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电站锅炉煤粉燃烧过程及结渣的数值模拟

李文艳  
【摘要】: 煤粉炉结渣问题普遍存在,是目前危机锅炉安全经济运行的一大难题。在我国,电站锅炉燃用煤质较差,且煤质多变,由于结渣而降低出力和热效率达20%和2.5%,如果计及结渣引起的锅炉停运、维修、改造费用的话,经济损失是惊人的。 结渣过程是个十分复杂的物理化学过程,其中涉及燃烧、气固多相流、传热与传质等多门学科。锅炉运行过程中,影响结渣的因素错综复杂,既和燃料特性有关,也和锅炉结构、运行条件有关。但归根结底,结渣是在燃烧过程中形成的,灰渣的形成和沉积与燃料的燃烧过程密不可分,因而本论文由两大部分组成,一部分为改进和完善燃烧过程数值模拟,另一部分是在燃烧过程模拟的基础上,利用模糊数学理论,建立结渣的综合模糊评判数学模型,预报受热面上结渣的分布情况。 与其它通用的CFD软件相比,经论文作者所改进的燃烧过程数值模拟软件的特点在于:(1)能够结合炉子结构、运行参数及燃料等,调整模型中相应的参数及处理方法;(2)可以灵活的安排网格节点,对某些节点进行特殊处理;(3)在边界(水冷壁)条件的处理上,温度选用了第三类边界条件,把炉内燃烧过程和水冷壁内工质的流动和换热联系了起来,使得水冷壁内的吸热情况对炉内的燃烧和结渣的影响充分体现出来。用此软件已对多台锅炉进行了燃烧模拟计算;定量分析了四角切圆燃烧锅炉炉膛出口左右偏差问题;研究了受热面结渣的分布情况,为锅炉的设计、运行优化、改造方案确定等提供理论依据。 本文分析了煤粉燃烧过程中灰渣沉积的机理,利用模糊数学的理论建立了结渣的模糊综合评判的数学模型。模型中既考虑了燃料特性(包括灰成分和灰熔点)、也考虑了运行条件(空气动力场、气氛、温度)对结渣的影响,克服了其它结渣诊断方法的片面性。 本文的结渣模糊判断,能够给出受热面上结渣的分布,对受热面任一部位的结渣情况作出判断。因为,与其它结渣评判方法不同的是,本文的模型中,影响结渣的各变量全部用数值计算结果得到的当地值(其它判断方法所用的参数,对一台炉子只用一个标志值),这样给出的是受热面上任一网格节点的结渣情况,以便运行过程中及时有效地采取措施。结渣模糊判断与燃烧过程数值模拟相结合,给出受热面上结渣的分布情况,在国内外的文献中,未见有报导。 华北电力大学博士学位论文 切圆燃烧煤粉炉,在世界范围内都占有很大市场。从我国的电厂现状来看,直 流燃烧器四角切国燃烧方式约占80%。切圆燃烧锅炉水平烟道中存在着不同程度的 烟温、烟速偏差;而且容量越大,偏差越大。这是造成高温过热器和再热器超温爆 管的直接原因。本文用数值模拟的方法,对大唐公司托克托电厂的600MW机组锅 炉、下花园电厂200MW机组锅炉的燃烧过程进行了多个工况的计算分析,在此基础 上,定量分析了四角切圆燃烧炉炉膛出口的左右偏差的分布情况,并通过不同运行 条件下的计算结果的对比分析,提出了减小和控制偏差的具体措施,以期对锅炉的 优化设计和运行提供有益的指导。 为了研究因左右偏差引起的高温对流过热器的超温爆管问题,对下花园电厂的 200MW机组锅炉进行了热态测试,并和同样工况下的数值计算结果进行了对比,误 差小于 100℃。说明本文所做的数值计算,可以满足工程应用上的精度要求。 本文对元宝山电厂600MW机组锅炉、大唐公司托克托电厂的600MW机组锅 炉、下花园电厂200MW机组锅炉等三台炉子进行了多个工况的计算和研究,并给 出了炉膛四面墙上结渣的分布情况。 东北电力试验研究院曾对元宝山电厂600MW机组锅炉进行过测试,测试结果 与数值模拟结果吻合。


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