大型电站锅炉引风机流场与性能的数值模拟研究

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在大型电站锅炉中,双级动叶可调轴流式风机由于其系统匹配性好、调节性能高、运行特性优良等特点得到了广泛的应用,但实际运行中,在某些特定情况下会存在动叶异常、运行不稳定、失速与喘振等问题,进而严重影响电站锅炉的安全稳定运行。引风机由于其工况多变、涉及的设备更多,产生的各类复杂问题更为突出。因此研究引风机的运行特性与内流特征,深入分析引风机动叶安装角与风机性能以及能量损耗之间的关系,了解引风机与进出口烟道之间的流场干涉问题,对改善引风机性能、提高引风机运行可靠性等具有重要意义。本文针对某电厂600MW机组的双级动叶可调式轴流引风机及进出口烟道系统,首先采用多重参考系模型对旋转区和静止区进行耦合计算,应用Simple算法求解压力-速度的耦合方程,以RNG k-ε湍流模型来模拟烟气在风机内的流动过程,以此来分析风机的运行特性与内流特征,并对模拟结果进行了可靠性验证。通过对模拟结果分析得知:从叶片前缘到后缘,吸力面的总压逐渐升高,压力面的总压先降低后升高;在叶片中上部,做功能力最强;叶轮出口截面总压沿周向呈高、低压区相间的不完全对称分布规律。其次,为深入了解动叶安装角与风机运行特性及内流特征之间的关系,对不同动叶安装角下的双级动叶可调轴流风机进行数值模拟计算,得出以下结论:动叶安装角负向偏转时对风机全压和效率的影响高于正向偏转,与仅第一级安装角偏转相比,两级同步偏转时对风机性能的影响幅度更大,更易造成风机性能的恶化;随偏转角度△β增加,叶片表面总压变化梯度增大,叶轮通道内的高速区、高湍动能区、涡量强度与影响区域均增大。最后,通过对引风机与进出口烟道系统进行数值模拟,并与纯风机以及纯进、出口烟道段数值模拟结果进行分析对比,研究引风机进出口烟道流场特性与风机运行特性及内流特征之间的关系,然后探讨不同烟道几何特征对风机性能的影响。结果表明:风机内流场与进、出口烟道的流场分布相互影响,设计工况下,风机内流场特性有利于改善进口烟道的气流稳定性与流场均匀性,但会加剧出口烟道的能量损耗,扰乱出口烟道流场分布;增加进口烟道竖直高度有助于改善风机性能,随进口烟道竖直高度的增加,风机全压与效率均增加,第一级叶轮出口截面平均湍动能值逐渐减小;小流量工况下,出口烟道“先汇合再爬升”的风机性能更优,而大流量工况下,正好相反;出口烟道几何特征变化对风机内部流动特征影响较小。
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