水冷壁气化炉含液相渣层热应力分析.docx

水冷壁气化炉含液相渣层热应力分析摘要：建立气流床气化炉水冷壁的局部热应力模型运用有限元法对含液相渣层的水冷壁中的应力场进行了模拟计算对降温过程中的热应力分布及变化进行了研究并对渣层中的应力状态进行分析。结果表明：工况下液态渣层中不存在热应力而初始固态渣层中的热应力主要表现为压应力；降温过程中熔渣凝固新生成的固态渣层中热应力迅速增大其中的热应力主要表现为拉应力且随温度的降低而增大。关键词：气流床气化炉；水冷壁；渣层；热应力DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.0524模拟结果与分析4.1渣层热应力分布正常操作情况下水冷壁附着渣层表面区域为液态渣层处于动态平衡状态。该层中熔渣在冷却降温阶段经历了液-固相变过程如图2所示。降温开始时（t=0s）渣层表面温度为1296℃高于灰渣流动温度（FT=1150℃）约30%的灰渣处于熔融状态在模型假设中定义液态渣层中等效应力为零；随温度降低初始液态渣层中的熔渣逐渐凝固固态渣层厚度增加新生固态渣层中产生热应力且热应力逐渐增大；t=110s时渣层表面温度降至1150℃熔渣已完全凝固。由于渣钉的影响渣层中温度沿X轴方向逐渐升高；同时温度由碳化硅-渣接触面到渣层表面（Y轴方向）逐渐升高。初始固态渣层中等效应力沿X轴及Y轴方向均表现为逐渐增大而新生成的固态渣层中的等效应力分布沿X轴及Y轴方向则呈现减小的趋势；而初始固-液接触面处等效应力呈不连续分布。4.2渣层热应力变化为对降温过程中的温度场及应力场进行研究故选取点A、B作为研究对象（见图1）分别对各点的温度及应力变化情况进行模拟分析模拟结果如图3～图4所示。点A位于碳化硅-渣接触面此处温度较低灰渣在降温过程中始终为固态。随着该点温度由616℃降至181℃等效应力由39MPa逐渐减小至12MPa。点B位于初始固-液接触面。降温过程中初始固态渣层中的等效应力由64MPa逐渐降至24MPa；而熔渣于降温开始时凝固其等效应力由0MPa迅速上升至3MPa此后随温度降低等效应力逐渐升高。4.3渣层应力状态降温过程中沿渣层厚度方向（路径A-C上）的σ1及σ3分布如图5所示。由图可见初始固态渣层中σ1≈0而σ30其值沿路径A-C逐渐增大而σ3=0；相同位置故其中应力表现为拉应力。5结论本文通过建立水冷壁及渣层的二维传热与应力数学模型运用ANSYS软件的单元“生死”技术对含液相渣层于降温过程中的热应力进行了模拟计算。结论如下：（1）液态渣层中等效应力为零；熔渣凝固后新形成的固态渣层中产生热应力且高温区域等效应力较小；初始固-液接触面处等效应力呈不连续分布。（2）降温过程中初始固态渣层中的等效应力随温度的降低而减小；新生固态渣层中等效应力随温度下降逐渐增大。（3）降温过程中初始固态渣层中应力表现为压应力而凝固渣层中应力表现为拉应力。参考文献：[1]龚欣郭晓镭代正华于遵宏等.新型气流床粉煤加压气化技术[J]现代化工200525（03）：51-54.[2]HigmanCBurgtMV.Gasification.Boston：Elsevier/GulfProfessionalPublishingPublications2003.[3]HeikkinenR.Slaggingbehaviorofpeatash.FuelandEnergyAbstracts199637（6）：450-451.[4]周俊虎杨卫娟刘建忠周志军曹欣玉岑可法.锅炉变负荷引起的水冷壁渣层热应力[J].化工学报200354（12）：1678-1682.作者简介：林伟宁（1981-）男河北唐山人博士。