CN108855573A - 一种基于cfd技术的磨煤机入口风道流场改进方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明技术方案公开了一种基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，具体步骤如下：S1：建立磨煤机内部流体域的几何模型；S2：在流体计算软件中建立计算模型；S3：调整磨煤机内部结构的参数值并根据计算模型进行计算；S4：提取各性能指标的计算结果；S5：根据S4的计算结果，得到各性能指标随参数值的变化规律；S6：根据实际制造和安装工艺要求，确定最佳参数值。本发明技术方案提供的改进方法大大缩短了改进设计周期，降低设计成本和实验成本，在未对结构做很大改动的基础上有效改善了叶轮的进口风速分布状况。

Description

一种基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法及结构

技术领域

本发明涉及磨煤机入口风道技术领域，尤其涉及一种基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法及结构。

背景技术

在火力发电行业对节能环保和设备性能要求越来越高的今天，磨煤机的改造和优化已经成为了许多电厂关注的焦点之一，由于考虑到结构设计中存在的不足和电厂实际燃用煤种的多样性，国内实际投运的中速磨煤机存在着出力不足、石子煤排放异常、磨辊磨盘异常、风环装置卡塞、磨煤机的剧烈震动、粉管内煤粉均匀性差等诸多问题，这些大大影响了磨煤机乃至机组的安全性和经济性。现有的中速磨煤机都采用一次风从一侧吹入底部风室，因此一次风室内部流场分布是影响磨煤机石子煤合理排放、煤粉均匀性，保证磨煤机正常出力的重要因素。

中国专利CN104096630A公开了一种中速磨煤机底部结构，呈中空的圆筒状，在风室上方开设有风环，一侧边壁上开设有圆弧形进风口，进风口外接具有进风道的进风槽板，在底部风室设置两块扇形导流挡板，本发明优化了磨煤机内流场的分布情况，缓解乃至消除一侧进风带来的流场分布不均的现象，实现了石子煤排放合理、保证磨煤机出力正常。

中国专利CN104353544A公开了一种中速磨煤机等压风室，包括安装在风室外侧壁内侧的一个弧形均流件，且均流件的厚度沿风室外侧壁的圆周方向变化，本发明主要是通过在风室外侧壁的内侧焊接一弧形均流件，均流件的宽(或厚)度沿圆周是变化的，实现风室内的等压设计。

中国专利CN203598912U涉及一种磨煤机入口风道，其包含一次风道，该一次风道在进入磨煤机的刮板室前的入口段，设有若干间隔布置的导流板，本实用新型能够有效避免石子煤等在风道入口堆积自燃而烧损磨煤机入口风道的现象发生，本实用新型对磨煤机入口风道改造的投入少、易施工、见效快、收益大。

然而上述三种现有的技术都是在原有的结构上增加导流装置或者完全改变一次风室的整体结构，依据定性的经验分析或者理论分析，没有定量的数据支撑，能取得一些效果，但同时存在的问题有两个：一是由于结构改动较大，需要改变风室整体结构或者在入口风道内安装新的导流装置，因此较费时费力；二是由于没有严谨的数据支撑，当入口风速、煤质及外部环境等各方面的变化时，无法灵活调节装置到最佳运行状态，当磨煤机运行一段时间后，会逐渐偏离最佳的运行工况。

发明内容

本发明技术方案所要解决的技术问题是提供一种基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，以解决上述背景技术中出现的缺陷。本发明的CFD(Computational FluidDynamics)是指流体动力学，其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。

为解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，具体步骤如下：S1：建立磨煤机内部流体域的几何模型；S2：在流体计算软件中建立计算模型；S3：调整磨煤机内部结构的参数值并根据计算模型进行计算；S4：提取各性能指标的计算结果；S5：根据S4的计算结果，得到各性能指标随参数值的变化规律；S6：根据实际制造和安装工艺要求，确定最佳参数值。

可选的，所述步骤S1具体包括如下步骤：S11：采用SolidWorks软件建立磨煤机的结构模型，也可以是其他建模软件，如CAD、3DMAX、PRO/E等，视具体情况而定；S12：从结构模型中将流体域抠出并采用ICEM进行流体网格划分，也可以采用其他建模软件，如GAMBIT、Pointwise、NUMECA、CFD等，视具体情况而定。

可选的，所述结构模型依次向上包括一次风室、叶轮装置、上部筒体、转子体和出口，所述一次风室的侧壁设有一次风风道，所述一次风风道和所述一次风室的接口处为磨煤机入口，入口处设置若干导流板。

可选的，在步骤S12中，对流体网格划分的具体步骤为：将流体域进行切块分割，对每个块进行网格划分。

可选的，所述网格形状为六面体或四面体。

可选的，所述步骤S2包括：S21：在Fluent中建立计算模型，除了Fluent，也可采用其他流体计算软件，如CFD-FASTRAN、ANSYS、Flowmaster、ZONA-ZAERO等，视具体情况而定；S22：获得合理化的计算模型：根据磨煤机入口风速及压力的实测值进行计算，计算完成后提取几何模型中若干点的压力计算值，比较压力计算值与实测值以验证计算模型的合理性，若计算值与实测值的差值在±15％以内，则计算模型合理；若计算模型不合理，需要重复步骤S1与S2，直至得到合理的计算模型，在合理化的过程中，需要设置叶轮装置部分网格和转子体网格为旋转坐标系，加旋转角速度。

可选的，在步骤S3中，所述参数值包括入口风道导流板角度、入口管道长度、入口管道折角。

可选的，步骤S4中性能指标包括：叶轮进口处的平均速度、局部最小速度及压降。

本发明另一方面提供了一种磨煤机入口风道流场结构，由上述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法所得。

可选的，入口风道导流板角度夹角的范围为35°～42°，入口管道长度为2～4m，入口管道折角的范围为10°～25°。

与现有技术相比，本发明的改进方法根据实际工况所得的计算结果，得出叶轮装置进口流场性能指标随入口风道结构参数的变化规律，再结合实际的制造和安装工艺要求，综合评定后得出入口风道导流板角度、入口管道长度、入口管道折角的最佳参数范围，得出改进后入口风道最佳参数，提高了叶轮的进口风速和磨煤机分离效果，同时大大缩短了改进设计周期，降低设计成本和实验成本，在未对结构做很大改动的基础上有效改善了叶轮的进口风速分布状况。同时当进口风速等条件变化时，依然可以使用此方法进行计算，确定对应变化后的外部环境的最佳入口风道结构尺寸参数。

附图说明

图1为本发明的磨煤机入口风道流场改进方法的流程图；

图2为本发明实施例的磨煤机入口风道流场改进方法的流程图；

图3为本发明实施例的导流板安装角度、进口管道延长段、进口管道折角示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

请参见图1所示，本发明的磨煤机入口风道流场改进方法，包括如下步骤：

S1：建立磨煤机内部流体域的几何模型；

S2：在流体计算软件中建立计算模型；

S3：调整磨煤机内部结构的参数值并根据计算模型进行计算；

S4：提取各性能指标的计算结果；

S5：根据S4的计算结果，得到各性能指标随参数值的变化规律；

S6：根据实际制造和安装工艺要求，确定最佳参数值。

请参照图2所示，本发明一个实施例的磨煤机入口风道流场改进方法，包括如下步骤：

S11：采用SolidWorks软件建立磨煤机的结构模型，在其他实施例中，也可采用其他建模软件，如CAD、3DMAX、PRO/E等；

S12：从结构模型中将流体域抠出并采用ICEM进行流体网格划分，在其他实施例中，可采用GAMBIT、Pointwise、NUMECA、CFD进行网格划分；

S21：在Fluent中建立计算模型，在其他实施例中，也可采用其他流体计算软件，如CFD-FASTRAN、ANSYS、Flowmaster、ZONA-ZAERO；

S22：获得合理化的计算模型：根据磨煤机入口风速及压力的实测值进行计算，计算完成后提取几何模型中若干点的压力计算值，比较压力计算值与实测值以验证计算模型的合理性，若计算值与实测值的差值在±15％以内，则计算模型合理；若计算模型不合理，需要重复步骤S1与S2，直至得到合理的计算模型，需要注意的是，在此过程中设置叶轮装置部分网格和转子体网格为旋转坐标系，加旋转角速度。

S3：调整入口风道导流板角度、入口管道长度、入口管道折角的大小，并根据计算模型进行计算；

S4：提取叶轮进口处的平均速度、局部最小速度及压降的计算结果；

S5：根据S4的计算结果，得到入口风道导流板角度、入口管道长度、入口管道折角随叶轮进口处的平均速度、局部最小速度及压降的变化规律；

S6：根据实际制造和安装工艺要求，确定最佳参数值。

请参照图3，在本实施例中，结构模型依次向上包括一次风室2、叶轮装置、上部筒体、转子体和出口，所述一次风室的侧壁设有一次风风道，所述一次风风道1和所述一次风室2的接口处为磨煤机入口，入口处设置若干入口风道导流板3。

原有的磨煤机入口风道流场结构中入口风道导流板3角度α为33°，入口管道长度为1.19m，入口管道折角θ为5°，而基于上述磨煤机入口风道流场改进方法得到本发明实施例的磨煤机入口风道流场结构参数，其入口风道导流板角度夹角α为35°～42°，入口管道长度为原始长度的2～3倍，入口管道折角θ为10°～25°时效果较好，叶轮进口整体速度可提升5～10％，其局部最小速度可提升15～20％，进口流场均匀性提升10～20％，可大大提高磨煤机的分离效果。

经综合评比，得到实际工况下的最佳参数值：入口风道导流板1角度夹角α为39°，入口管道长度L为3.38m，入口管道折角θ为21°，在该参数值下，叶轮进口局部最小速度提高了18.1％，叶轮进口整体速度增加了13.6％，入口均匀性提升15.2％，大幅度提升了磨煤机的分离效果。

综上所述，本实施例的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法具有以下优点：

1、定量分析方法

采用CFD技术对磨煤机内部整体流场进行建模，施加实际测量的入口风速和压力等进口边界条件，计算结果与实测数据误差控制在15％以内，验证了模型的合理性。根据计算所得的不同参数变化对叶轮进口流动性能的影响规律出发，得出了改进后入口风道最佳参数，大大提高了叶轮的进口风速和磨煤机分离效果。

2、方法的便捷性和适应性

该方法大大缩短了改进设计周期，降低设计成本和实验成本，在未对结构做很大改动的基础上有效改善了叶轮的进口风速分布状况。同时当进口风速等条件变化时，依然可以使用此方法进行计算，确定对应变化后的外部环境的最佳入口风道结构尺寸参数。

以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1：建立磨煤机内部流体域的几何模型；

S2：在流体计算软件中建立计算模型；

S3：调整磨煤机内部结构的参数值并根据计算模型进行计算；

S4：提取各性能指标的计算结果；

S5：根据S4的计算结果，得到各性能指标随参数值的变化规律；

S6：根据实际制造和安装工艺要求，确定最佳参数值。

2.如权利要求1所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S11：采用SolidWorks软件建立磨煤机的结构模型；

S12：从结构模型中将流体域抠出并采用ICEM进行流体网格划分。

3.如权利要求2所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，所述结构模型依次向上包括一次风室、叶轮装置、上部筒体、转子体和出口，所述一次风室的侧壁设有一次风风道，所述一次风风道和所述一次风室的接口处为磨煤机入口，入口处设置若干导流板。

4.如权利要求2所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，在步骤S12中，对流体网格划分的具体步骤为：将流体域进行切块分割，对每个块进行网格划分。

5.如权利要求4所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，所述网格形状为六面体或四面体。

6.如权利要求1所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21：在Fluent中建立计算模型；

S22：获得合理化的计算模型：根据磨煤机入口风速及压力的实测值进行计算，计算完成后提取几何模型中若干点的压力计算值，比较压力计算值与实测值以验证计算模型的合理性，若计算值与实测值的差值在±15％以内，则计算模型合理；若计算模型不合理，需要重复步骤S1与S2，直至得到合理的计算模型。

7.如权利要求1所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，在步骤S3中，所述参数值包括入口风道导流板角度、入口管道长度、入口管道折角。

8.如权利要求1所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法，其特征在于，步骤S4中性能指标包括：叶轮进口处的平均速度、局部最小速度及压降。

9.一种磨煤机入口风道流场结构，其特征在于，由上述权利要求1～8任一项所述的基于CFD技术的磨煤机入口风道流场改进方法所得。

10.如权利要求9所述的磨煤机入口风道流场结构，其特征在于，入口风道导流板角度夹角的范围为35°～42°，入口管道长度为2～4m，入口管道折角的范围为10°～25°。