W型火焰煤粉锅炉炉内冷态流场的试验研究及数值模拟

本文对Ｗ型火焰煤粉锅炉炉内冷态流场进行了模化试验研究，并对炉内流场进行数值模拟。对流场初值采用一维流的处理方法，避免了人工为全场赋合理初值的麻烦，提高了程序的通用性。比较了几种不同的差分格式，计算与试验结果吻合较好。     

超临界W火焰锅炉炉内过程数值模拟

针对东方锅炉（集团）股份有限公司开发的600MW低质量流速垂直管圈超临界“W”火焰锅炉进行全炉膛炉内过程的数值模拟,计算结果表明：炉内流动、炉膛再热器热偏差及炉膛出口氧量的分布与同类型锅炉实测趋势相吻合。数值模拟作为试验研究的补充在一定程度上是可以信赖的,同时可以帮助我们对一些物理现象进行深入分析和探讨,加深理解。计算预测了炉膛出口污染物的排放,得到的炉膛水冷壁壁面热流修正后可以直接用于锅炉的水动力计算。     

超临界W形火焰锅炉炉内过程数值模拟

对东方锅炉集团股份有限公司开发的1 900t/h低质量流速垂直管圈超临界W形火焰锅炉进行了全炉膛炉内过程的数值模拟,得到炉内流场、温度场、烟气组分浓度及壁面热流密度的分布,并与同类型锅炉的实测数据进行了对比.结果表明:数值计算得到的炉内流动、炉膛和再热器热偏差以及炉膛出口氧量的分布与同类型锅炉实测趋势相吻合,数值模拟作为试验研究的补充在一定程度上是可以信赖的;得到的炉膛水冷壁壁面热流经修正后可以直接用于锅炉的水动力计算.     

W型火焰锅炉SNCR过程的数值模拟

W型火焰锅炉,由于燃烧方式和所燃劣质煤种等原因,尾部烟气中NOx的含量大大高于我国环保规定要求.目前的低NOx燃烧技术都不能使其NOx排放量降低到规定范围.随着形势的发展对W型火焰锅炉必须考虑进行尾部烟气脱除NOx,而SNCR技术较为可行.本文针对这一问题利用国际大型计算软件CFX-TASCFLOW对某300MW 型火焰电站锅炉进行了SNCR过程数值模拟.经模拟合理的选择设置了SNCR喷口,分别对SNCR设置前后的炉内燃烧过程的速度场、温度场和NOx浓度分布等进行了准确的数值计算,得出了合理的结论,对采用SNCR技术给予指导.     

切向燃烧煤粉锅炉燃烧和污染物排放的数值模拟

借助FLUENT CFD软件平台，对1台20MW切向燃烧锅炉炉内燃烧流动进行了三维数值模拟。计算了炉内流场、温度场、组分场，还对炉内污染物NO排放规律进行了计算。计算结果显示，整个炉膛空间存在旋转流场，直到炉膛出口还有旋转残余。炉内的温度场的最高温度出现在燃烧器区域，各组分浓度场与温度场都有很大关系，NO的生成主要是在燃烧过程中，沿炉膛高度浓度逐渐减小，与炉膛中氧气组分的浓度也有一定的对应关系。计算结果为工业运行、设计和改造提供了参考。图11参1表6     

切向燃烧锅炉炉内NOx生成的数值模拟

应用简化的后处理ＮＯｘ生成机理模型及气固多相流动模型,对大型切向燃烧锅炉在３种不同工况下炉内燃烧过程、ＮＯｘ排放进行了计算机三维数值模拟,同时将计算结果和实验进行了对比,两者吻合程度良好。图５表３参１１     

煤粉燃烧过程中NOx生成的数值模拟

本文提出用有限反应速率２阶矩封闭模型来模拟湍流对煤燃烧过程中ＮＯｘ生成的影响。     

过量空气系数对W型火焰锅炉燃烧影响的数值模拟研究

过量空气系数是影响W型火焰锅炉燃烧的重要因素.利用数值模拟技术对某电厂300MW"W"型火焰锅炉炉内燃烧进行了4个工况的计算.通过分析各个工况下炉内流场、温度场、NO排放量以及炉膛出口处飞灰含碳量,得出过量空气系数增大时,炉内流场变化不大,炉内温度水平降低,火焰中心上移,NO排放量增大,飞灰含碳量减少.     

T型煤粉锅炉富氧燃烧的数值模拟

为研究采用富氧燃烧方式煤粉锅炉的燃烧特性,利用Fluent软件对一台T型煤粉锅炉的富氧燃烧过程进行了数值模拟,得到了一次风含氧体积分数变化时炉膛内温度场、速度场和烟气各组分物质的量浓度的分布.结果表明:富氧条件下整个炉膛温度水平高于空气助燃条件下;当含氧体积分数由21%增大至33%时,炉膛平均温度由1 413.2K升高为1 447.1K;当含氧体积分数增大至27%时,炉膛平均温度变化较明显,达到1 435.6K;当含氧体积分数大于29%时,炉膛平均温度变化不明显;变一次风风量富氧燃烧方式的含氧体积分数最佳范围为27%～29%.     

DG1900/25.4-Ⅱ4型煤粉锅炉炉内过程的数值模拟

为了预测煤A在DG 1900/25.4-Ⅱ4型600MW、前后墙对冲燃烧锅炉炉内的燃烧性能及了解掺混煤B后对炉内燃烧的促进作用,对煤A及煤A和煤B的混煤的两相流动、燃烧过程及传热传质等特性进行了数值模拟,获得了煤粉在炉内燃烧时的流场、温度场、组分浓度场及着火距离等参数.结果表明:煤A在该型锅炉内的燃烧效果较差,炉内温度较低,火焰中心位置过高,煤粉着火距离过长;掺混煤B后可显著改善炉内燃烧效果,各燃烧参数均处于正常范围;掺混煤B的比例越高,燃烧效果越好.     

W型火焰锅炉的性能评价

本文对Ｗ型火焰锅炉的稳燃性能、结渣特性、汽温特性、调峰性能、燃尽性能等进行了综合评价。     

W型火焰锅炉内无烟煤掺烧优化数值模拟

对两种典型无烟煤进行了工业分析及热重试验,应用双混合分数（PDF）模型对不同无烟煤掺烧方式下直吹式制粉系统W型火焰锅炉进行了数值模拟,得到了炉内烟气温度场、氧体积分数分布场及烟气速度场.结果表明：两种无烟煤的工业分析参数基本相当,但可磨性和燃烧特性存在明显差异;在炉前掺烧方式下,炉膛温度、氧体积分数分布以及速度场均较对称,但煤粉燃尽率比分磨掺烧方式下明显偏低,炉膛出口烟气温度比分磨掺烧方式下偏高;在分磨掺烧方式下,磨煤机运行模式对燃烧经济性有较大影响;无烟煤与无烟煤也存在混煤掺烧优化的空间,分磨掺烧方式可提高燃烧经济性.     

四角切圆煤粉锅炉中NOx生成的数值模拟

采用三维计算机程序对３００ＭＷ四角切圆煤粉锅炉内的流动、燃烧及传热过程进行了总体模拟。采用后置处理法模拟计算了ＮＯｘ的生成过程,湍流脉动ＮＯｘ生成速率的影响采用β－ｐｄｆ模型进行模拟。将计算得到的ＮＯｘ排放浓度与试验结果进行了对比,二者基本吻合。图５表４参１１     

W型火焰锅炉炉内燃烧过程检测实验研究

设计了一套用于大型燃煤锅炉炉内测温、烟气分析及颗粒取样研究的设备,它包括水冷枪抽气热电偶、飞灰等速取样仪和烟气多功能测量分析仪。利用它对某电厂300MW的W型火焰锅炉沿炉膛高度进行了测温、烟气分析及颗粒采样综合测试试验,并测量了颗粒样品含碳量和粒径分布。结果表明：炉内温度和煤粉细度都是影响煤粉燃尽率的重要因素,当锅炉负荷大于260MW时则煤粉细度成为主导因素;该炉磨煤机出力裕度不大,煤质变差时高负荷下煤粉急剧变粗,机械不完全损失和化学不完全损失都增加．是燃尽率低的主要原因。研究结果为掌握该炉燃烧特性和进行相关技术调整提供了有意义的参考信息。     

600MW超临界W火焰锅炉燃烧系统改造研究

对某600 MW超临界W火焰锅炉进行了单只百叶窗式浓淡煤粉分离器的气固两相流模拟,以及炉膛内燃烧过程的热态模拟,得到锅炉在不同拱下二次风风率时的模拟结果,并与现场试验结果进行了比较.通过数值模拟预测如将百叶窗式浓淡煤粉分离器改造为旋风子分离器,结合合理的拱上二次风喷口布置方式和拱下二次风风率后锅炉的燃烧情况.结果表明:拱下二次风风率取36%左右时,飞灰可燃物质量分数最低,冷灰斗水冷壁面处和大屏底部的温度得到均衡;当采用改造方案1时,在下炉膛水冷壁表面形成一层完整的低温区域,可防止水冷壁发生传热恶化;改造后的锅炉性能试验与模拟预测的结果相符.     

W型火焰锅炉结渣分析及对策

针对W型火焰锅炉的特点，并根据其煤种变化造成结渣严重的情况，结合有关燃烧理论和燃烧优化试验，突破某些传统锅炉燃烧调整思想，对燃烧控制参数进行了调整，取得良好效果。     

300MW机组W火焰锅炉改造的数值模拟与分析

利用CFX-Tascflow平台,对300 MW机组W火焰锅炉在基础运行工况下的炉内速度场和温度场进行了数值模拟,将模拟结果与采用抽气热电偶测量得到的试验值进行了比较,从而验证了模拟结果的准确性.通过对模拟结果的分析发现:锅炉侧墙压力偏低,造成煤粉气流向侧墙流动,引发结焦;炉内火焰中心偏上,造成飞灰含碳量高,减温水量大.根据计算结果提出4个锅炉改造方案并对其进行了模拟计算与分析,最终确定根据工况5进行锅炉的改造,经2个月的实际运行表明:飞灰含碳量下降了2%,减温水量下降了15 t/h.     

W火焰锅炉的燃烧调整

对阳城国际发电有限责任公司6台W火焰锅炉的煤质燃烧特性、制粉系统和二次风配风结构进行了分析,得出锅炉出力无法达到额定负荷,在高负荷下需投油助燃的原因.在此基础上,对制粉系统和二次风挡板进行了调整和优化.调整后的运行结果表明:在燃用哈氏可磨系数为38和48的煤种时,都实现了锅炉不投油助燃带负荷至350 MW,同时锅炉效率明显提高,煤耗大幅下降.     

切向燃烧锅炉炉内NO生成的数值模拟

应用简化的后处理NO生成机理模型及气固多相流动模型,对大型切向燃烧锅炉在3种不同工况下炉内燃烧过程、NO排放进行了讨算机三维数值模拟,同时将计算结果和实验进行了对比,两者吻合程度良好.图5表3参11     

W型火焰锅炉技术消化吸收及工业性试验研究

介绍东方锅炉（集团）股份有限公司对引进美国Ｆｏｓｔｅｒ Ｗｈｅｅｌｅｒ（ＦＷ）能源公司３００ＭＷ、６００ＭＷ燃用低挥发份燃料“Ｗ”型火焰锅炉技术的消化吸收情况以及在３００ＭＷ“Ｗ”型火焰锅炉上进行工业性试验研究取得的试验成果和锅炉投运后的运行性能。