电厂锅炉辐射换热模型化和掺烧褐煤的试验研究

【摘要】：为缓解东北地区电站燃煤供应紧张问题,充分利用价格低廉而储藏丰富的褐煤,本文开展了烟煤锅炉掺烧褐煤的研究工作。针对在中储式制粉系统烟煤锅炉中大比例掺烧褐煤时,制粉系统容易出现爆炸、干燥出力不足以及因混煤热值降低影响锅炉带大负荷等问题,在系统分析和理论计算基础上,本文提出利用转向室与磨煤机入口之间的压差,在不需要其他动力设备的情况下,抽取中温炉烟掺入中储式制粉系统的改造技术。在锅炉辐射换热模型化方面,对考虑各向同性散射特性的辐射换热区域法进行了较深入的分析与研究,进一步论证了该项改造技术的可行性。 在辐射换热的各种数学模型中,区域法的机理严密,精度最高,迄今为止仍被作为其他辐射传热计算模型的检验基准。本文以区域法的辐射交换面积为基础,对于一维体系,导出了各向同性散射介质中辐射直接交换面积的解析表达式,便于准确地分析辐射换热问题。将二维和三维规则体系的辐射直接交换面积积分函数分别归结为四类基本形式,有益于程序结构的条理化、编程的简化和错误的查找。对于规则的二维和三维封闭体系,以形心距为线索和充分利用广义对称性,免除了辐射直接交换面积的大量重复计算。 在辐射交换面积叠加处理方法基础上,本文从辐射传热机理出发,定义了散射热流密度这一新概念,并给出其矩阵表达式,引入到辐射全交换面积的推导过程中。得出各向同性散射介质参与条件下辐射全交换面积各分块矩阵以及总矩阵的合成。由于散射热流密度的物理意义明确,使得推导过程十分简单,便于对辐射全交换面积物理意义的理解与分析。 在辐射换热网络法基础上,参照表面分析方法,借助于容积散射热阻和等效发射率,在三元体系中定性分析了散射介质参与的辐射换热问题。分析表明,当考虑参与介质的散射特性时,由于容积单元散射热阻的存在,使得容积单元与其他换热单元之间总热阻增大,因此介质的散射削弱了辐射热交换。模拟结果还表明,考虑参与介质的散射特性后,容积单元-容积单元的辐射全交换面积增大,表面单元-容积单元的辐射全交换面积减小；参与介质的散射作用越强,忽略介质散射导致的计算误差越大。 本文以清河发电责任有限公司8号炉HG-670/140-9型自然循环煤粉锅炉为研究对象,建立了各向同性散射介质参与的区域法辐射换热模型,模拟结果表明锅炉掺烧褐煤和中温炉烟再循环利用后,低温燃烧对缓解锅炉严重结焦十分有利,从而论证了中储式制粉系统锅炉掺烧褐煤改造技术的可行性。经现场试验研究,本文提出制粉系统末端湿烟气含氧量不大于16%的防爆技术指标是可行的。灰色综合评判结果进一步表明该技术能够实现在中储式制粉系统烟煤锅炉中大比例掺烧褐煤。本文的研究成果同时解决了此类型锅炉普遍存在的再热蒸汽温度偏低和过热器吸热量不足的技术问题。