锅炉风箱二次风流量分配对燃烧特性的影响

为了研究风箱二次风流量分配特性及其对锅炉燃烧特性的影响,在不同二次风风门开度工况下对一台600 MW超临界前后墙旋流对冲锅炉进行数值模拟。结果表明:在相同的二次风风门开度下,各燃烧器流量分配呈现出中间大、两边小的不均匀特性;随着二次分风风门开度减小,燃烧器流量分配不均匀特性逐渐增强,当二次风风门开度由100%减小到40%时,燃烧器之间的流量偏差系数由3.51%增加到6.17%;沿炉膛宽度方向,中心区域氧体积分数较高,两侧区域氧体积分数较低,靠近两侧墙燃烧器的煤粉未燃尽部分是锅炉煤粉未燃尽部分的主要来源;二次风流量分配不均匀性越大,飞灰含碳量、烟气中CO质量分数和炉膛出口NO_x质量分数越大;燃烧器流量分配不均,锅炉燃烧效率下降。     

单、双风道折形折流板式空气集热器对比分析

为了进一步提升太阳能空气集热器的集热效率,文章在单风道折形折流板空气集热器的基础上,提出了双风道折形折流板式空气集热器,通过在集热器中加入回风通道,并按照一定的比例将新风和回风进行配比,以增加集热器的热利用率。研究结果表明,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率高于单风道折形折流板空气集热器,双风道折形折流板式空气集热器的压损系数低于单风道折形折流板式空气集热器;随着进口温度逐渐升高,两种空气集热器的集热效率均逐渐下降,单风道折形折流板式空气集热器全新风和全回风集热效率分别为53.35%,49.17%;在全新风工况下,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率最高,为59.89%,在全回风工况下,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率最低为59.09%;随着进口风速逐渐增大,双风道折形折流板式空气集热器的集热效率和压力损失均逐渐上升,该集热器的最高集热效率为70.49%;冬季,当太阳能空气供暖系统的进口风速为0.3 m/s时,室内的舒适度最佳。     

切向燃烧摆动喷口附加进风诊断模型

利用二次风挡板和炉膛阻力特性的冷态测试结果,并根据实际运行时锅炉风箱与炉膛出口之间的差压、二次风挡板开度和风粉质量流量等参数,得到风箱与炉膛出口差压对烟风质量流量的跟随特性,采用多个负荷工况的测试数据,以炉膛出口过量空气系数计算值和测量值的偏差平方和最小为原则,建立了切向燃烧摆动喷口附加进风质量流量运行评估模型.在1台实际运行锅炉上的应用表明:利用该评估模型所得计算结果与设计数据相当,炉膛出口过量空气系数的计算结果与实测值吻合;该评估模型可用于燃烧器喷口状态诊断.     

电站锅炉冷热一次风道改进及一次风流场均匀性分析

为了解决安徽淮南某电厂中速磨煤机前一次风道动压、静压和温度分布不均造成一次风量测量不准的问题,对冷一次风道加装混流器和在混合段弯头加装导流叶片,利用数值模拟软件FLUENT,采用Realizable k-ε湍流模型对该厂4种工况(40%THA、50%THA、75%THA和100%THA)下一次风道内流动进行模拟,根据传递误差公式分析动压和温度均匀性对风量测量的影响。结果表明:一次风道经过改进,4种工况下动压相对标准差在40%THA时最大降低5.1%,在50%THA和100%THA最小降低3.1%;温度相对标准差在40%THA时最大降低3.8%,在100%THA时最小降低1%;4种工况下测量面的动压和温度均匀性都有所提升;流量的传递误差在50%THA时最大降低0.902 kg/s,在40%THA时最小降低0.377 kg/s,检测点处流量偏差除40%THA减小不明显外,其他3种工况减小显著。     

涡轮叶栅二次流的热线实验研究

采用旋转单丝斜热线测量涡轮平面叶栅出口周期性三维流场,借助于Matlab的Lsqnonlin最优化函数对热线测量数据进行最小二乘拟合以求解三维速度平均量。搭建了亚音速叶栅试验风洞,研究在2种不同进口流量和3种不同的叶片高度下,热线测得的叶栅出口瞬态速度场,并分析叶栅出口的二次涡流动情况。通过比较不同的叶栅工况,发现高速进口较低速进口叶栅尾迹明显,二次流强度较大;而较小的叶高下二次流较为剧烈,导致叶栅出口平面内径向流动速度(u)、垂直于出口平面的轴向速度(w)的迅速增大和出口平面内周向流动速度(v)的显著降低。叶高的减小和气动负荷(速度)的增加都会极大地提高叶栅的二次流损失,本质上都归咎于叶栅横向压力梯度的增大。     

基于Simscape的重型燃气轮机建模与仿真研究

现代重型燃气轮机的二次空气约占总空气通流量的20%左右,对燃气轮机整体性能有着不可忽略的影响。为研究二次空气对重型燃气轮机的影响,采用Simscape语言编写了燃气轮机通用模块库,利用模块库搭建了重型燃气轮机模型,并验证了模型的正确性。最后,进行了变工况仿真实验,结果表明二次空气冷却系统可以在保护高温透平的同时提高压气机效率,从而优化了燃气轮机整体性能。     

燃尽风及生物质气对燃煤锅炉燃烧过程及NO_x排放影响的数值模拟

为研究燃尽风以及掺烧生物质气对燃煤锅炉燃烧及NO_x排放的影响,对某电厂330 MW机组燃煤锅炉进行空气分级燃烧改造,在其主燃烧器上方5 m处增加3层分离式燃尽风(SOFA),基于FLUENT模拟软件,搭建了纯煤燃烧和煤粉掺烧生物质气模型,对锅炉无SOFA、有SOFA(15%和20%配风比)、有SOFA(15%和20%配风比)同时掺烧松木气等5种工况的炉内燃烧过程进行了数值模拟,分析不同工况下炉内速度场、温度场、组分场及污染物NOx排放特性。结果表明:在无SOFA和有15%SOFA工况下,一次风、二次风均能形成良好切圆,速度场稳定,在20%SOFA配比下,燃尽风切圆不太理想;与无SOFA纯煤燃烧工况相比,有SOFA工况下,主燃烧区中心温度均有所降低,分别降低了3. 31、27. 48、6. 78和40 K,而在SOFA区域温度有所上升,炉膛出口CO和O_2体积分数增大,CO2体积分数减小,与纯煤无SOFA工况相比,当SOFA配风比从15%增至20%时,NOx炉膛出口平均质量浓度在纯煤工况下分别降低了10. 76%和13. 28%,而在掺烧工况下分别降低了26%和28. 4%。     

煤粉锅炉降低NO_x排放的仿真研究

为减少煤粉锅炉炉膛出口NO_x含量以达到工业排放要求,以Fluent软件为计算平台,对某公司蒸发量为400 t/h的四角切圆煤粉锅炉炉内速度场、温度场及NO_x浓度场进行仿真研究。结果表明,均等配风为最佳二次风配风方式;均等配风方式下,燃尽风风量占二次风风量为20%是最佳优化工况,最佳优化工况炉膛出口NO_x含量降低了11.50%,且满足炉内燃烧要求。     

W型辐射管烧嘴温度均匀性试验

通过对比试验分析了同轴平行射流烧嘴喷头结构对辐射管管温分布的影响规律,结果显示空气出口速度和煤气出口速度以及一二次进风比例的选择对管温分布的影响最大。随着烧嘴空气出口速度的增加,辐射管前部段温度上升,尾部段温度下降。随着烧嘴煤气出口速度的降低,辐射管前部段温度上升,辐射管尾端变化情况不大。烧嘴空气和煤气出口速度相近时,燃烧火焰拉长。烧嘴二次风比例增加,辐射管管温存在下降趋势,烧嘴一二次煤气比例对辐射管表面温度均匀性影响较小。     

中心供风补燃装置气体扩散燃烧特性的数值模拟

利用数值模拟方法对余热锅炉中心供风烟道式补燃装置的气体扩散燃烧特性进行研究。在燃气流量为20 m3/h的工况下对比轴向温度分布和出口NOx浓度分布的数值模拟与试验结果,二者吻合良好,证明了计算模型的正确性。通过进一步的计算表明:随过剩空气系数增加、空气含氧量增大或空气温度的降低,气体主流最大速度上升,而主流最大速度区域、速度衰减特性及CH4组分的轴向和径向分布变化不大;在低过剩空气系数、高含氧量、高空气温度时,火焰呈"细长"型;反之,火焰呈"短粗"型;在低过剩空气系数、低含氧量、高空气温度时,火焰的温度分布更为均匀;增加过剩空气系数及降低空气含氧量和空气温度,可有效减少出口NOx排放;出口CO浓度仅与过剩空气系数(即空气流量)有关,与空气含氧量及空气温度无关。     

Flow maldistribution and thermal performance deterioration in a cross-flow air to air heat exchanger with plate-fin cores

The inlet and outlet duct geometry in an air to air compact heat exchanger is always irregular. A skewed Z-type arrangement is popular between the impinging flow and the core. Such duct placements usually lead to a non-uniform flow distribution on core surface. In this research, the flow maldistribution and thermal performance deterioration in cross-flow air to air heat exchangers are investigated. The inlet duct, the core and the outlet duct are combined together to calculate the flow distribution on core inlet face. First, a CFD code is used to calculate the flow distribution, by treating the plate-fin core as a porous media. Then a heat transfer model between the two air flows in the plate-fin channels is set up. Using the flow distribution data predicted, the heat exchange effectiveness and the thermal performance deterioration factor are calculated with finite difference scheme. Experiments are performed to validate the flow distribution and heat transfer model. The results indicate that when the channel pitch is below 2.0 mm, the flow distribution is quite homogeneous and the thermal deterioration due to flow maldistribution can be neglected. However, when the channel pitch is larger than 2 mm, the maldistribution is quite large and a 10–20% thermal deterioration factor could be found. The study proves that the inlet duct, the outlet duct, and the core should be coupled together to clarify flow maldistribution problems.     

热管式定风量换气节能装置的设计及性能分析

主要研究了兼顾火电机组经济性与环保性的负荷优化分配算法,建立了考虑阀点效应的多目标负荷分配模型。应用自主编写的算法,获得了待决策的非支配解集合(Pareto front,PF),其中算法的核心操作是多目标融合、剔除同一层相近个体、保留不同层差异个体。给出了6台机组的负荷优化分配算例,仿真结果验证了模型的合理性,并表明方法可以进一步减少火电机组煤耗成本和污染物排放量。结合逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideel solution,TOPSIS),讨论了不同目标权重下负荷分配方案的区别,证明了基于TOPSIS的多目标负荷分配方案的确定依赖于各自目标在决策中所占的重要程度。     

循环流化床锅炉低氮燃烧的CPFD数值模拟

针对某75 t/h循环流化床锅炉炉膛出口NOx排放超标问题进行分析探讨,以合理的低氮燃烧控制技术为主,辅以SNCR烟气脱硝技术,争取达到NO x超净排放要求。采用CPFD计算方法对循环流化床锅炉炉膛内的气固流动和燃烧特性进行数值模拟,运用低过量空气燃烧法和空气分级技术对锅炉进行低氮燃烧控制,研究一、二次风配比、二次风射流、过量空气系数、循环倍率和颗粒粒径等因素对炉内燃烧及NO x排放的影响。结果表明:通过低氮燃烧控制后,炉内速度场和温度场分布均匀,炉膛出口处烟气流速增加,炉膛平均烟温和出口氧浓度降低,还原性气体CO浓度和优化前基本相同,炉膛出口NOx浓度降低,减排效果显著,为以后的锅炉运行提供实际指导经验。     

锅炉一次风管道内流场特性数值模拟及其优化研究

为了改善锅炉烟风管道内二次流所引起的流体流动不均、振动等问题,本文采用重整化群k-ε模型计算了锅炉一次风管道中冷、热风阀门、弯管曲率等影响因素对管内流体流动特性的影响,并给出了在管道中安装导流板减小二次流的最佳方案。通过模拟结果发现,加装导流板后管内的流动湍动程度明显减弱。     

超临界四角切圆锅炉冷态空气动力场试验研究

以某电厂660MW超临界四角切圆锅炉为研究对象,为了检验燃烧设备的制造及安装质量,摸清炉内空气动力场的流动特性,为锅炉在初次启动和热态燃烧条件下提供参考数据,特进行锅炉冷态空气动力场试验。试验内容包括:一次风速调平;二次风风门挡板调节特性的测定以及空气动力场试验。试验结果表明:各层喷口风速达到调平状态时,能够保证锅炉四角配风的均匀性,获得理想的炉内空气动力场。     

Secondary air distribution in a 600 MWe multi-injection multi-staging down-fired boiler: A comprehensive study

Multi-injection multi-staging combustion technology was designed to provide high boiler efficiency together with low pollutant emissions when employing hard-to-burn coal, and showed good application prospects. In this technology, to achieve the first staged air and more flexible combustion regulation on the arches, the secondary air employs a more complicated distribution surrounding the coal/air flows. This design concept significantly affects the flow and combustion characteristics of the actual boiler. Elucidating the underlying mechanisms by which the various secondary air parameters affect the boiler operation requires a comprehensive analysis of the secondary air distribution on the arches. In this work, small-scale cold modeling tests combined with industrial-scale trials using two actual 600 MW_e down-fired boilers were conducted. The results show that the secondary air distribution can significantly affect the near-burner flow and mixing as well as the decay of the downward airflow velocity. High velocity secondary air, especially the secondary air surrounding the fuel-rich flow, evidently promotes the advanced mixing of fuel-rich and fuel-lean flows. Increasing the secondary air flux around the fuel-rich flow and raising the secondary air velocity decrease the pulverized coal heating rate, while a decreased inner secondary air velocity advances the coal ignition. Adjusting the secondary air also greatly affects the downward flame depth and the unburnt coal proportion in the near wall region of the furnace hopper, such that the flame kernel location and the temperatures near the hopper wall are modified. In addition, NO_x formation can be accelerated by a high secondary air flux near the fuel-rich flow or a large contact area between the secondary air and the fuel-rich flow.     

钝体形状对旋流燃烧器出口流场影响的数值研究

借助CFD软件,对配置中心钝体的双通道旋流燃烧器出口流场进行了冷态数值模拟,分别获得了锥型、楔型和抛物线型三种钝体后的流场分布、速度分布、中心回流区尺寸和中心回流量大小等结果.经对比分析发现：在其他条件相同的情况下,非流线形的锥型钝体和楔型钝体与接近流线形的抛物线型钝体相比,中心回流区的长度分别增加了24%和17%;中心最大回流量分别增加了18.3%和6.5%.在将抛物线型钝体燃烧器的旋流二次风量加大50%时,其中心回流区长度虽有所增加,但仍不能达到锥型钝体和楔型钝体的相当程度.研究结果表明：非流线型钝体比流线型钝体具有更大的中心回流区尺寸和回流量;钝体形状是影响出口流场特性的关键因素;与楔型钝体和抛物线型钝体相比,锥型钝体具有更好的稳燃效果.图7表1参7     

燃气轮机余热锅炉过渡烟道的优化设计

针对余热锅炉过渡烟道内烟气流通截面的形式,给出了改变烟道上面板仰角和在烟道内加装导流板两种优化方案,并且通过对优化方案的模拟计算,得出了烟气速度在烟道出口截面上的分布情况。在对模拟结果的分析讨论后,得出两个优化方案的最佳选择。计算结果表明,加装导流板能够明显改善烟道出口截面的烟气速度分布,平均速度由11.13m/s增加到11.51m/s,速度的均方差由12.33m/s降为4.02m/s。将所得结论应用于实际工程中,取得了良好效果。     

二次风量非均匀配比控制烟气偏差的理论分析及模型试验

针对切向燃烧锅炉普遍存在的烟气偏差问题，从工程应用角度出发，提出新的调节方式。通过调整上二次风量的分配，形成炉内烟气流动中局部的高压富燃区，挤压火焰主流，改变炉膛出口烟气流量分布，控制烟气偏差。从理论上分析其可行性，并通过冷态模化试验等研究手段进行检验。研究结果表明，这种调节手段可以平衡水平烟道两侧流量，达到削弱残余旋转，减小烟气偏差的目的。     

W型火焰锅炉冷态空气动力特性的测试研究

针对引进的配备直接缝隙式燃烧器的法国Ｓtein公司３６０ＭＷ的Ｗ型火焰锅炉进行了冷态模型的空气动力特性研究。利用热线风速仪测量炉内的流场速度，得出了不同工况下炉内Ｗ型气流的流场图，并对不同工况流场的气流速度分布规律、炉内气流的充满度、气流行程、炉膛出口处的速度偏差等进行了分析，研究了炉内空气动力场的特性和变化规律，测试了Ｗ型火焰锅炉火焰短路与炉膛出口速度偏差的性能。