秸稈鍋爐是將生物質(zhì)作為燃料直接燃燒，燃燒產(chǎn)生的能量主要用于發(fā)電或集中供熱。然而生物質(zhì)燃料含有較多的氯和堿性物質(zhì)（尤其是農(nóng)作物秸稈），燃燒時(shí)易形成床料的團(tuán)聚，容易在受熱面上沉積，所以目前的秸稈鍋爐普遍存在著過(guò)熱器積灰比較嚴(yán)重的問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)杜述堯運(yùn)用Fluent對(duì)過(guò)熱器的壁溫進(jìn)行了數(shù)值模擬；胡小翠運(yùn)用Fluent數(shù)值模擬軟件對(duì)秸稈鍋爐直燃鍋爐燃燒內(nèi)溫度場(chǎng)、氣相濃度場(chǎng)的分布做了進(jìn)一步深入的研究。本文以某電廠75 t/h秸稈鍋爐為例進(jìn)行研究。過(guò)熱器區(qū)在吹灰器已投的情況下，積灰仍比較嚴(yán)重，導(dǎo)致過(guò)熱器管壁超溫，主蒸汽溫度偏低，排煙溫度比較高，鍋爐效率降低。本文采用Fluent軟件對(duì)過(guò)熱器進(jìn)行數(shù)值模擬。
1、鍋爐形式介紹
鍋爐型號(hào)為UC -75/5.3 -J，鍋爐為單鍋筒、集中下降管、自然循環(huán)、四回程“M”型布置的燃秸稈鍋爐。與“M”型對(duì)應(yīng)的分別為，燃燒室、冷卻室、過(guò)熱器室以及尾部煙道，在冷卻室和過(guò)熱器室分別布置了高溫過(guò)熱器、中溫和低溫過(guò)熱器。尾部采用光管式省煤器及管式空氣預(yù)熱器。本鍋爐采用水冷振動(dòng)爐排的燃燒方式，即在爐膛底部布置水冷振動(dòng)爐排，利用水的冷卻效果降低爐排的工作溫度，可以顯著提高爐排的工作壽命，同時(shí)防止在爐排面上產(chǎn)生大量的結(jié)渣。鍋爐汽水系統(tǒng)采用自然循環(huán)，在爐膛外布置了集中下降管，鍋爐的結(jié)構(gòu)布置圖見(jiàn)圖1所示。本文研究對(duì)象即為冷卻室高溫過(guò)熱器積灰的數(shù)值模擬。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、過(guò)熱器的物理模型
    由于過(guò)熱器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，劃分網(wǎng)格十分困難。但是由于過(guò)熱器區(qū)管排的對(duì)稱性，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，只對(duì)過(guò)熱器一排管子進(jìn)行模擬。物理模型見(jiàn)圖2。
2.1網(wǎng)格劃分
    數(shù)值計(jì)算采用了GAMBIT商業(yè)軟件進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，采用的是分體網(wǎng)格劃分方法，直管段采用的是Cooper六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，為提高網(wǎng)格的質(zhì)量彎管處采用的是分區(qū)，局部加密，逐次劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)量為992 447。網(wǎng)格劃分示意圖見(jiàn)圖3。
3、數(shù)學(xué)模型
    過(guò)熱器區(qū)的流動(dòng)為高Re數(shù)的湍流，目前有很多描述湍流流動(dòng)的模型，考慮到模型的可靠性和工程應(yīng)用的可能性，本文采用標(biāo)準(zhǔn)k-e湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬。標(biāo)準(zhǔn)模型，只要適當(dāng)?shù)倪x擇系數(shù)，整個(gè)綜合模擬計(jì)算結(jié)果就可以較為合理的定性或定量反映出爐內(nèi)氣流流動(dòng)的基本特征，除了強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流，其他各種回流狀態(tài)下都能使用。k-e模型的控制方程如下：
    CFD中的基本邊界條件類型主要有：流動(dòng)進(jìn)口邊界、流動(dòng)出口邊界、給定壓力邊界、壁面邊界、對(duì)稱邊界、周期性（循環(huán)）邊界等。常見(jiàn)的流動(dòng)進(jìn)口邊界分為速度人口邊界、壓力進(jìn)口邊界和質(zhì)量進(jìn)口邊界；壁面熱邊界可分為第一類邊界條件、第二類邊界條件、第三類邊界條件。本文人口邊界條件采用速度入口，速度為5.5m/s，出口邊界條件采用壓力出口，壓力為-50 Pa.壁面邊界條件采用無(wú)滑移條件且無(wú)湍流運(yùn)動(dòng)條件。