循环流化床锅炉掺烧污泥的炉内燃烧数值模拟研究

针对1台1 036 t/h的循环流化床锅炉,基于Fluent数值模拟软件,模拟不同种类污泥及不同掺混比例下煤粉、城市污泥、工业污泥在CFB锅炉中的燃烧过程。结果表明:城市污泥与工业污泥在相同掺混比例下温度分布、烟气中氧气和二氧化碳浓度差别较小,采用循环流化床锅炉焚烧不同种类的污泥时,锅炉运行参数变化较小,城市污泥与工业污泥的燃烧特性相近;随着污泥掺混比例的增加,炉膛平均温度及二氧化碳浓度减小,氧气浓度增大,同时炉膛温度均随炉膛高度的增加而降低,稀相区温度分布较为均匀;随着污泥掺混比例的增加炉膛内燃料颗粒运动轨迹越来越混乱,左侧回旋圆圈逐渐消失,颗粒逐渐向右侧偏移。因此小比例掺烧污泥时对锅炉性能影响较小,采用循环流化床锅炉焚烧污泥不存在技术问题,可以顺利实施,但应注意污泥掺烧比例问题,应尽量避免大比例掺烧污泥。     

燃煤锅炉掺烧松木气燃烧过程数值模拟研究

为了分析掺烧松木气对燃煤锅炉燃烧过程以及燃烧产物的影响,基于Fluent软件搭建了松木气与煤粉的混合燃烧模型,对300 MW燃煤锅炉的纯煤燃烧以及掺烧10%,20%,30%生物质气的4种工况进行数值模拟。在保证锅炉总输入热不变的情况下,得到了不同工况下锅炉炉膛内燃烧温度、烟气组分和NOx排放随炉膛高度的分布情况。模拟结果表明:与纯煤燃烧工况相比,掺烧松木气时炉内燃烧温度有明显下降,当掺烧比例分别为10%,20%,30%时,燃烧区域截面平均温度分别下降了46,88,104 K;掺烧松木气也会引起了烟气组分的变化,炉膛下部的O2体积分数明显增大,CO和CO2的体积分数明显减小;随着松木气掺烧比例的增加,锅炉炉膛出口处的NOx的质量浓度分别下降了47,148,198 mg/m3。     

基于煤种通用模型的单煤种燃烧一维计算研究

为快速了解炉内煤粉燃烧的燃尽率和炉膛燃烧的温度分布,采用傅维标的煤种燃烧通用模型,从煤焦反应动力学入手,建立了沿炉膛高度方向的一维宏观模型。通过对煤粉的挥发分和煤焦燃烧的合理简化,考虑炉膛煤粉颗粒的燃烧的影响,以煤种的煤质参数作为计算参数,采用煤粒等密度模型,分别计算不同燃烧层的不同粒径煤粉颗粒在炉膛气氛下的燃烧速率,从而得到整个颗粒群在炉膛的燃烧情况。针对某电站褐煤锅炉的具体实例,将本模型计算得到的煤粉燃尽率和炉膛温度分布与现有文献的数据相符,并以此分析了主要操作参数对该锅炉煤粉燃尽率和炉膛温度分布的影响。     

基于正交设计的分级分区头部流动特性研究

针对某650 MW超超临界燃煤锅炉在深度调峰过程中燃用大同烟煤时无法稳定燃烧的情况开展研究,就如何提高锅炉在低负荷运行中稳燃性的问题,对原煤种进行掺混改良,改变不同富氧燃烧配风方式,利用计算流体力学模拟软件模拟了不同工况的炉内燃烧情况。模拟结果表明：由于锅炉降低负荷运行增加了原煤种的着火难度,固定碳含量低且挥发分高的煤种可以较好适应锅炉运行调整;富氧燃烧可以提高锅炉低负荷运行时的出口烟温,能满足后续脱硝处理的要求;随着富氧燃烧程度的增大,煤粉燃烧耗氧量增加,每秒燃烧的煤粉颗粒数增加,加剧了炉内的燃烧,使燃烧更稳定;当富氧浓度大于27%时,不能高效提高炉内温度,NOx排放量增多;当富氧浓度为27%时,炉膛出口NOx排放量按6%O2折算为负增长的最小值,是该锅炉低负荷投运较为理想的工况。     

基于炉膛参数场测量的电站锅炉燃烧稳定性和经济性状态模糊综合评判

分析了炉膛参数对锅炉燃烧稳定性和经济性的影响,提出了从炉膛温度、炉内O2体积分数和CO质量浓度分布这3个方面来判别电站锅炉燃烧稳定性和经济性状态的模糊综合评判方法.以某680MW机组燃煤锅炉为例,进行了基于炉膛参数场测量的锅炉燃烧稳定性和经济性状态模糊综合评判研究.结果表明:该方法能够对任意工况下锅炉燃烧稳定性和经济性状态进行客观有效的评判.     

900MW超临界锅炉混煤燃烧的数值模拟

利用Fluent软件对某900 MW四角切圆燃烧的煤粉锅炉混煤燃烧过程进行数值模拟,研究了煤种和配比对炉内燃烧过程的影响,并与燃烧设计煤种时的锅炉炉内状态进行了比较分析。结果表明:在掺烧混煤时,与单烧设计煤种相比,锅炉炉膛内的温度分布相似,烟气充满度比较好,炉膛出口烟温稍高,灰污层外表面温度低于神木煤灰分的软化温度,结渣的可能性较小;神木煤与澳洲煤4∶1和3∶2掺烧时,能使锅炉安全运行,掺烧方案是可行的。     

不同粒径煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特性

用TG研究了不同粒径煤粉在空气和O2/CO2气氛下的燃烧特性,对比分析了两种气氛下不同粒径对煤粉特征温度和特征指数的影响情况.结果表明,O2/CO2气氛下,粒径对煤粉燃烧的影响要大于空气气氛,且挥发分含量越高的煤种其影响越大.相比空气气氛,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性随粒径变化会呈现较大的波动性,且随着煤种挥发分含量的增加,小粒径段煤粉的波动性增强.可以通过提高氧浓度来减少燃烧波动的影响.     

不同试验规模的富氧煤粉燃烧研究进展

分析总结了不同规模燃烧试验装置上获得的富氧煤粉燃烧研究成果及进展,并对今后富氧煤粉燃烧的发展进行了展望。实验室规模研究表明,在相同O2浓度条件下O2/CO2气氛煤粉燃烧气体和颗粒温度比O2/N2气氛低,燃尽时间延长,但提高O2浓度可明显改善煤粉着火及燃烧特性。中试规模研究表明,再循环烟气比例、一、二次风O2浓度和二次风预热温度对富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性有重要影响。要达到与空气煤粉燃烧相匹配的燃烧与传热效果,O2/CO2气氛中O2浓度一般在27%～35%,此值主要与煤种有关。     

300MW燃煤锅炉O_2_CO_2_烟气再循环燃烧的数值模拟

以一台300 MW四角切圆煤粉锅炉为研究对象,通过ICEM建立炉膛的三维结构框架及网格生成,在TASCFLOW中选择合适的炉内湍流流动、燃烧与传热的数学模型,进行煤粉在氧气体积比为29%时O2/CO2气氛下燃烧过程的数值模拟.研究发现:采用O2/CO2均匀混合送入炉膛时,煤粉的点火和燃烧较空气助燃时的状况有一定的延迟,火焰中心和炉膛内的高温区有明显扩大的趋势,火焰中心更接近炉膛中心,且沿炉膛高度有所上移;采用烟气再循环时,O2直接送入炉膛有利于煤粉的点火和燃烧,大大提高炉膛内的温度水平.     

生物质(气)耦合燃煤锅炉燃烧特性数值模拟

为了研究不同类型生物质对煤粉耦合生物质再燃锅炉燃烧特性的影响,基于FLUENT模拟软件,选取某超超临界660 MW锅炉作为研究对象,搭建煤粉锅炉耦合生物质(气)再燃模型,对锅炉进行改造,在最顶层二次风喷口和燃尽风之间增添生物质(气)再燃喷口,分别对纯煤燃烧,生物质固体再燃,生物质气体再燃等不同工况的燃烧特性进行数值模拟,研究燃烧区温度场,组分分布以及炉膛出口烟气中CO2和NOx质量浓度分布的变化规律.结果 表明:生物质再燃降低锅炉煤粉消耗量,使得主燃区燃烧温度降低,同时使得炉内燃烧火焰中心上移,炉膛出口CO体积分数上升,增加了排烟热损失;相比于纯煤工况,生物质固体和生物质气再燃均可以使炉膛出口CO2和NOx的体积分数降低,但是生物质气效果要明显高于生物质固体.其中食物垃圾气体再燃减少CO2排放与降氮效果最好,CO2减排率可达13.87％,降氮率可达24.13％.     

O2/CO2气氛下炉内煤粉切圆燃烧数值研究

对某电厂600 MW切圆燃烧锅炉进行了O2/CO2气氛下炉内流动、传热和燃烧过程的数值研究。结果表明:在O2/CO2气氛下,随着氧气摩尔浓度的增加,炉内温度升高,高温区变大,对煤粉的着火燃烧有利;但考虑到燃烧器安全和水冷壁结渣,氧气摩尔浓度不能太高,对燃用文中煤质的锅炉其极限摩尔浓度在40%至45%之间。O2/CO2气氛对现有切圆燃烧锅炉的上层燃烧器煤粉的燃烧影响较小,对下层燃烧器煤粉的燃烧影响较大。与空气气氛煤粉燃烧相比,炉内火焰中心上移,且在氧气摩尔浓度不太高时,炉内温度分布特性有利于防止水冷壁的结渣。     

Measurements and numerical simulations for optimization of the combustion process in a utility boiler

A three‐dimensional computational fluid dynamics code was used to analyse the performance of 550MW pulverized coal combustion opposite a wall‐fired boiler (of IEC) at different operation modes. The main objective of this study was to prove that connecting plant measurements with three‐dimensional furnace modelling is a cost‐effective method for design, optimization and problem solving in power plant operation. Heat flux results from calculations were compared with measurements in the boiler and showed good agreement. Consequently, the code was used to study hydrodynamic aspects of air–flue gases mixing in the upper part of the boiler. It was demonstrated that effective mixing between flue gases and overfire air is of essential importance for CO reburning. From our complementary experimental‐numerical effort, IEC considers a possibility to improve the boiler performance by replacing the existing OFA nozzles by those with higher penetration depth of the air jets, with the aim to ensure proper mixing to achieve better CO reburning. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

运行参数对锅炉煤粉着火燃烧和飞灰含碳量影响的数值研究

为了达到锅炉的优化运行以保证煤粉气流及时着火和充分燃尽，采用IPSA两相流动模型和煤粉燃烧综合模型，在不同的一次风率和煤粉细度的工况下，对1台350MW锅炉煤粉燃烧过程进行了数值模拟，得出了炉内燃烧器区域以及出口处烟气温度场和燃烧产物的组分浓度分布。分析了一次风率和煤粉细度对煤粉着火燃烧和飞灰含碳量的影响规律，并确定了优化的运行参数。结果表明：一次风率对煤粉气流的着火影响较大，而对出口处烟气温度、氧量以及飞灰含碳量影响较小。煤粉细度对煤粉气流的着火、燃烧以及燃尽均有较大影响。图8表2参9     

乏气送粉锅炉煤粉浓度软测量技术及其仿真研究

锅炉燃烧过程中，喷燃器出口煤粉浓度不均将会导致炉膛火焰中心偏斜，从而引起炉膛气流冲刷后墙及右墙，高温过热器，高温再热器出现局部超温，结焦的现象。因此准确测量各风管中的煤粉浓度并指导调节对锅炉的安全，经济运行非常重要，为此，必须寻找一种简单，高效，实用而且适合工程应用的煤粉浓度测量的方法。对于热风送粉锅炉的煤粉浓度测量，国内外做了大量的研究，并得到了工程应用。本文提出了一种乏气送粉方式下基于气固两相流理论，根据风粉混合前后压力差大小计算粉煤浓度的新方法，并在理论推导的基础上进行了仿真研究，结果表明，煤粉浓度计算值与混合压差呈很好的对应, 说明能量法理论计算公式是适用的。     

煤粉炉的分级燃烧技术研究

分析了煤粉燃烧过程NOx的形成机制和特点,研究了减少NOx生成量的基本途径和分级燃烧的基本原理,并进行了数值分析。在乌拉山电厂100MW煤粉炉上进行了分级燃烧改造,将以轴向空气分级和径向空气分级为核心的现代低NOx燃烧技术引入了传统的煤粉炉燃烧系统中,考察了炉膛轴向和径向分级风,过量空气系数,锅炉负荷等因素对炉内NOx形成的影响。NOx排放浓度降低了250－500mg/m^3(干烟气,70％O2）。     

O2/CO2粉煤燃烧技术的过程分析及烟气排放控制Q

目前减少CO2排放潜力较大、可行性较好的CCS、IGCC都离不开CO2的捕集技术。新型O2/CO2粉煤燃烧技术可以将排放烟气中的CO2浓度提高到95%,并使高温烟气回流,减少热量损失,同时又减少SO2、NOx等污染物的排放。与传统的O2/N2煤燃烧技术相比,O2/CO2粉煤燃烧技术增加了空气分离装置和烟气循环回流工艺。燃烧反应器中的主要反应包括有机物的燃烧反应、矿物质的氧化反应、脱硫剂的硫化反应等。高温烟气循环代替空气参与煤的燃烧反应能够减少能量损失,但减少的部分并不等于原有工艺排放的高温N2所带走的热损失,模型求解为Q=QA-QB。O2/CO2粉煤燃烧技术的主要优势体现在CO2高浓度捕集和液化储存环节,液化电耗约只有3%的下降,而传统技术液化电耗则可下降约27.8%左右,再加上减少的热损失,其经济性更加明显。O2/CO2粉煤燃烧技术可以对O2流量进行控制,使得不同质量的煤都得到充分燃烧。同时能够根据要求控制反应过程中排放的CO2、SO2、NOx中任意单个污染物的摩尔百分含量,通过求解目标函数f=f（XCO2,XSO2,XNOx,XCO,XH2O,…）,使其达到最优值。     

Mechanism analysis on the pulverized coal combustion flame stability and NOx emission in a swirl burner with deep air staging

Low NOx burner and air staged combustion are widely applied to control NOx emission in coal-fired power plants. The gas-solid two-phase flow, pulverized coal combustion and NOx emission characteristics of a single low NOx swirl burner in an existing coal-fired boiler was numerically simulated to analyze the mechanisms of flame stability and in-flame NOx reduction. And the detailed NOx formation and reduction model under fuel rich conditions was employed to optimize NOx emissions for the low NOx burner with air staged combustion of different burner stoichiometric ratios. The results show that the specially-designed swirl burner structures including the pulverized coal concentrator, flame stabilizing ring and baffle plate create an ignition region of high gas temperature, proper oxygen concentration and high pulverized coal concentration near the annular recirculation zone at the burner outlet for flame stability. At the same time, the annular recirculation zone is generated between the primary and secondary air jets to promote the rapid ignition and combustion of pulverized coal particles to consume oxygen, and then a reducing region is formed as fuel-rich environment to contribute to in-flame NO_X reduction. Moreover, the NOx concentration at the outlet of the combustion chamber is greatly reduced when the deep air staged combustion with the burner stoichiometric ratio of 0.75 is adopted, and the CO concentration at the outlet of the combustion chamber can be maintained simultaneously at a low level through the over-fired air injection of high velocity to enhance the mixing of the fresh air with the flue gas, which can provide the optimal solution for lower NOx emission in the existing coal-fired boilers.     

300MW高炉煤气与煤粉混燃锅炉热力特性及经济性分析

针对高炉煤气与煤粉混燃易发生过（再）热器超温、飞灰含碳量高等问题,对某300MW机组四角切圆高炉煤气／煤粉混燃锅炉进行了热力特性计算,并对掺烧高炉煤气后机组的经济性进行了分析．结果表明：掺烧高炉煤气后炉内温度降低,烟气量增加,辐射吸热量减少而对流吸热量增加,炉膛出口烟温及其后受热面区域的烟温升高,排烟温度升高,锅炉效率降低;掺烧高炉煤气后厂用电率有所升高,但发电煤耗降低,使发电成本降低．     

链条炉排加煤粉复合燃烧技术

本文介绍了链条炉排加煤粉的复合燃烧技术，即在同一锅炉膛内进行链条排上的火床燃烧和煤粉燃烧。介绍了复燃烧的机理，锅炉结构特点，以及新型５８ＭＷ复合燃烧热水锅炉。