塔式锅炉炉内烟气流动的非线性特性分析及热偏差控制

为研究炉内烟气非线性流动的初值依赖特性问题,从具有对称结构的塔式四角切圆锅炉中抽象出一个几何结构和边界条件完全对称的三维简化锅炉模型,采用数值模拟研究了同时启动、对角启动和顺序启动3种启动方式对炉内流场、温度场及炉膛出口处热偏差的影响,并分析了各截面的速度场、温度场、速度分布不均匀系数和温度偏差系数。结果表明：相较于传统的四角同时启动方式,采用顺序启动和对角启动方式能够改善炉内烟气流场和温度场的偏斜情况,并能有效减小炉膛出口处的热偏差。     

超超临界锅炉燃烧模拟及减小热偏差方法

针对燃烧器四角切圆布置的超超临界锅炉炉膛内的流动和燃烧,创建几何尺寸和边界条件完全对称的三维锅炉模型。计算结果表明,即使几何尺寸和边界条件完全对称,温度场和流场也可能是非对称的,这是造成烟气侧热偏差的可能原因之一。探讨了减小锅炉炉膛出口热偏差的方法,通过对比对称方位燃烧器连线上的速度分布,调整速度分布不对称的直线两端的燃烧器出口速度,使边界条件不对称,重新进行数值模拟,如此重复直至速度分布对称。结果表明,经过速度调整后所得的温度场和流场分布更加对称,可以达到减小炉膛出口热偏差的目的。     

炉膛内空气射流初值依赖性及非线性分析

为研究炉膛内空气射流的初值依赖性及其非线性,以某塔式燃煤锅炉为研究对象,分别建立了简化的二维CFD数值模型和三维冷态切圆射流实验模型,运用数值模拟与实验相结合的方法探讨了炉膛内流动的非线性特性,并提出了新的喷嘴启动方式——顺序启动。结果表明：即使几何结构和边界条件完全对称,其流场也有可能是非对称的,随着雷诺数的增大,内部流动依次经历稳定定态解、周期振荡解和混沌解;当布置1对喷嘴时,流动表现出明显的多解特性,在一定雷诺数范围内,采用顺序启动方式可以控制唯一结果,实现流动的精准控制;只有当监测点的速度相轨迹图为定常吸引子或极限环吸引子时,流动才会表现出对喷嘴开启顺序的初值依赖性;经过实验验证,按一定顺序启动4个角的喷嘴,可以控制流场的唯一结果,即实现了精准控制。     

1000MW塔式直流锅炉炉膛水冷壁管壁温度和热负荷分布的试验研究

对2台1 000MW超超临界压力塔式直流锅炉炉膛水冷壁管壁温度和热负荷分布进行了测量和计算,并对不同负荷工况、不同磨煤机投运方式下的热负荷和管壁温度分布规律以及炉膛上部垂直水冷壁的热负荷分布进行了分析.结果表明:1 000MW塔式直流锅炉炉膛热负荷的分布规律与其他四角切圆燃烧锅炉炉膛热负荷的分布规律基本一致.由于在最上层的燃烧器上方布置了燃尽风,对炉内烟气的扰动加强,导致沿管长方向的热负荷在54m标高处波动较大;在燃尽风喷嘴中心线以上,因受到燃尽风进入炉膛的影响,水冷壁热负荷大幅度下降.为了避免炉膛大比热区传热恶化,可以将处于拟临界点附近的水冷壁布置在低热负荷区域.     

燃烧器对冲布置锅炉的非对称流动及非线性分析

为研究炉内的非对称流动现象,从燃烧器对冲布置的锅炉炉膛中抽象出几何结构和物理边界条件完全对称的二维模型进行冷态流场的数值模拟,比较不同燃烧器出口雷诺数(Re)下流场对称性的变化情况,并利用相图和频谱分析等方法对特征解进行非线性特性分析.结果表明:即使几何结构及物理边界条件均对称,炉内仍会出现非对称流动;随着燃烧器出口R...     

1000MW超超临界双切圆锅炉烟温偏差的数值模拟

本文以1000MW超超临界双切圆锅炉为研究对象,通过数值模拟研究了炉膛内的燃烧、流场分布以及分隔屏间距对烟温偏差的影响。计算结果表明炉内温度场分布合理,气流形成较为完整的椭圆形切圆;炉膛出口烟气存在旋转残余,导致各屏间烟气温度与速度分布不均,靠近水冷壁区域烟气温度及速度明显低于炉膛中心侧;分隔屏可以促进烟气的均匀分布,因此调整分隔屏间距可以调节烟气量在分隔屏间的分配,有利于控制烟温偏差。     

高炉煤气锅炉富氧助燃的特性研究

以国内某钢铁企业220t/h高炉煤气锅炉为研究对象,利用计算流体力学软件Fluent,简化了几何结构模型,在助燃空气量恒定情况下模拟了3种不同加氧量的高炉煤气锅炉炉内流动及燃烧过程,得到了锅炉炉内速度和温度分布.模拟结果表明:加入氧气后锅炉炉内气流动力场没有受到影响,随着加入氧气量的增加,整个炉膛内烟气温度增加,火焰温度更为集中,高温区减小.在加入的氧气量仅为2000m3/h时,炉内温度增加不明显,当加入氧气量达4000m3/h后,炉内温度增加明显,烟气辐射特性增强,壁面热负荷值也有明显增加.当加入氧气量达到6000m3/h时,炉膛壁面热负荷最大值达到103158W/m2,燃烧器喷口附近温度升高明显,燃烧器喷口附近温度过高有可能会对燃烧器产生烧损.     

700℃超超临界塔式切圆燃烧锅炉水冷壁设计

对700℃超超临界塔式切圆燃烧锅炉的水冷壁进行设计,总体方案为下部炉膛采用螺旋管水冷壁,上部炉膛采用垂直管汽冷壁.以660 MW等级700℃塔式切圆燃烧锅炉为设计对象,确定了其水冷壁的结构参数、热力边界条件和热负荷分布曲线,并对其水动力进行了计算.根据管壁温度和鳍片温度计算结果,确定水冷壁材料为水冷壁管下部采用12Cr...     

600MW超临界循环流化床锅炉运行优化试验研究

在600 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉上完成了一系列试验。试验包括60 m高CFB冷模试验、600 MW超临界CFB锅炉炉内(包括外循环系统)燃烧与传热均匀性试验以及水冷壁传热特性试验,分别研究了60 m高CFB冷模试验提升管内气固浓度分布、给煤均匀性对600 MW超临界CFB锅炉炉膛出口烟气成分均匀性的影响、二次风射程随负荷变化规律;分析了100%负荷下600 MW超临界CFB锅炉水冷壁汽水温度分布特性,并通过水冷壁背火侧壁温分析了水冷壁壁面气固流动特性、热流密度特性。通过这些试验研究发现炉膛上部(距布风板40 m以上)气固浓度随着炉膛高度的增加仅轻微增加;炉膛底部风煤混合对炉膛出口的烟气成分有强烈影响;通过测量水冷壁背火侧壁温可以分析获得炉内水冷壁壁面附近多项热力参数。     

炉膛中间截面边界条件对双切圆锅炉空气动力场计算的影响

大容量超超临界锅炉广泛采用单炉膛双切圆的空气动力组织方式,在计算流体力学软件FLUENT平台上,针对1GW超超临界单炉膛双切圆锅炉,计算了全炉膛和炉膛中间截面边界条件设为对称面和边壁条件的炉内空气动力场。计算表明,与标准κ-ε双方程模型相比雷诺应力模型(RSM)具有更高的计算精度;中间截面采用对称边界条件时,其流场分布规律与全炉膛模拟结果相似;中间截面为边壁条件时炉膛中间截面附近流速降低,但对整个炉膛流场影响较小;中间截面采用这两种边界条件均会导致1#、6#角射流衰减缓慢而冲刷炉膛前墙中间水冷壁。     

Experimental and numerical study on the flow fields in upper furnace for large scale tangentially fired boilers

Experimental and numerical study on the aerodynamic field has been carried out in a tangentially fired boiler model of a 600 MW unit, with emphasis on the flow fields in upper furnace and the gas velocity nonuniformity in horizontal flue gas pass. The results show that there exists residual swirl intensity of nearly 20% at the entry of the plate zone in upper furnace for large scale tangentially fired boilers. And the flow fields are obviously different in the left and right sides of upper furnace and the gas velocity deviation is large in horizontal flue gas pass. Moreover, some new furnace arch structures and arrangements of division platen superheaters are proposed to effectively alleviate gas velocity deviation in horizontal flue gas pass for large scale tangentially fired boilers. The numerical results agree well with the experimental ones, which can give a good insight into the flow characteristics in upper furnace and a clear explanation on the forming mechanism of flue gas velocity and temperature deviation for large scale tangentially fired boilers.     

四角切向燃烧锅炉炉内气流流动特性及炉膛高度的选取

以ＨＧ－２００８／１８．２－ＹＭ２型四角切向燃烧锅炉为原型进行冷态模化试验,研究了炉内气流流动特性和炉膛高度对水平烟道烟速偏差的影响,分析了炉内气流旋转强度沿炉膛高度的变化规律,得出了合适的炉膛高度,为减小水平烟道烟气速度偏差和优化锅炉结构提供了重要的参考依据。     

燃烧模型与切圆锅炉烟气偏差的数值研究

分析并建立了锅炉多相流动与燃烧模型。利用该模型对改造前切圆锅炉水平烟道烟温、烟速偏差进行了数值模拟，计算结果和实际运行状况一致，证明了模型的可靠性。数值研究表明：上二次风反切和小切圆可以有效减小水平烟道烟温烟速偏差；综合比较，上二次风反切是更为可行的改造方案。图9参7     

基于偏最小二乘回归法的电站锅炉炉膛出口烟温调整试验研究

针对某电厂的锅炉炉膛出口烟温进行了调整试验.通过数据预处理和偏最小二乘回归分析,建立了炉膛出口烟温的统计学模型.通过分析模型的影响因子,进行了运行参数的调节,给出了不同负荷下锅炉的合理运行工况.试验结果表明:通过调节炉膛出口烟温,可提高燃烧效率,减少煤耗.利用偏最小二乘回归方法分析试验数据,有助于调试人员掌握被调对象的运行特性,且便于寻找最佳工作点.     

反切配风对大容量锅炉炉内流场特性影响的研究

通过实验测量和数值模拟研究了大容量锅炉的炉内流场特性。实验测量和数值模拟的结果完全吻合,并得出如下结论：大容量锅炉的炉膛出口存在由残余旋转引起的速度偏差;大容量锅炉的燃烧器区域的实际切圆有贴壁倾向;二次风反切的配风方式可有效降低炉内旋转动量流率矩的水平,并明显削弱了炉膛出口的残余旋转。     

残余旋转对烟道气流速度偏差特性的影响

通过对切圆锅炉膛出口残余旋转的大小和方向改变时烟道气流运动特性进行模型试验研究,获得不同工况下烟道各受热面后截面气流速度偏差系数高度高度方向上各测孔中左右两侧速度偏差的数的变化趋势,掌握残余旋转改变时各受热面后气流偏置规律,并构造炉膛出口气流残余旋转与烟气速度差间内在关联式。     

600 MW燃用褐煤墙式切圆锅炉运行中存在的问题分析及优化措施

对某台采用四墙布置燃烧器切圆燃烧的600 MW超临界锅炉进行了优化调整试验和数值模拟,对锅炉存在的水冷壁严重结焦、超温爆管、炉膛出口速度及烟温偏差问题的原因进行了研究。结果表明：锅炉炉膛出口左、右侧存在速度与烟温偏差,燃尽风的投切对炉膛出口气流速度分布影响很大;提高一次风率对提高制粉系统出力有利,但过高的一次风率（40%以上）是导致锅炉发生水冷壁结焦和局部超温爆管的主要原因;一次风率控制在设计值36%左右,锅炉的运行状态明显改善。     

燃烧器角度对W型火焰锅炉空气动力场的影响研究

对配备直流缝隙式燃烧器的法国Stein公司360MW机组的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改变燃烧器角度前后炉内的流场速度,得出了不同工况下炉内W型气流的流场图,并对不同工况下的流场气流速度分布规律、炉内气流的充满度、气流行程、炉膛出口处的气流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。     

改造W型火焰锅炉结构的实验研究

针对引进的法国Stenin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结构改变前后的炉内流场速度,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。     

四角切向燃烧锅炉煤粉射流逆向稳燃技术的研究开发

本文首次提出并分析了四角切向燃烧锅炉煤粉射流逆向稳燃技术的设计思想。根据炉内三维湍流流场的数值模拟，优化设计了本项技术应用于焦作电厂Ｎｏ．３炉的燃烧器改造方案。计算结果及现场应用证实，采用煤粉射流逆向稳燃技术能够大幅度延长一次风射流中煤粉颗粒在着火初期的停留时间，改善煤粉气流的着火条件，同时能够有效地削弱炉膛出口气流的残余旋转，从而减轻烟温偏差，并能改变煤粉颗粒的切圆运动轨迹，从而缓解了炉膛燃烧器区域水冷壁的结渣与高温腐蚀。