富氧燃烧锅炉辐射传热特性数值模拟研究

为研究富氧燃烧与空气燃烧锅炉之间的辐射传热特性差异,并为设计或改造新型富氧燃烧系统提供所需的理论指导,对2种燃烧方式下的炉膛流场与传热分布特性进行了数值模拟研究。首先对富氧燃烧数值模拟采用改进灰色气体加权和（WSGG）模型计算气体吸收系数的必要性进行了探讨,并将Johansson WSGG模型结合进入燃煤锅炉的CFD模型框架内,使CFD数值模型适用于富氧燃烧的辐射传热计算。在此基础上对某330 MW机组锅炉分别采用干、湿烟气再循环富氧燃烧方式及空气燃烧方式的炉膛流场与传热分布特性等进行了对比分析。结果表明:在锅炉煤量、入口气体质量流量和氧量皆相同情况下,不同燃烧方式间燃烧烟气成分及物性的差异使富氧燃烧与空气燃烧锅炉在流场、温度与炉膛传热分布等方面皆呈现出较明显的差异;富氧燃烧烟气中所富含的CO2和H2O的比热容高于N2,使采用湿烟气循环方式富氧燃烧锅炉炉膛的整体温度和吸热量明显低于空气燃烧;同时,由于CO2的密度高于N2,富氧燃烧锅炉的整体流速低于空气燃烧锅炉,并影响了炉内的温度与传热分布。在设计富氧燃烧系统或改造现有空气燃烧系统时应考虑富氧燃烧与空气燃烧锅炉在炉膛流场与传热方面的差异,合理安排锅炉的传热分布,避免或减少锅炉受热面的改动。     

基于修正辐射模型的富氧燃烧传热对比分析

富氧燃烧被认为是极具有竞争力的燃煤电厂二氧化碳减排技术。采用Leckner辐射模型和修正WSGG模型计算富氧气氛烟气发射率并与逐线法精确解进行比较,结果表明:在辐射层有效厚度较小时,Leckner辐射模型较为精确;当辐射层有效厚度较大时,修正WSGG模型预测得到的发射率结果较为准确。基于两种辐射模型对富氧燃烧方式下各受热面传热进行了计算分析得出:对于相同结构锅炉,富氧燃烧湿循环对受热面的辐射传热较为有利;在高烟温区段,采用Leckner辐射模型计算的换热量较大,出口烟气温度较低,而在低烟温区段换热量较修正WSGG模型低或者与之相当。     

75t/h加压/常压富氧燃烧循环流化床锅炉方案设计及分析

采用加压/常压富氧燃烧循环流化床技术时,随着炉膛入口平均氧浓度和压力的升高,烟气体积不断减小,为确保一定的炉膛空截面烟气速度,炉膛横截面积需相应减小,导致炉膛布置受热面的空间减小,使炉膛温度控制的问题更加突出;同时,若锅炉各受热面的布置方式不当,也会导致部分受热面的传热温差不合理,不利于锅炉的初投资和正常运行。文中进行75t/h工业规模加压/常压富氧燃烧循环流化床锅炉的方案设计,提出富氧燃烧条件下循环流化床锅炉灰平衡和烟气成分的计算方法,着重分析炉膛入口平均氧浓度和压力对烟气循环倍率、锅炉结构、外置式换热器布置和锅炉各受热面吸热量分配等的影响规律。在加压/常压富氧燃烧条件下,随着炉膛入口平均氧浓度和压力的升高,可通过拔高炉膛、增设外置式换热器、屏式过热器等对锅炉各受热面吸热份额进行调整,使锅炉各受热面均在合理的参数范围内运行。     

富氧气氛下受热面改造的经济性分析

富氧气氛下由于烟气量的减少以及锅炉热效率提高所带来的燃料量的减少使得烟气中的粉尘量得到一定的降低,为电站锅炉水平烟道烟气流速的提高带来了可能.增加烟气流速虽然强化了传热,但同时也增大了风机的电耗.采用基于初投资分摊费用和经营成本的动态费用分析法对不同烟气流速下对流受热面的换热进行经济性分析.计算结果表明,最佳工况比空气燃烧方式下的烟道更加紧凑,但是流速超过一定范围之后带来的引风机耗电量的增加超过了流速增加所带来的强化换热的收益,因此是不经济的.采用动态费用法为富氧燃烧方式下对流受热面最佳流速的选择提供依据,对新型富氧燃烧锅炉换热器的设计具有一定的指导意义.     

富氧燃烧循环流化床锅炉炉内传热特性

针对富氧燃烧循环流化床锅炉(circulating fluidized bed boiler,CFBB)炉内传热特性进行了研究。考虑气体辐射对传热系数的影响,建立了CFBB富氧燃烧下的传热模型。以一台440t/h循环流化床锅炉为例,通过模型分析了炉内传热情况,并和空气燃烧模式下的传热特性进行比较。进行了氧气浓度在30％、50％、70％气氛下的CFBB炉膛概念性设计。在循环流化床锅炉炉内传热中,灰占主导作用,烟气成分变化对传热系数影响不大。氧气浓度越高,越有必要设置外置换热器来维持炉膛正常运行。     

超超临界350 MW富氧燃烧循环流化床设计

富氧燃烧循环流化床是一种新型的碳捕集技术,具有广泛的应用前景。O2/CO2气氛下锅炉受热面的布置与热负荷的分配是阻挠富氧燃烧循环流化床进一步示范的关键问题。本文分别采用Johnsson模型和颗粒团更新模型对350 MW机组循环流化床锅炉进行一维建模,对氧体积分数为30%的富氧燃烧循环流化床锅炉进行了耦合汽水系统的总体概念设计,并与空气燃烧的同等级循环流化床锅炉尺寸进行了对比。结果表明:富氧燃烧循环流化床锅炉的排烟热损失大大减小,设计锅炉热效率可达94.18%;富氧燃烧循环流化床锅炉布风板面积、炉膛截面积以及尾部烟道面积均比空气燃烧循环流化床锅炉大幅减小,但需要增设外置床换热器来吸收热负荷。本研究对富氧燃烧循环流化床锅炉的进一步放大具有借鉴意义。     

300MW富氧燃烧循环流化床炉内燃烧及传热特性研究

对富氧燃烧循环流化床锅炉炉内燃烧及传热特性进行了研究.考虑了气体辐射对传热系数的影响,建立了循环流化床锅炉在富氧燃烧下的燃烧及传热模型.在不同氧气浓度(如30％,50％,70％氧气浓度)下,分析了颗粒粒径、空隙率等对炉内传热的影响,得到各参数对富氧条件下的循环流化床传热参数影响曲线.以某300 MW循环流化床锅炉机组为...     

循环流化床锅炉富氧燃烧与CO_2捕集发电机组运行能耗影响因素分析

在干、湿烟气再循环方式下,建立采用空气启动方式的富氧燃烧循环流化床锅炉助燃气体动态计算模型和烟气成分动态变化计算模型。基于实际气体的P-R状态方程,采用偏离函数法建立空气分离单元和CO_2压缩纯化单元运行能耗计算模型。在此基础上,对循环流化床锅炉富氧燃烧与CO_2捕集发电机组的运行能耗影响因素进行定量分析计算,得到氧气纯度、氧气浓度、过量氧气系数、锅炉漏风系数及不同烟气再循环方式对发电机组运行能耗的影响。     

富氧燃烧方式下烟气对受热面传热特性影响的数值研究

富氧燃烧方式下,烟气中70%以上均为CO2,这与常规锅炉燃烧产生的以N2为主的平均烟气成分有很大差异。为了研究烟气成分变化带来的换热系数的变化规律,采用数值模拟的方法对富氧燃烧方式下烟气的传热特性进行了研究,并与空气气氛下进行对比。结果表明,富氧气氛下换热系数较空气气氛下有显著提高。     

富氧煤粉燃烧锅炉概念设计研究

以亚临界300 MW机组锅炉为研究对象,构建了富氧燃烧锅炉原则性热力系统,并分别从炉膛辐射、对流受热面、尾部受热面、制粉系统及气体污染物的处理与回收等方面进行了富氧燃烧锅炉的概念设计。计算与分析表明,大约35%O2/65%CO2混合气氛下的富氧燃烧锅炉具有明显的优势,锅炉炉膛部分的辐射换热份额大大增加,炉膛辐射换热量较空气燃烧增加约15%;对流换热所占份额减少,相对于空气燃烧减少约19%;锅炉烟气侧的运行阻力大幅度减小;工质在炉膛内的辐射吸热将增加约42%,更多的过热受热面移入炉膛上部,锅炉总的受热面数量低于空气燃烧锅炉;制粉系统磨煤电耗显著降低,磨煤效率提高;锅炉制造成本与运行费用有望较大幅度降低,可部分地弥补由于制氧而增加的成本。     

燃烧过程数值模拟用于某台450t/h锅炉的性能辅助设计

采用CFD软件对电站锅炉炉内燃烧过程进行数值模拟已成为指导工程设计和实践的一种重要手段。在煤粉炉设计完成后,针对可能存在炉膛出口烟温偏差的问题,利用数值模拟的方法对某电厂450t/h四角切圆锅炉BMCR、70%、40%负荷下炉膛内的燃烧过程进行计算和分析,得出了各工况下燃烧器区域壁面热负荷、炉内氧量分布、炉膛出口及水平烟道内的烟气流量分布及烟气温度分布,并分析锅炉热偏差、高温腐蚀、低负荷稳燃性能,对锅炉的性能进行了预测。     

Assessment of the potential for conversion of TP-108 boilers to firing natural gas and fuel oil

TP-108 boilers were initially designed to burn milled peat. In the 1980s, they were reconstructed for conversion to burning natural gas as well. However, operation of these boilers revealed problems due to low reheat temperature and great air inleakage in the furnace. The initial design of the boiler and its subsequent reconstruction are described in the paper. Measures are presented for further modernization of TP-108 boilers to eliminate the above-mentioned problems and enable natural gas or fuel oil only to be burned in them. Thermal design calculations made using a specially developed adapted model (AM) suggest that replacement of the existing burners with new oil/gas burners, installation of steam-to-steam heat exchangers (SSHE), and sealing of the boiler gas path to make it gas tight will allow the parameters typical of gas-and-oil fired boilers to be attained. It is demonstrated that SSHEs can yield the design secondary steam reheat temperature, although this solution is not typical for natural circulation boilers with steam reheat. The boiler equipped with SSHEs can operate on fuel oil or natural gas with flue gas recirculation or without it. Moreover, operation of the boiler with flue gas recirculation to the air duct in combination with staged combustion enables the required environmental indicators to be attained.     

O2／CO2燃烧产物辐射换热系数计算方法及影响因素分析

O2／CO2燃烧技术与常规空气燃烧技术相比,其燃烧产物的成分和辐射传热特性存在较大差异,其辐射传热特性也发生很大变化,常规辐射换热系数计算不再适用于O2／CO2燃烧计算。为此,综合纯试验法和光谱法建立了更适合O2／CO2燃烧时的辐射计算模型,以满足O2／CO2燃烧锅炉设计的需要,并将该模型应用于实践,分析辐射换热系数影响因素及其影响大小。结果表明：对辐射换热系数影响最大的是烟气中水蒸气含量的变化,CO2含量、压力和辐射层厚度的变化对其影响不大。     

基于燃煤特性的电站锅炉排烟温度预测模型研究

排烟温度是影响锅炉热损失的重要指标,其受到机组负荷、煤种(煤质)、燃烧系统控制参数等多种因素的综合影响,难以用1个线性的数学式来描述它们之间的关系。利用锅炉的历史运行数据和入炉煤种数据,分别采用3种非线性工具即支持向量机、最小二乘支持向量机和神经网络对锅炉排烟温度进行建模,同时采用交叉验证方法并结合遗传算法对前2种算法的模型参数进行优化选择。对3种预测模型的预测结果进行的比较分析表明,支持向量机法的泛化能力较高且收敛速度快。鉴于煤质对锅炉燃烧工况的影响,利用支持向量机法在考虑煤质因素情况下对排烟温度进行建模预测,结果表明考虑煤质后排烟温度建模预测具有更高的精确性。     

基于相变凝聚传热的深度减排研究与应用

结合循环流化床(CFB)锅炉燃烧特性,分析湿法脱硫后烟气温度的影响因素,并通过冷凝器表面相变凝聚传热来降低排烟温度和含湿量,实现消除石膏雨及有色烟羽现象。     

电站锅炉尾部烟气余热回收与梯级利用系统特性分析

燃煤电站锅炉实际运行排烟温度一般在130~150 ℃,进一步回收烟气余热有利于降低发电煤耗,减少污染物排放。针对电站锅炉尾部不同位置烟气参数不同的情况,设计了安装在空气预热器后及湿法脱硫装置后的两级热交换器余热回收系统,并结合330 MW燃煤电站锅炉,分析了不同负荷下,两级热交换器的换热量、冷凝水量、两侧介质静压差及发电标准煤耗降低值的变化情况,同时监测了二级热交换器前后烟气中固体颗粒物含量。结果表明：一级热交换器的换热量明显高于二级热交换器,烟气中水分主要在二级热交换器冷凝;标准煤耗降低值高达3.09 g/（kW·h）;同时烟气经过二级热交换器后固体颗粒物含量明显降低。为燃煤电站锅炉尾部烟气余热回收利用提供了参考。     

掺烧高炉煤气对CFB锅炉的影响

介绍了高炉煤气的主要燃烧特性,分析了CFB锅炉中掺烧高炉煤气对炉膛换热的影响,提出了水冷壁等传热系数的修正公式,指出了CFB锅炉设计时应注意的问题。     

多功能烟气处理装置的试验研究

多功能烟气处理装置是一种可同时解决中小型锅炉热效率低下和环境污染问题的新装置.在对多功能烟气处理装置基本原理和特点进行介绍的基础上,利用3000m3/h试验系统对装置的阻力、除尘、传热和脱硫特性进行了研究.试验发现,多功能烟气处理装置的阻力损失为617.8～794.3Pa,对于平均粒径0.0639mm的电厂灰分离效率可达82%～92%,传热效果是普通空气预热器的1.6～2.7倍,可提高锅炉效率4%,烟气处理系统脱硫效率可达73%.     

轻型燃机与生物质炉排炉耦合系统研究

生物质直燃发电厂通常采用循环流化床锅炉或炉排型锅炉,两种炉型采用的脱硝方式不同,但都存在中低负荷下NOx含量易超标的问题。提出一种轻型燃机和生物质炉排型锅炉耦合的系统:生物质炉排型锅炉利用轻型燃机排烟中的热量和氧量,用于调节炉内燃烧温度,同时减少风机负荷。通过将两套系统耦合,可以提高系统的发电效率,大幅缓解生物质炉排炉内结渣和排烟中NOx超标的情况,达到高效、节能、减排的效果。