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风量配比对600MW超临界W火焰锅炉燃烧特性影响的研究

李文博  
【摘要】:近年来世界各国越来越重视无烟煤的利用,W火焰锅炉在燃用无烟煤方面有着独特的优点,多次引射分级燃烧技术作为一种拥有国内自主知识产权的W火焰锅炉燃烧技术,研究和应用潜力巨大。本文以采用该技术的国内某电厂600MW超临界W火焰锅炉为研究对象,在拱上燃烧器采用集中布置的前提下,应用FLUENT14.5软件数值模拟研究了不同风量配比和拱上燃烧器倾斜角度对炉内燃烧和NOx排放特性的影响。首先,本文研究了内外二次风风量配比分别为0:10、4:6、5:5、6:4和10:0时炉内流动及NOx生成特性。当内外二次风风量配比由0:10变化到10:0时,炉内流场对称性变化较大,拱上煤粉气流的炉内行程先缩短后逐渐变长;内外二次风风量配比为4:6和10:0时,炉内流场明显偏斜,容易引发炉内水冷壁偏烧的情况;随着内外二次风风量配比由0:10增大至10:0,炉膛出口排烟温度逐渐下降,氧量浓度在逐渐增大,NOx浓度值变化较大。在冷灰斗处氧气含量先升高后逐渐降低,内外二次风风量配比为5:5时,冷灰斗中下部区域的氧气含量最高。因此选取5:5为最佳内外二次风风量配比。其次,本文研究了不同二、三次风配比下炉内燃烧和NOx生成特性。假定二、三次风风率之和保持63.75%不变,将二次风风率分别改变为19.16%、27.38%、33.64%、42.36%以及51.30%。当二次风风率为19.16%时,炉内流场容易发生偏斜;随着二次风风率从19.16%增大至51.30%,炉内流场对称性慢慢变好,拱上煤粉颗粒的下射行程逐渐变长,炉膛火焰中心向下偏移,锅炉尾部排烟温度下降,氧气含量也在逐渐减小,NOx浓度从1290.4mg/m3逐渐减小至1040.6mg/m3(折合氧量为6%,下同)。但二次风风率过大为51.30%时,炉膛的火焰中心过低,容易造成冷灰斗烧损以及产生热疲劳现象。综上所述,选取42.36%为最佳二次风风率。然后,本文研究了拱上燃烧器倾角分别为0°、5°、10°、15°和20°下炉内流动及燃烧特性。随着拱上燃烧器倾角逐渐增大,炉内流场对称性良好,但温度场对称性会逐渐变差,一次风和二次风对前后墙的冲刷作用逐渐增强。拱上燃烧器倾角由0°增大至20°时,煤粉气流的炉内下冲深度明显缩短,拱下气流拐点距浓相喷口高度由17m减小至7.5m,这在一定程度上缓解了冷灰斗超温问题,但同时火焰中心向上偏移致使炉膛出口烟气温度偏高。随着拱上燃烧器角度逐渐增大,上炉膛氧气浓度在逐渐减小,锅炉出口处NOx浓度值从889.1mg/m3逐渐增大到1220.6mg/m3。综合考虑,推荐拱上燃烧器倾角为5°,建议不要大于10°。最后,在上述确定的内外二次风风量配比、二次风风率和拱上燃烧器倾角的优化参数下,煤粉气流可以下射到冷灰斗中上部区域,炉内流场、温度场以及组分浓度场对称性良好。锅炉的火焰中心位于下炉膛中下部以及冷灰斗中上部区域,前后墙处水冷壁附近温度较低,同时这一位置处氧量浓度较高,能够减弱该处水冷壁高温腐蚀和结渣的隐患。优化参数下炉膛出口排烟温度为1615.1K,氧量浓度为1.41%,NOx排放值为918.4mg/m3。综合考虑锅炉运行的安全性和经济性,认为优化参数下锅炉流动、燃烧及NOx排放特性较为理想。


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