生物质气与煤混燃锅炉分离式燃尽风反切消旋数值模拟

为了研究分离式燃尽风(SOFA)水平摆动形成反切角度对生物质气与煤粉混燃切圆锅炉出口速度偏差和温度偏差的影响,基于Fluent模拟软件搭建了纯煤掺烧松木气模型,对某电厂330MW机组掺烧10%松木气的燃煤锅炉SOFA不反切、反切10°、反切15°、反切20°等4种工况的燃烧过程进行数值模拟,分析不同工况下主燃烧区、折焰角、炉膛出口的速度场、温度场的分布特征。结果表明:在主燃烧区,SOFA反切对其流场影响较小;当SOFA开始反切时,折焰角残余切圆消失,流场趋于均匀,有效削弱了烟道的残余旋转,出口烟气速度偏差和温度偏差明显降低;当SOFA反切角度达到15°,出口左右侧速度偏差比和温度偏差比达到最低,其中心温度集中在其中心区域,速度场和烟气温度场的均匀性最好;当SOFA反切角度增大到20°时,出口烟速偏差比和烟气温度偏差比有所增大,其中心温度开始向其右侧偏移,速度分布和温度分布的均匀性下降。因此,最佳的SOFA水平摆动形成的反切角度为15°。     

分离燃尽风反切角度对炉内空气动力场影响的试验研究

通过对采用LNCFS-Ⅲ燃烧系统的600MW机组锅炉进行冷态模化试验,得到分离燃尽风率在0.32时随反切角度变化分离燃尽风区平均相对切圆直径(Dxd)SOFA、炉膛出口残余旋转动量流率矩Jout、炉膛出口水平烟道作用速度偏差E及速度不均匀性系数M2的变化规律。分离燃尽风反切角度在0°～15°范围内变化时,炉内旋转气流方向仍能保持不变;随着反切角度的增大,Jout、(Dxd)SOFA、E及M2减小,在θ=15°时最小;分离燃尽风反切角度大于15°小于20°时,炉膛上部旋转气流的旋转方向出现不稳定现象;分离燃尽风反切角度等于或大于20°之后,炉膛上部旋转气流出现稳定的反方向旋转现象。     

600MW四角切圆锅炉烟温偏差的数值模拟及改造研究

针对某厂600 MW亚临界四角切圆燃烧锅炉炉膛出口存在残余旋转,左右两侧烟温偏差过大问题,通过对锅炉进行数值计算,提出了采用SOFA风反切圆消除残余旋转的改造措施。对改造后的锅炉,选取SOFA风率为30%、25%和20%的3种工况来研究SOFA风率对燃烧过程的影响,另外分析了25%的SOFA风率下不同反切角度对炉膛出口烟温偏差的影响。结果表明,合理的SOFA风反切角度可以有效地减小烟温偏差,改造可供同类型机组设计和改造时参考。     

基于数值模拟的超临界锅炉SOFA风对烟气偏差影响研究

对于四角切圆燃烧锅炉,炉膛出口水平烟道的烟气偏差过大会造成过热汽温偏差,增加管子的热应力,影响锅炉安全运行。采用燃烬风反切方式是一种减少烟气偏差的有效方法。现代超临界四角切圆燃烧锅炉因采用水平角度可调节的风门,为燃烬风反切提供了方便。通过对某600 MW超临界四角切圆燃烧锅炉进行数值模拟,研究了不同燃烬风运行工况对烟气偏差的影响。结果表明:超临界四角切圆燃烧锅炉水平烟道截面烟温和烟速均呈现右侧高于左侧的分布规律;SOFA(分离燃烬风)反切可以有效地改善烟气偏差,其反切角越大,投运的反切SOFA风层离炉膛出口越远,改善烟气偏差效果越明显。该结果对改善大型超临界锅炉烟气偏差,简化燃烧调整,优化锅炉运行具有指导作用。     

低负荷时炉膛出口氧量和燃烧器摆角对锅炉性能的影响

以一台660 MW锅炉为研究对象,在350 MW低负荷工况下,针对不同燃烧器投运方式,进行了炉膛出口氧量和燃烧器摆角对锅炉性能影响的现场试验和数值模拟。结果表明:在一定范围内,入炉总风量减少使炉膛出口的氧量降低,而主燃区燃烧延迟使得炉膛上部和出口的烟气温度上升;燃烧器摆角上摆后炉内燃烧火焰中心上移,再热蒸汽温度上升,有利于提高机组效率;同时燃烧器摆角和炉膛出口氧量的变化也会对炉膛出口的烟气温度偏差产生影响。通过对比数值模拟和现场试验的结果,认为投运ABCE四层燃烧器时,将炉膛出口氧量控制在4.2%,燃烧器上摆5.56°左右时,烟气温度特性较好;投运BCDE四层燃烧器时,将炉膛出口氧量控制在3.2%、燃烧器下摆2.4°左右时,烟气温度特性较好。     

煤/气混燃锅炉再热汽温偏差调整实验

为了研究混燃高炉煤气对炉膛上部烟气速度偏差的影响,对不同高炉煤气热量混燃比工况进行了数值模拟,得到炉膛上部烟气速度偏差随着高炉煤气热量混燃比的增加而增大。针对混燃高炉煤气引起的再热汽温偏差问题进行了分离燃尽风水平摆角优化调整实验,得到了最佳摆角组合。结果表明:分离燃尽风(SOFA)的1号、2号、3号、4号喷口水平偏转角度依次为–7.5°、+7.5°、+7.5°、–7.5°时,再热汽温偏差由17.10℃降低到了2.55℃,再热汽温为536.4℃,主蒸汽汽温偏差为4.15℃,主蒸汽温度为538.7℃。     

600MW低氮改造切圆锅炉燃烧特性数值模拟

针对某600 MW亚临界、四角切圆汽包炉经低氮燃烧器改造后运行中出现的问题(如末过出口两侧汽温偏差大,减温水量大,再热汽温偏低等),对炉膛进行三维数值模拟,比较了3种不同SOFA水平摆角工况,揭示了SOFA风对炉内燃烧份额、出口烟温及NOx生成的影响,为优化配风提供指导。结果表明,合理的SOFA风摆角可以有效降低烟气残余旋转,降低后屏出口两侧汽温偏差。同时,NOx浓度在还原区急剧下降,而CO浓度在主燃区和还原区均较高,存在高温腐蚀的风险。     

基于正交试验法的700 ℃四角切圆燃煤锅炉热偏差数值模拟研究

为解决700 ℃四角切圆燃煤锅炉热偏差较大的问题,利用Fluent 16.0软件进行数值模拟,采用正交试验法,以炉膛出口截面热偏差为优化指标,对燃尽风反切角度（因素A）、燃尽风速度偏置（因素B）及燃尽风反切角度与燃尽风速度偏置交互作用（因素A×B）等 3个因素,分别设计3个水平进行优化处理。采用极差分析法和权矩阵分析法,确定最佳的因素与水平组合以及具体的权重占比。结果表明:各因素对炉膛出口截面热偏差重要程度为燃尽风反切角度＞燃尽风速度偏置＞燃尽风反切角度与燃尽风速度偏置交互作用; 3种因素权重占比分别为燃尽风反切角度0.875、燃尽风速度偏置0.079、燃尽风反切角度与燃尽风速度偏置交互作用0.046;通过2种分析方法得出燃尽风反切角度与燃尽风速度偏置交互作用可以忽略,正交试验最佳因素与水平组合为A3B3,该组合燃尽风反切角度25°,燃尽风速度右/左为0.77,炉膛出口截面热偏差为28.405 K,与最高热偏差值相比,下降89.01 K,降幅明显。     

670t/h四角切圆锅炉反切消旋的数值模拟和工程实践

利用燃烧数值模拟程序对一台670t/h四角切圆锅炉进行了三次风与OFA反切工况数值试验研究.研究结果表明：三次风反切使反切层以上炉内流场旋转减弱,相对切圆直径和充满系数在反切层降低,炉内气流混合强度变化不大,对炉内主气流的空气动力结构影响不大;炉膛温度场和氧气浓度场显示,反切后改善了炉内温度分布,对主燃烧区的影响较小;壁面高温区减少,降低了结焦可能性;反切降低水平烟道入口左右侧温差,削弱了水平烟道入口的扭转残余,减小了水平烟道中的气流速度不均匀性,截面平均烟温略有下降,对受热面换热影响不大.工程实践表明,数值试验结果与实际运行吻合良好,采用三次风与OFA反切消旋方法,减少了残余扭转,改善水平烟道温度分布,较好地解决了四角切圆燃烧锅炉存在的出口烟温偏差问题。     

二次风反切对大容量切向燃烧锅炉烟气偏差影响的数值研究

在发展一个三维计算程序的基础上研究了二次风反切对大容量切向燃烧锅炉烟气偏差的影响。数值模型应用在一个不同于次风反切工况下的600MW切向燃烧炉。模型采用空度方法以较好地模拟复杂的屏式过热器结构,采用修正的非均分QUICK格式以有效减小伪扩散的影响,采用标准κ-ε模型为处理湍流。计算结果与试验数据吻合较好。模拟结果表明,烟气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,但是过量反切可能会破坏炉内流场,并可能加大烟温偏差。因此必须优化反切角度与反切动量流率。该文认为合理的反切方式应该是无量纲准则数XJ为1左右的配风工况。     

墙式分离燃尽风对660MW切圆燃烧锅炉烟温偏差影响的数值模拟研究

为研究墙式分离燃尽风(separated over-fire air,SOFA)对切圆燃烧锅炉烟温偏差的影响效果,对1台660MW四角切圆燃烧锅炉开展了多工况炉内流动、燃烧和污染物排放数值模拟,研究了墙式SOFA风率和摆角对锅炉烟温偏差的影响。结果表明:SOFA风量增加,使得炉膛出口烟窗截面温度分布不均匀系数和炉膛出口截面烟温偏差减小,并且有利于降低NO_x排放量,但对煤粉燃尽率影响不大;SOFA喷口水平摆角增大,有利于降低锅炉烟温偏差;SOFA喷口向下摆动,有利于降低锅炉烟温偏差。     

四角切圆锅炉变CCOFA与SOFA配比下燃烧特性数值模拟

针对某电厂660 MW四角切圆煤粉锅炉NOx排放高的问题,进行了增加分离燃尽风(separated overfire air,SOFA)的低氮改造。利用ANSYS FLUENT14.0软件进行了低氮改造后不同紧凑燃尽风(close-coupled overfire air,CCOFA)与SOFA配比下燃烧特性的数值模拟,研究了炉膛速度场、温度场、组分场和污染物分布的规律。主要结论如下:第一,炉内最高温度出现在CCOFA与SOFA配比为64∶112(风量单位为kg/s,下同)。第二,CCOFA与SOFA配比为64∶112时,炉膛出口温度最高,为1 537.2 K;当CCOFA与SOFA配比为56∶120时,炉膛出口温度最低,为1 511.1 K。第三,随着SOFA风量减小,炉膛出口NOx的质量浓度逐渐降低,在CCOFA与SOFA配比为64∶112时,炉膛出口NOx的质量浓度达到最小值为221.75 mg/m3(标准状况下),建议在实际运行中维持CCOFA与SOFA配比为64∶112。     

2008t/h四角切圆燃烧锅炉炉膛出口烟温偏差的试验研究

针对某电厂2008t／h锅炉炉膛出口烟温偏差过大(达132℃)问题，在4个不同二次风反切角度下，对炉内空气动力特性、炉膛出口气流残余旋转和水平烟道内的烟速分布进行了冷态试验和数值模拟研究，并对影响烟温偏差的假想切圆直径、炉膛高度、燃烧器结构与摆角等因素进行了系统分析。结果表明：合理的二次风反切角度，可有效地抑制和削弱炉膛出口的烟速和烟温偏差，且燃烧器上摆一定角度有利于成小炉膛出口的烟温偏差。     

四角切圆锅炉炉内燃烧数值模拟

为了研究不同负荷下炉内燃烧及污染物排放情况,基于Fluent软件对某台350MW四角切圆燃烧锅炉进行数值模拟,分析随着锅炉负荷的变化,炉内的流场、温度场、组分分布及污染物NO_x质量浓度分布。结果表明:炉内切圆明显,整个炉膛空间存在螺旋上升的流场;燃烧器区域温度最高,炉内温度随着炉膛高度增加而降低;随着负荷降低,炉内温度水平降低,30%额定负荷工况时炉内温度水平偏低,需要考虑炉内煤粉的引燃和稳燃问题;组分场分布与温度场有很大关系,高温区对应高CO浓度场和低CO_2浓度场;在炉膛高温区大量生成热力型NO_x,随着锅炉负荷降低,炉膛出口NO_x质量浓度逐渐降低。     

HG-2008/18.2-YM2切向燃烧锅炉水平烟道内烟气偏差的模化试验研究

以ＨＧ６００ＭＷ切向燃烧锅炉为原型,在１：２５的模型上对其在原设计工况下以及燃烧器采用反切技术时水平烟道内流场进行了冷态试验研究。研究表明,炉膛出口残余旋转是造成水平烟道内速度偏差的根本原因,烟气走廊的存在更加剧了这种偏差。采用适当的反切技术能有效地改善水平烟道内的速度分布。     

不同工况下附加风对超超临界锅炉燃烧特性的影响

应用CFD软件对国内某电厂的1台超超临界1 000 MW机组双切圆燃烧锅炉燃烧特性和流场、温度场、浓度场分布进行了数值模拟,给出了不同工况下附加风变化对模拟结果的影响.结果表明,附加风率的变化对炉膛内NOx浓度分布影响不大;附加风正切或反切对沿炉膛高度方向上每个截面上的烟温和烟速偏差有影响.此结果对超超临界机组锅炉在变附加风运行时炉内温度分布的变化和污染物排放具有指导意义.     

330 MW机组煤粉炉还原区喷入水煤浆热解气还原NOx数值模拟

以330 MW机组煤粉锅炉为研究对象,采用数值模拟方法研究了水煤浆热解气的脱硝作用,重点讨论了主燃区过量空气系数α₁和热解气比例β对炉内燃烧特性和NO_x排放的影响规律。结果表明：当β保持不变时,随着α₁减小,主燃区温度降低,燃尽区及炉膛出口温度升高;同时,α₁的减小增强了主燃区的还原性气氛,有利于提高热解气的脱硝速率,从而降低炉膛出口的NO_x质量浓度,但α₁的减小会影响煤粉的燃烧性能并使得炉膛出口CO增多;随着β的增加,炉膛火焰中心上移,热解气对NO_x的还原速率升高;当β从5%增至20%时,炉膛整体的NO_x质量浓度呈现先减小后增大的趋势,β=15%时NO_x质量浓度最低,热解气的NO_x还原效率为44.35%。     

径向分级低污染燃烧室燃烧性能试验

以某型径向三级燃烧室为研究对象,采用天然气为燃料,通过试验研究了各级不同燃料比例及燃烧模式下燃烧室的贫油点火、贫油熄火、出口温度场、污染物排放等燃烧性能。结果表明:在环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式下,贫油点火油气比为0.027 0～0.040 1,贫油熄火油气比为0.006 9～0.005 5,环形区改为预混燃烧模式后,点火油气比和熄火油气比均有所增大;随主燃区预混燃料当量比(当量比)的增加,出口温度系数逐步改善,至当量比0.54时则有所恶化,环形区改为预混燃烧模式后,主燃区当量比为0.51时,出口温度系数改善明显;随主燃区当量比的增加,CO、未燃碳氢(UHC)、NO_x及碳烟排放均呈下降趋势,但当量比为0.54时,NO_x排放有所增加,环形区改为预混燃烧模式后,各污染物排放指数降低,但未达到预期。建议径向分级燃烧室在低负荷工况下采用环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式,在高负荷工况下均采用预混燃烧方式。     

OFA反切减小炉内热偏差问题的研究

过、再热器出现的超温爆管是四角切圆锅炉在运行过程中出现的主要问题之一。为了减少这一现象对电厂运行安全性和经济性的影响,采用增大主燃区上方燃尽风偏转角度以减小过、再热器区域内的主气流旋转动量,从而降低发生热偏差的可能。数值计算结果表明,燃尽风反切26°水平烟道入口截面左右两侧温差降幅达49.7%。改造后的试验结果表明,燃尽风在低负荷时对热偏差的控制作用较大,而对高负荷时控制作用较小。以上研究表明,燃尽风反切有利于降低炉内热偏差,但在实际运行中,低负荷时,燃尽风的反切对主气流的消旋作用较大,反切减小热偏差作用较为明显。     

撞击预燃室煤粉燃烧器燃烧特性数值模拟

针对适用于劣质煤燃烧的新型撞击预燃室煤粉燃烧器,采用数值模拟的方法,研究其燃烧特性,得到了不同二次风进风角度和挡板角度下燃烧器流场分布、温度场分布、CO分布和NO分布。模拟研究表明,撞击预燃室燃烧器的煤粉燃烧分为两个阶段,在预燃室内第一阶段燃烧使风粉温度达到1300 K,这对劣质煤的稳定燃烧十分重要;挡板角度是影响预燃室内积灰的主要因素,挡板角度为45°时,挡板附近和预燃室内流场分布最合理。