铜冶炼工业中高温高含尘余热锅炉的防积灰研究

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铜冶炼工业产生的烟气中含有大量的余热资源,可以利用余热锅炉回收这些余热。但同时存在一个严重问题,铜冶炼烟气中温度高、含尘量大等原因极易导致锅炉发生积灰,影响余热回收效果,严重时还会导致烟道堵塞、被迫停炉等后果,影响设备的安全性和经济性。所以,研究余热锅炉的积灰对锅炉的安全运行和节约能源有着重要的意义。  锅炉的积灰是一个复杂的物理化学过程,包含了多相流、传热等多门学科。影响积灰的因素很多,例如受热面的结构参数、烟气进口流速、烟气中颗粒粒径的大小、受热面的壁温等。本文以某铜冶炼厂的一套高温高含尘余热锅炉为研究对象,结合铜冶炼工艺流程和烟气特点,运用Fluent软件进行数值模拟。  本文对该余热锅炉模型做了合理的简化,创建了以管束的单元结构为主体的物理模型。烟气的流动属于气固两相流,在本文中采用欧拉两相流模型进行计算,讨论了不同的入口流速、管间距及颗粒粒径大小对积灰的影响。计算结果表明:入口流速对积灰的影响很大,流速越高,烟气的“自吹灰”效应越强;适当地减小管间距可以提高相邻翅片管之间的流速,加大管子背风区的扰动,减小积灰区域;同时,颗粒的粒径大小也是影响积灰的一个因素,小颗粒易被漩涡卷吸形成积灰,而大颗粒由于惯性大不受漩涡影响,但大颗粒会加大对管子的磨损,应积极控制余热锅炉里颗粒的粒径大小。  针对圆柱形管体容易在背风区产生积灰现象,本文提出了采用纵向直翅片来缓解积灰,采用Fluent软件分别对光管管束与直翅片管束进行数值模拟,对比其流场特性,结果表明:在光管背风区会产生负压尾涡区,灰尘易被卷入涡区,而直翅片管的外形更接近流线,直翅片对尾涡区有一定的分隔作用,颗粒被气流卷吸的强度明显小于光管,很好地阻止了积灰的产生。  同时,面对工业中常规换热器经常出现低温粘结灰现象,本文提出采用热管技术来防止低温腐蚀及低温粘结灰。通过理论计算,对比了常规换热器和热管换热器的管壁温度,显示出热管技术在防止低温腐蚀及低温粘结灰问题上的优越性。  
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