灰的方法主要可列出如下几点：采用足够大的“空腔辐射冷却室：。采用大的辐射冷却室的主要意图，是利用烟气中三原子气体和烟尘的有效辐射传热，将高温烟气迅速冷却到烟尘的粘结温度以下，使烟尘变成固体灰粒。再加上冷却室容积大，烟速又低，大部分烟尘淌末和管壁接触就被分期沉积下来。即使有一些松散的积灰附着于管壁上，也很容易用机械方法消除。这种低温少尘的烟气进入对流

21、区，只要对流区结构合理，就可避免锅炉通道有被堵塞的危险。这是防止积灰的一个有效方法。焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析在一定的温度区内，全部砖墙都用翅片管组成的受热面遮盖起来，避免烟尘与砖墙接触，产生积灰的核心。因为由这个核心生长出来的积灰是很难消除的，并且会无限制地生长下去，从而产生严重的后果。在余热锅炉内部不要设置容易引起积灰的结构。如：）将上、下锅筒与上、下集箱全部移至炉外，为了解决结构设计的困难和锅水循环的问题，现多采用锅水强制循环方式。）将对流受热面改为屏式受热面。屏间的净空距离视烟气的温度、烟尘的含量与性质而定，一般为毫米，距冷却室远的可取较小值。）烟道隔墙不宜用耐火砖砌筑，

22、应由屏式受热面来组成。）一般不采用烟气横向冲刷管束的方式。有关资料介绍，烟气横向冲刷时的积灰速度比纵向冲刷要大百倍，在一般情况下，锅炉内不设置过热器，因其壁温高容易产生牢固的积灰，见蒸汽参数也小易稳定。）锅炉盼灰斗不要设计成四壁倾斜的形式。双而倾斜时的倾角不要小于。在高温区灰斗的四壁，一般都用水冷壁管遮盖。从烟气动九场的组织上来防止积灰为了在辐射冷却室内，把高温烟气冷却到烟尘粘结的温度以下，冷却室的尺寸往往相当庞大。如果烟气动力场组织不好，烟气就不能充满冷却室，可能产生偏流或短路，烟温就不会按设计要求降低下来。或将高温烟火带入对流受热面，更会造成严重的积灰后果。课题研究的背景、意义及主要内容我

23、国是能源消耗大国，由于正处于经济飞速发展时期，能源消耗量逐年增加。我国是继美国之后的第二大能源消费国，我国能源消费年增长率保持在一。然而我国能源利用率却很低。目前大多数工业产品单位能耗比发达国家高出很多，由此提高了生产成本，影响了工业产品在市场上的竞争力。此外，我国以化石燃料为主的能源消费结构导致了二氧化碳排放的迅速增加，二氧化碳的排放量已占世界总排放量的，居世界第二位，并加剧了大气污染程度，造成生态环境的破坏。我国现在正面临着严重的能源问题和环境问题。解决能源和环境问题的当务之急是提高整体的能源利用率，除了开发可再生的低污染能源和发展环境保护技术外，还必须通过先进的科学技术加强换热、节约能源

24、。一一大连理工大学硕士学位论文随着我国经济的增长，人民生活水平的日益提高，工业废水和城市生活污水的产量也急剧地上升。处理这些废液的方法主要有溶剂萃取法、膜分离法、氧化法、吸附法和焚烧法。焚烧法由于其经济、有效、环保而被广泛地采用，特别在发达国家。目前国外发达国家已经比较普遍的采用焚烧法处理废液，运行的焚烧装置有两类模式：丹麦、芬兰、瑞典和挪威等国建立的是全国集中的焚烧处理厂美国、日本、法国、德国、瑞士等国建立的是区域性污染物集中处理装置。我国已积累了多年的废水处理经验，但由于焚烧装置投资巨大，运行费用昂贵，只有特大型企业建立了废水处理装置。为了实现所有企业污染物的达标排放、减少污染的目的，有专

25、家建议借鉴发达国家的经验教训，根据焚烧物的总量多少，分地区依托大型企业集中建设大型的焚烧装置，即地区焚烧中心，使其规模化、经济化、处理效果最佳化。同时，建立余热锅炉回收焚烧炉排出的烟气热量，用余热生产蒸汽或发电等用途，可以有效地减少废液焚烧处理成本，并达到节能和降低污染的目的，属于我国十大重点节能工程领域之一【孓】。由于在采用余热锅炉回收焚烧产物余热时，出现了工程设计的一大难题一积灰问题。这也是余热锅炉的一个普遍性的关键问题，是直接关系到余热锅炉能否成功的关键之所在。本文就对某化工厂废液焚烧炉余热锅炉的换热和积灰进行数值分析和研究。有效地结合实际的工程背景、所学的理论知识以及相关领域的研究方法

26、和方向进行尝试性的研究。研究的主要内容包括：（）结合某化工厂废液焚烧炉余热锅炉的改进设计，进行实际问题的简化，将实际的复杂的问题分解成两个方面来处理一一即建立的水平方向的平面模型和竖直方向的三维模型。（）对前面建立的两个模型进行数值求解，得出速度、压力和温度场，并分析壁面换热量和流动方向的压力降特征。（）从强化换热的方式和方法上出发，分别在换热管的外形以及布置上对余热锅炉进行强化换热分析。描绘采用螺旋管后模拟出的速度、压力和温度场，分析螺旋管的换热和流体动力特性以及相关的影响因素，提出进行管间距优化的模型，建立相应的目标函数和约束条件，并分析简化方法和求解思路。（）从单根管入手分析速度在一范围

27、三种挡板布置方式对流动和换热的影响，并与无挡板的情况进行比较，分别拟合换热量与压力降随速度变化的特征曲线同时分析拟合误差。分析各个速度段不同布置方式的挡板的作用效果，从综合收益角度提焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析出了可以综合考虑换热量和压力降的速度选取方案，并据此拓展分析得到了可供工程实际参考的准则速度（最优参考速度和极限参考速度），考察分析了实际问题的传热温差、不可逆损失的影响，得出速度选取与传热温差有直接关系，并分别绘制出三种挡板布置方式以及无挡板情况的准则速度与传热温差的对应曲线。（）从尝试性进行结渣过程的模拟的角度，分析了目前对结渣现象认识，得知只有将冷凝过程模拟的比较完善后

28、，才能进行结渣过程的更真实的模拟。从物性资料较完善的水蒸气的冷凝过程的模拟入手，进行了无重力作用下窄通道内平行板间凝结换热数值模拟，对比分析了重力、相变对换热的影响。另外从非稳态的模拟给出了冷凝换热的两相流的流型的转变过程，并总结了模拟过程中存在的不足以及今后可发展的方向。一一大连理工大学硕士学位论文问题的分析与模型的建立此课题来自于某化工厂废液焚烧炉余热锅炉的改进设计，由于对余热锅炉的积灰、结渣问题把握的不好，使得原设计积灰、结渣严重，运行周期短，工人劳动强度大，严重地影响了余热回收的效果。问题的描述睁废水焚烧炉用于焚烧有毒废水，使废水在燃烧过程中分解成为无毒气体，排入大气。废水中含有大量的

29、水分，可燃性差，燃烧过程中须消耗渣油，使炉温保持在左右，以便废水有效分解。废水焚烧炉炉膛最高温度为，炉膛长度，有利于炉膛内有毒物质的充分燃烧分解，燃烧室排烟温度为。余热锅炉设在排烟室尾部，其结构为列管式，烟气走管程，水走壳程。为了保护烟气进口处管板及管板与换热管间焊口，在烟气进口管板烟气侧用耐火混凝土保温，并在烟管进口加保温套管。根据分析，造成此现象的主要原因为烟气中灰渣熔点较低，在烟管进口处于熔融状态，黏结在烟管上，随着烟气的流动，黏结量增加，造成严重结渣。当烟气流到烟管后部时，灰渣完全凝固，烟气流速较高，大部分可以带走。原余热锅炉烟管水平布置，管内也易积灰，但目前由于前部结渣，掩盖了此问题

30、。采用角管式余热锅炉取代原列管式余热锅炉，角管式余热锅炉是一种利用集箱和下降管作为支架的水管余热锅炉，锅炉结构紧凑，支撑结构简单可靠。并采用如下措施来解决此问题。（）采用水管结构，烟气在管外流动，可防止管内结渣积灰堵管。（）在高温处设置组排大节距管排，作为凝渣管排，使烟气在该区冷却，换热面上允许有一定的结渣，但不会搭桥，并在每组间留有三条检修通道，便于工人进入炉内清灰。（）在设备两侧设置清灰门，便于停炉清灰。（）在设备下部设置漏灰斗和清灰门，便于在线清灰。（）在设备运行时，通过添加除灰剂，降低灰垢生成的机会。（）建议在锅炉的侧面炉墙增加声波吹灰器，以延长锅炉的检修时间。虽然这种方案没有从根本上

31、解决结渣的问题，但是考虑到了清渣和检修的问题。可以使设备的清渣周期延长，同时清渣难度降低，变相地解决了结渣问题。下面是余热锅炉改进设计的结构参数：前面高温段凝渣管共排，每排根，横向节距，纵向节距，后面中温段凝渣管共排，每排根，横向节距，焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟结渣分析纵向节距，全部错排，凝渣管外径；哪，管子垂直高度，余热锅炉长，窗。如图、图所示，余热锅炉的实物如图所示。幽前面管排的布置圈幽厉面管排的布置削幽亲热锅炉的实物图协嚣弋对、飞一慕大生理大学硕士学仃论文模型的建立改进设计的余热锅炉主要是采用了非等唰距换热管排，在前端靠置大间距换热管排进行凝结液蓄凝，阻力特性也不至于大大恶化，从而也

32、为后部换热的强化提供了有利的环境。以上只是对解决此问题的定性猜测，但是对于量上的分析还不能达到。此研究的目的就是想通过模拟出流场和温度场后，尝试对凝结液对换热和流动的影响进行初步的量化分析或者给出更详细的解决结渣问题的措施。广义上讲此问题仍然是关于换热与阻力之的矛盾问题。（）平面二维模型的建立只有先模拟出流场与温度场后，才能对换热和阻力特性进行分析。先假设余热锅炉竖直方向是对称的为了便于计算分析，由此可得以下平而网格图。图余热锚炉的平面嘲格目九余热锅炉的平面网格图采用三角形网格在软件完成（通过生成平面轮廓导入到中进行三角形刚格的划分）。左边壁面为口，从左向右，静三纽排管行列间距较大，并且每纽排

33、管问育很大的日距作为人工清渣通道。此问题与以往的换热器模拟不同之处，此换热管排间距不一致，不能很好的对称简化成单根管予的情况。再就是为了更准确的反应余热锅炉各个部分在抗凝渣、积灰的作用，暂时进行复杂的整体模拟。烟气从左端壁面进入，入口速度为，温度（），内部的管壁为不可穿透，粘附性条件，其温度为（），上下壁面为绝热的不可穿透，粘附性焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟，站渣分析条件，右端壁面为口条件（），采用两方程标准湍流模型。烟气的物性参数如下表所示表烟气的物性参数由于我们主要强化换热的是对流换热，所以在模拟中忽略丁辐身换热。另外，由于余热锅炉内的换热管中走的是饱和水或者是汽水混合物，所以将管外设置

34、成定温条件。再一个可题是关于最后十五排管为翅片管将其简化成二维时就忽略了翅片的影响。（）竖直三维模型的建立再就是考虑竖直方向的流场和温度场，但是又不能使计算网格太大以致于现自的训算机无法计算，为此取如下几何结构如图所示。幽余热锅炉的三维州格目大连理工大学硕士学位论文烟气从左端壁面进入，入口速度为，温度（），内部的管壁为不可穿透，粘附性条件，其温度为（），上下壁面为绝热的不可穿透，粘附性条件，右端壁面为出口条件（），两侧面取对称边界条件，采用两方程标准湍流模型。烟气物性与二维平面模型一样，参见表。理论基础传热学的研究方法主要有理论分析、实验研究以及数值模拟。随着计算机技术的发展，数值模拟越来越受

35、到工程师的和科技人员的青睐。作为发展起来的一门分支学科一计算传热学（或数值传热学），它与以实验方法为主要研究手段的实验传热学及以获得分析解为主要目标的分析传热学，共同构成了现代传热学的研究大厦。在热流科学研究及热力设备的计算机辅助设计（）中的作用会越来越重要【】。理论分析。置删理论分析是指针对具体的研究对象，进行合理的抽象和简化，得出相应的物理模型和数学模型，然后应用己有的定理、定律等相关理论，再结合特定的边界条件，经过严格的数学分析和推导，得出有一定形式的理论结果。理论分析方法的优点在于所得结果具有普遍性，各种影响因素清晰可见，是指导实验研究和验证新的数值方法的理论基础。但是，它往往要求对计

36、算对象进行抽象和简化，才有可能得出理论解。对于非线性情况，只有少数流动情况才能给出解析结果。流体流动与热交换现象大量存在于自然界及众多工程领域中，其具体的表现形式也多种多样，但所有这些过程都要遵循一些基本的物理规律。质量守恒、动量守恒和能量守恒是最基本的三个物理规律，其数学表现形式为：质量守恒方程、动量守恒方程以及能量方程。质量守恒方程又称为连续性方程，描述的是在流体运动中物质既不会产生也不会消灭这一自然界最基本的物理定律，是物质不生不灭这一自然规律的最直观体现。该方程不需要补充任何其它的关系式，可直接用于描述流体密度的变化规律，其一般形式为：，÷（）（）优。它适用于可压流动和不可压

37、流动，为源项。动量守恒方程反映的是牛顿定律，即物体在力的作用下会做加速运动。具体说来，就是指物体所受的合力等于其相应的质量与其加速度的乘积，亦可理解为流体微团所受焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析到的力等于其动量的变化率。通过分析微小控制体受力及运动的情况，程推导出其微分方程为：（）（）：，（）一盎瓯口一并运用连续性方（）（），（）：（）一（）了（）（）：（）一罢研睨（）能量方程是能量守恒定律在流体力学中的具体体现，该方程描述了粘性流体在运动时的能量分布、输运（迁移）转换及耗散。该方程反映的是流体微团单位质量的总能量，包括内能与动能。其一般形式为：等瑚（棚瑚（毒鲫鹇（）综上可得控制方程的

38、通用形式：掣（）：（胛却）邑（）式中咖为通用变量，可以代表，等求解变量；一为广义扩散系数，为广义源项。上式中各项分别为瞬态项、对流项、扩散项和源项。任何控制方程都可以经过适当的数学处理化为上述的通用形式。不同求解变量之间的区别除了边界条件与初始条件外，就在于，邑的表达式不同。当然，除了上述的三个基本控制方程，根据研究的问题还有许多其他的方程（或者说模型），比如说湍流模型、燃烧模型、组分运输模型以及多相流模型等。这些模型都要结合上述三个基本控制方程来进行分析。实验研究实验研究就是在一定理论的指导下，通过实验观察和参数测定来分析总结出一定的规律或者得出一些结论，来指导和解决实际问题。比如说测定物质

39、的物性参数、获得传热系数的经验关系式等。实验研究具有直观、真实、可靠的特点，但也存在着很大的不足和弊端。比如实验条件受到限制、实验周期长、费用高等。大连理工大学硕士学位论文数值模拟的方法。数值模拟就是对建立的一组控制方程在一定定解条件下的近似离散求解。通过模拟计算，可以得到复杂问题的流场内各个位置的基本物理量（如速度、压力、温度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况。、数值模拟以其费用低、速度快、重复性好、能模拟较复杂或较理想的工况下的流动现象和流动特性，同时可以观察不同操作参数对求解问题的影响，获得所有相关变量的详细信息以及潜在的物理过程等被广泛的应用。根据离散求解方式的不同，可以形成多

40、种方法。常见的数值模拟方法有：有限差分法、有限容积法、有限元法、有限分析法、边界元法、谱分析方法、数值积分变换法、格子方法、控制容积有限元法及微分求积法等。（）有限差分法（，）将求解区域用网格线的交点（节点）所组成的点的集合来代替。在每个节点土，描写所研究的流动与传热问题的偏微分方程中的每一个导数项用相应的差分表达式来代替，从而在每个节点上形成一个代数方程，其中包含了本节点及其附近些节点上的所求量的未知值。求解这些代数方程组就获得了所需的数值解。在规则区域的结构化网格上，有限差分法是十分简便而有效的，而且很容易引入对流项的高阶格式。其不足的是离散方程的守恒特性难以保证，而最严重的缺点则是对不规

41、则区域的适应性差。（）有限容积法（，）有限容积法从描写流动与传热问题的守恒型控制方程出发，对它在控制容积上作积分在积分过程中需要对界面上被求函数的本身（对流通量）及其一阶导数的（扩散通量）构成方式作出假设，这就形成了不同的格式。由于扩散项多是采用相当于二阶精度的线性插值，因而格式的区别主要表现在对流项中。用有限容积法导出的离散方程可以保证具有守恒性（只要界面上的插值方法对位干界面两侧的控制容积是一样的即可），对区域形状的适应性也比有限差分法要好，是目前应用最普遍的一种数值方法。（）有限元法（，）有限元法中把计算区域划分成一组离散的容积或者叫元体（在二维情形下元件的形状常常是三角形或四边形），然

42、后通过对控制方程作积分来得出离散方程。它与有限容积法的主要区别在于：对每个元体要选定一个形状函数（最简单的为线性函数），通过元件中节点上的被求变量之值来表示该形状函数，并在积分之前把所假设的形状函数代入到控制方程中去：焚烧炉余热锅炉强化换热数值模拟与结渣分析控制方程在积分之前应乘上一个选定的权函数，并要求在整个区域上控制方程余量的加权平均值为零，从而导出一组关于节点上被求变量的代数方程。有限元法的最大优点是，对不规则几何区域的适应性好。有限元法在对流项的离散处理及不可压缩方程的原始变量法求解方面不如有限容积法发展成熟。但随着有限容积法中非结构化网格的应用，有限容积法与有限元法之间的差别正在缩小

43、之中。此外，应用于流动与换热计算的数值方法还有有限分析法、边界元法、谱分析方法、数值积分变换法、格子一方法等。数值模拟软件简介静是美国公司于年推出的软件，是目前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的软件之一，广泛用于模拟各种流体流动、传热、燃烧和污染物运移等问题。结合研究的实际情况，本文选用软件作为数值模拟工具。提供了非常灵活的网格特征，支持结构化网格和非结构化网格，它使用作为网格生成软件，可读入多种软件的三维几何模型和多种软件的网格模型。可以对各种复杂区域进行网格划分，还可以根据求解规模、精度及效率等因素，对网格进行整体或局部的细化和粗化；对于具有较大梯度的流动区域，提供的网格自适应技术可在很高的精度下得到流程的解。可用于二维平面、二维轴对称和三维流动分析，提供丰富的物理模型完成多种参考系下流场模拟、定常与非定常流动分析、不可压流和可压流计算、层流与湍流模拟、传热和热混合分析、化学组分混合和反应分析、多相流分析、固体与流体耦合传热分析、多孔介质分析等。它的湍流模型包括模型、应力模型、模型、标准壁面函数、双层近壁模型等。可让用户定义多种边界条件，允许所有的边界条件随空间和时间变化，包括轴对称和周期变化。提供用户自定义子程序功能，可让用户自行设定连续性方程、动量方程、能量方程或组分输运方程中的体积源项，自定义边界条件、初始