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410T/h高长宽比、六角切圆水煤浆、重油两用电站锅炉动力、燃烧特性的数值模拟和试验研究

丁宁  
【摘要】:国家经贸委在节约和替代燃料油“十五”规划中指出:“到2005年全国节约和替代燃料油1600万吨,其中替代燃料油1262万吨,占78.9%”。在煤代油这一精神的指导下,茂名热电厂决定将410T/h燃油电站锅炉改烧水煤浆,该项目得到了国家经贸委、省经委、奥电公司充分重视,并于2001年11月被列为第二批国家重点技术改造“双高一优”项目。 当前,我国电站燃油锅炉改烧水煤浆改造项目已投入运行的锅炉最大容量仅为230T/h,国外也未见同类容量燃油设计锅炉改烧水煤浆的报导,缺乏改造的经验,同时,受结构上的限制,改造后炉膛长宽比高达1.5∶1,并采用国内外少见的六角切圆燃烧布置方式,改造难度大,需要系统地进行研究。本文以茂名热电厂410T/h电站锅炉燃油改烧水煤浆工程为依据,详细进行了在高长宽比、六角切向布置情况下大型水煤浆、重油两用电站锅炉的动力和燃烧特性的数值模拟和试验研究,研究结果为高长宽比六角切向布置电站锅炉、水煤浆代替油燃烧技术等方面提供了丰富的理论和实践依据。 首先,针对改造后高长宽比、六角切向布置电站锅炉结构,本文对该结构炉内空气动力特性进行了1∶10的冷态模化试验、现场冷模试验与数值模拟研究,对炉内主旋转气流、角部二次旋涡、贴壁风速和前屏前气流速度偏差进行了详细的研究,深入分析了燃尽风正反切布置对炉内流场的影响。 根据高长宽比、六角切向布置锅炉各角射流在位置结构上不对称的特点,进行了不同缺角运行工况下的冷模试验和数值模拟,研究了各角射流对炉内流场影响的规律,同时,对六角切向布置锅炉降负荷运行进行了探讨,找到了现场降负荷运行时的最佳缺角方式。 其次,燃烧器是实现水煤浆和重油燃烧的关键设备,需要有合理的空气动力场和有很好的调节作用,本文通过冷模试验与数值模拟等方法,开发出了一种水煤浆、重油两用燃烧器,找到了燃用水煤浆时的最佳配风方式,并深入研究了水煤浆雾矩对流场的影响,对该结构形式燃烧器的调节性能进行了探讨。 现场燃烧试验表明:改造后的锅炉全烧重油和水煤浆时都能达到100%额定出力和预定的设计参数,锅炉热效率分别比设计效率提高了0.93%、1.45%,锅炉燃烧状况良好,飞灰和炉渣可燃物含量低,达到了长期连续运行的要求;与燃烧重油相比,燃用水煤浆时SO_2排放减少一半,NO_x排放略有增高,增幅不大,燃油锅炉改烧水煤浆具有非常显著地经济效益和环保效益。 最后,在燃烧试验的基础上进行了水煤浆燃烧的数值模拟,对六角切向布置水煤浆燃烧锅炉热态空气动力场和温度场进行了研究,分析了水煤浆电站锅炉炉内水煤浆颗粒燃烧的特点,并对炉内H_2O、O_2、CO_2与NO_x等物质的分布规律


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