液态排渣炉燃烧过程的数值模拟

针对一台液态排渣旋风炉在不同配风方案下炉内燃烧过程和NOx分布进行三维数值模拟分析,建立液态排渣旋风炉内的流动和燃烧的数学模型,针对近壁燃烧的情况采用trap方式对炉内随气流运动的颗粒进行壁面捕捉.计算结果详细描述炉内的流场组织、温度场、氧气质量分数及不同配风情况下的NOx分布情况,并与该炉运行实验数据进行比较验证.计算结果显示,3种配风方式下液态排渣炉的燃烧均较为完全;相比较其他配风方式而言,分级配风方式下燃烧温度场分布更为均匀,顶部旋流二次风和切向二次风的共同作用加强了炉内气流的扰动,强化了炉内燃烧,使得整个炉膛的温度水平均维持在较高温度段,能够提供足够高温的烟气以满足裂解要求;同时下2层二次风强化了炉内水煤浆颗粒的燃烧,能够更好的抑制NOx的生成,采用分级配风方式下炉膛出口NOx质量浓度可低至684mg/m3,可以有效减少NOx排放.     

六角切圆炉膛气流流动特性的数值模拟

在试验研究的基础上,采用K-ε双方程湍流模型对六角切圆燃烧锅炉进行冷态数值模拟,研究炉内气流流动特性,突出原始设计工况与各种改进工况的对比,分析原型锅炉受热面结渣的原因,数值模拟研究发现,燃烧器六角布置的锅炉具有不同于四角锅炉的独特的炉内空气动力场,侧墙燃烧器对炉内流场影响较大,上排燃烧器二次风假想切圆加大有利于炉内燃烧,与试验结果吻合较好,适当加大二次风假想切圆直径成为工程改造的有效方案。     

1000 MW燃煤锅炉低氮燃烧的数值模拟与分析

为了研究某1 000 MW燃煤锅炉低氮改造后的最佳配风方案,应用流体力学仿真软件对炉内温度、CO浓度等燃烧特性进行了数值模拟与分析。结果表明:对比4组不同二次风配风工况下炉内速度场、温度场以及组分场的分布信息,发现锅炉低氮燃烧适宜采用正宝塔式二次风配风方式;另外,通过分析不同燃尽风与附加风风率对锅炉燃烧效率与炉膛出口NO浓度的影响,发现燃尽风风率附加风风率均取15%左右时,炉膛出口NO浓度降低到200 mg/m~3以下,锅炉燃烧效率最优。数值模拟实验结果对锅炉低氮燃烧运行具有重要指导价值。     

亚临界煤粉锅炉流体流动和燃烧的数值模拟

以一300MW Hg1025/18.2-YM13型亚临界自然循环、四角切圆燃煤锅炉为研究对象,应用可实现化k-ε湍流模型、颗粒相随机轨道模型、即混即燃气相燃烧模型、P-1辐射换热模型,根据燃烧测试试验得到的边界条件,运用FLUENT软件对锅炉炉内流体流动和燃烧过程进行了三维数值研究。模拟预测结果与试验结果吻合较好,温度分布规律和趋势与试验研究结果一致。运用该模型对炉内速度场、压力场、温度场以及燃烧释热场进行了多场耦合仿真,并全面系统地研究了各种操作参数对炉内燃烧工况的定量影响规律,确定了燃烧器和锅炉合理的操作参数:过剩空气系数为1.2、一次风率为20%、一次风温度为608K、二次风温度为620K且均匀投粉。在该条件下炉内温度分布较合理,煤粉能正常稳定地燃烧,炉膛高温区较集中,炉膛出口温度合理。     

某400t/h四角切圆燃煤锅炉空气动力场的数值模拟

四角切圆的燃烧方式在大型燃煤火电厂锅炉中普遍使用,利用CFD计算方法对某锅炉四角切圆空气动力场进行数值模拟,重点分析在不同一二次风配比情况下的炉膛空气动力场和温度分布。同时,对总风量相同、一二次风配比不同、改变各燃烧器喷口风速这3种不同工况进行了模拟分析。结果表明:所建模型成功捕捉到了四角切圆空气动力场的整体特性,不同的风率和风速会产生火焰对冲或对炉膛产生贴壁冲刷,切圆直径过小或过大,火焰中心高度也会随之发生变化,合适的一二次风配比使空气动力场混合更加均匀,气流更加稳定。     

某300MW锅炉不同工况低氮燃烧优化

低氮燃烧技术是最为有效降低氮氧化物生成和排放的方式之一,其原理多运用空气分级技术,即不同配风方式来调节炉内烟气成分变化,然而生成物变化又会产生后续的一系列变化,例如:锅炉效率,脱硝成本等。目前高效低氮燃烧技术又日益引起人们的关注,因此寻找既高效又低氮的燃烧方式是必要的。针对额定工况下炉内燃烧进行模拟,调节配风方式对锅炉效率和SCR处理运行费用进行优化研究,并得出结论:在所研究工况中,燃尽风量为36%处使其总成本达到最低。     

燃尽风率变化对电站锅炉NO_x排放特性影响的数值模拟

燃尽风率是决定燃尽风技术降低NOx排放量的关键因素.对一300 MW机组四角切圆锅炉炉内煤粉燃烧过程进行了不同燃尽风率条件下的数值模拟.分析研究了燃尽风率对炉内温度、O2、CO浓度分布、 NOx排放特性和飞灰含碳的影响规律.分析结果表明:随着燃尽风率的增加,炉内温度水平会降低,在煤粉燃烧区域氧浓度降低,CO浓度升高,炉内NOx浓度明显下降,炉膛出口NOx排放量线性降低;在燃尽风率为5.5%到8.5%之间时,燃尽风率增大飞灰含碳量降低,当燃尽风率增大到8.5%以上时会引起飞灰含碳量的升高.     

碗式配风对燃烧效率与NOx质量浓度的影响

对600 MW超临界前后墙对冲燃烧锅炉在均等配风和碗式配风下的燃烧进行数值模拟,分析不同偏差程度碗式配风对炉内颗粒质量浓度场、CO体积分数场、炉膛温度、NO_x生成的影响,并与试验结果进行对比. 模拟结果表明,燃烧器碗式配风改善了炉内宽度方向上的风、煤混合过程,减小了CO体积分数和煤粉颗粒质量浓度偏差,降低了炉膛出口烟气中CO的平均体积分数和飞灰中碳的质量分数,从而有效提高了前后墙对冲燃烧锅炉的燃烧效率. 燃烧器碗式配风对炉膛出口烟气中NO_x的平均质量浓度有不利影响,但是当碗式配风风量偏差不大于20%时,NO_x平均质量浓度变化不大于3.5%. 综合燃烧器碗式配风对水平截面CO分布特征和炉膛出口烟气中NO_x的平均质量浓度的影响,在燃烧常用煤种的条件下,碗式配风的风量偏差宜控制在20%以内. 炉膛出口烟气中CO的平均体积分数、飞灰中碳的质量分数、NO_x平均质量浓度的模拟值与热态试验值变化趋势一致. 在实际应用中碗式配风对CO平均体积分数的降低效果更加显著,当碗式配风的风量偏差达到20%时,省煤器出口烟气中CO的平均体积分数降低幅度达95%.     

配风比对燃油燃烧器燃烧过程影响的数值模拟

模拟燃烧器不同配风比状况下的燃烧器内温度场分布,分析燃烧器燃烧过程的火焰结构温度。模拟结果表明：配风比为一次风量（G1）占总风量（G）的30％,二次风量（G2）占总风量的70％时,火焰结构和火焰温度分布最合理。     

600MW四角切圆燃烧锅炉炉内过程的数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent,选择合理的数学模型,对600MW切圆燃烧锅炉炉内的流动、传热及燃烧进行了数值模拟。在炉内数值模拟过程中,气相湍流流动采用可实现的k—ε双方程模型,对控制方程的求解采用SIMPLEC算法。计算结果表明：炉内最高温度出现在燃烧器区域;整个炉膛空间存在旋转流场,炉膛出口仍有残余旋转存在;烟温偏差成因于炉膛出口的残余旋转;二次风反切在一定程度上能有效地削弱炉膛出口的残余旋转,从而降低水平烟道的烟温偏差。     

Computational study on fumace process in a multi-burner boiler of pulverized coal fired tangentially at four corners

Aiming at the optimization of the operation condition, a general numerical method for calculating pulverized coal combustion in a full-scale furnace fired tangentially at four corners is adopted. “κ-ɛ” turbulence model is used for the gas phases and a stochastic approach based on the Lagrangian technique is used for particle phases. Two-competing reactions model for the coal devolatilization and PDF (the probability density function) method for the combustion of the gas phases are employed. In the numerical simulations, assuming the air distribution of second port level is of pagoda, waist drum and uniform type. The results show that pagoda type air distribution is advantageous to ignition and smooth combustion of pulverized coal, and suitable to inferior coal combustion in practice. In the present furnace, the igniting distance at 1st and 3rd corner is longer than that at 2nd and 4th corner. The results from numerical calculations are in good agreement with those of observed in practice. Biography of the first author: ZHOU Ping, associate professor, born in 1965, majoring in simulation and optimization of pyro-installations.     

过量空气系数对燃煤锅炉SNCR脱硝的影响

为探究NOx超低排放规律,数值模拟研究了总过量空气系数、主燃区过量空气系数对某330 MW燃煤锅炉NOx排放的影响。结果表明,炉膛内速度流场和温度场具有协同性,且协同程度越高,温度上升越快,其NOx生成也越多;NOx沿着环状温度场集中生成,并富集在炉膛四周。主燃区喷尿素可有效降低炉膛内整体NOx浓度。对比喷尿素前后发现：NOx浓度随总过量空气系数减小而变小;主燃区过量空气系数越小,NOx浓度也越小,最佳主燃区过量空气系数为0.92。     

太阳能在煤粉锅炉上的应用

通过对煤粉锅炉炉膛内的燃烧、传热过程进行数值计算研究,预测了不同空气温度下炉膛内的温度分布和污染物体积分数分布。结果表明,在达到工业生产要求的炉内温度时,二、三次风使用高温空气,可降低总空气量和煤粉消耗量,同时还可减少污染物的生成量,达到节能减排的目的;随着空气温度的升高,炉膛内同一截面的温度更加趋于均匀,这样水冷壁各管吸热均匀,有利于锅炉水循环的稳定性,有利于煤粉锅炉应用高温低氧燃烧技术。为了实现空气高温,可在锅炉尾部增设太阳能空气加热器,利用太阳能辅助烟气余热将二、三次风加热到873K以上。     

Dynamic simulation on effect of flame arrangement on thermal process of regenerative reheating furnace

By analyzing the characteristics of combustion and billet heating process, a 3-D transient computer fluid dynamic simulation system based on commercial software CFX4.3 and some self-programmed codes were developed to simulate the thermal process in a continuous heating furnace using high temperature air combustion technology. The effects of different switching modes on injection entrancement of multi burners, combustion and billet heating process in furnace were analyzed numerically, and the computational results were compared with on-site measurement, which verified the practicability of this numerical simulation system. The results indicate that the flow pattern and distribution of temperature in regenerative reheating furnace with partial same-side-switching combustion mode are favorable to satisfy the high quality requirements of reheating, in which the terminal heating temperature of billets is more than 1 460 K and the temperature difference between two nodes is not more than 10 K. But since the surface average temperature of billets apart fi＇om heating zone is only about 1 350 K and continued heating is needed in soaking zone, the design and operation of current state are still needed to be optimized to improve the temperature schedule of billet heating. The distribution of velocity and temperature in regenerative reheating furnace with same-side-switching combustion mode cannot satisfy the even and fast heating process. The terminal heating temperature of billets is lower than that of the former case by 30 K. The distribution of flow and temperature can be improved by using cross-switching combustion mode, whose terminal temperature of billets is about 1 470 K with small temperature difference within 10 K.     

烟气再循环对生物质炉排炉燃烧影响的数值模拟

针对生物质锅炉实际运行过程中常出现水冷壁腐蚀严重、屏式过热器积灰多和NO_x排放量高等问题,以一台某电厂额定蒸发量为130 t/h的生物质往复式水冷炉排炉为研究对象,提出二次风掺混再循环烟气燃烧的方法,采用计算流体力学（CFD）数值模拟技术对炉内燃烧过程进行热态模拟,旨在为锅炉的实际运行操作提供理论指导. 计算结果表明,采用烟气再循环可以增强炉膛上部气流扰动,改善炉内温度分布的均匀性,提高燃尽率,同时降低屏区火焰温度,减轻大屏积灰结渣风险;后墙下二次风掺混再循环烟气后,主燃区形成还原性气氛,温度下降,有效抑制热力型NO_x的生成.后墙下二次风掺混30%再循环烟气的工况炉内气流均匀饱满,高温烟气分布从炉膛深度中心向前、后墙两侧稳定下降,NO_x排放质量浓度相对于无再循环烟气时减少了32.1%.     

换向方式对蓄热式加热炉热过程影响数值模拟

基于商业软件CFX4．3和自编程序，建立了三维非稳态HTAC加热炉内热过程的CFD仿真系统，并以国内某HTAC加热炉为对象，分析了不同的换向燃烧组织方式对HTAC加热炉内多烧嘴喷射射流的卷吸、燃烧现象以及钢坯在炉内的加热过程的影响。结果表明：采用分段同侧换向控制的HTAC加热炉能获得很好的流场和温度场分布，基本满足高质量的钢坯加热需要，但该炉在生产条件下的温度制度存在不合理之处，在今后设计和操作中应进一步优化和改进；全同侧换向控制的火焰布置方式不利于钢坯的均匀、快速加热；而采用交叉换向控制的火焰布置方式可以改善加热炉内的流场和温度分布，更有利于满足钢坯的加热工艺要求。     

高温空气燃烧器的数学模拟

利用数值模拟软件分析了一种新型高热值燃烧器在高温低氧空气条件下的燃烧情况。同一般天然气燃烧器相比,这种燃烧器既能产生二段燃烧,又能促进一定量的烟气回流。模拟分析表明：这种高热值燃烧器不仅具有较高的温度水平,温度场均匀,而且燃烧效率高,NOx的生成量较低,达到节约燃料和降低污染的综合效果。     

同心圆二次风反切锅炉炉内气固多相流动特性的研究

为了防止大型电站锅炉炉内结渣,减轻高温对流受热面处烟气温度偏差,本文提出了二次风燃烧器喷口反切布置的同心圆燃烧方式。通过对炉内气相流动的冷模试验研究和数值模拟,单颗粒炉内运动的数值模拟和颗粒群在炉内运动的冷态试验研究结果表明:合理的二次风反切可在炉内形成“风包粉”燃烧方式,且使水平烟道内高温对流受热面处的气流速度和颗粒得到均匀分布,这对防止炉内结渣、减轻高温对流受热面热偏差起促进作用。     

裤衩型300 MW循环流化床炉膛二次风数值模拟

循环流化床锅炉中二次风主要提供燃烧所需氧气并控制NOx生成,但是随着炉膛的大型化发展二次风作用减弱.采用Fluent6.2计算软件数值研究300 MW循环流化床锅炉炉膛中二次风速度和风向对炉内颗粒速度和固体浓度的影响,分析炉内不同位置的颗粒速度和浓度的分布以及二次风穿透性规律.模拟结果表明,裤衩型循环流化床内中间的颗粒存在向下流动性,颗粒浓度在Z向截面上呈现不均匀分布,其形状类似是多个环核结构模型的结合.二次风显著提高炉膛上部颗粒浓度,能够优化炉内气体和颗粒流场分布,外侧二次风的穿透性好于内侧二次风的穿透性.模拟结果可以为大型循环流化床锅炉的设计和运行提供理论参考.