电站锅炉炉膛传热过程数学模型及模拟计算

本文针对大型电站煤粉锅炉的特点，对炉内各过程的数值计算提出了切实合理的简化模型，用假想面有效辐射分析法模型计算炉内简化模型，用假想面有效辐射分析法模型计算炉内辐射传热，用反应器网络模拟炉内宏观流动－燃烧过程，并根据大型电站锅炉的结构特点２，对炉内各部位的流动传热过程进行合理的特殊处理，从而建立了适用于任意形状炉膛的传热计算了综合模型。并对一台２００ＭＷ锅炉进行了实例计算，得到了较满意的结果。     

过量空气系数对锅炉热量分配的影响分析

利用炉内传热相似理论建立炉膛出口烟温和锅炉热量分配的数学模型,以某1 000 MW燃煤机组的超超临界参数变压直流炉为例,通过在不同的负荷条件下改变过量空气系数进行的燃烧测试,分析过量空气系数对锅炉热量的影响。通过对计算数据的分析,结果表明:随过量空气系数的增加,炉膛出口烟温升高;单位辐射热量和单位辐射热量与对流热量之比降低。     

循环流化床锅炉炉内传热研究

在以往对循环流化床锅炉炉内传热理论研究的基础上,发展了一种循环流化床锅炉炉内传热计算模型,对颗粒团覆盖壁面的时均份额、颗粒分散相辐射传热系数进行了合理的修正。此外,在以往的模型中没有考虑核心区辐射换热的影响,对此给予了补充。进而提出了更为完整的炉内传热模型。利用该模型,以一台300 MW循环流化床锅炉实例为基础进行了锅炉传热计算,探讨了空隙率和颗粒直径对炉膛传热系数的影响。     

变负荷运行对炉内辐射换热影响的机理分析

受电网调度和用电侧负荷峰谷差的影响电厂需要经常调整负荷,根据电厂负荷与燃煤量,过量空气系数,燃烧器运行方式的关系,并利用炉内传热相似理论求解方法建立起一种变负荷运行对炉内参数影响的数学模型,以600 MW燃煤机组炉膛结构设计为例分析不同负荷运行下对炉内辐射换热的主要参数造成的影响。计算结果表明:随锅炉负荷的降低,炉膛出口烟气温度降低,炉膛传热量减少,水冷壁的蒸发率降低,而单位燃料在炉内以辐射方式传出的热量却增加。     

四角切圆燃烧锅炉炉内过程热态数值模拟

采用非预混燃烧模型,用标准κ-ε紊流模型模拟气相湍流运输,用P-1辐射模型计算辐射传热,对煤粉挥发分的释放采用了双匹配速率模型,对气相流场采用非错列网格的SIMPLE方法来求解,对固体颗粒相的求解则采用随机的颗粒轨道模型。采用Fluent6.1软件对四角切圆燃烧煤粉锅炉的炉内过程进行数值模拟,分析了炉膛内温度场、速度场和气相各组分的浓度场的分布规律,并对模拟结果进行分析与对比,计算结果呈现出与实际炉内过程定性上较好的一致性．为研究四角切圆燃烧锅炉炉内过程提供了参考。     

锅炉参数对炉内传热的影响

对炉内高温辐射传热进行了分析,提出超高参数锅炉炉膛受热面壁温对炉内辐射传热的影响,在此基础上推荐一种适用的炉内传热计算的改进方案。     

煤粉燃烧数值计算壁温边界条件设定方法研究

对煤粉锅炉炉内传热进行了大量的数值模拟,给出了壁面边界条件的设定方法,同时对炉膛受热面壁面热阻、壁温参数与锅炉燃煤结渣指数、炉膛热负荷参数、炉膛特征尺寸等建立了关联。实算检验表明,用本方法设定边界条件的计算结果与实测和标准方法符合较好。     

超/超临界循环流化床锅炉整体数值模型

建立和发展了一个适用于大型超/超临界循环流化床锅炉的综合数值模型。该模型不仅能够预测锅炉的燃烧、传热及污染物排放特性,还同时考虑水冷壁管内外传热及水动力耦合过程。模型的流场基于欧拉两相流模型和EMMS曳力模型;燃烧采用考虑了水分蒸发、挥发分析出、焦炭燃烧、气相反应以及燃烧污染产物等过程的组分反应模型,其中包括脱硫反应和氮氧化物生成反应;壁面传热基于颗粒团更新传热模型和离散坐标辐射模型,考虑水冷壁内工质超临界状态下的热工水动力过程,在燃烧模型中对炉内、外进行耦合计算。提出的循环流化床锅炉整体模型成功应用于炉膛容积为1300m3的350MW(e)超临界循环流化床锅炉,得到炉膛气固流场、温度、热流、包括硫、氮化合物的燃烧产物三维分布结果。     

基于炉内三维燃烧检测的蒸发系统分布参数建模

利用炉内三维燃烧工况实时可视化检测系统获得的炉内烟气三维温度分布及炉膛辐射能信号,计算炉内水冷壁二维表面非均匀辐射热流分布。以此作为边界条件,建立锅炉蒸发系统分布参数动态模型,反映壁面热流密度、壁面温度、质量含汽率、质量流速等热力参数在蒸发受热面上的动态分布,以及汽包压力、水位、出口蒸汽流量的动态变化。对模型中与对象有关的两个主要参数——汽包出口流量方程系数和炉内烟气等效射线长度,进行了辨识计算,以适应大范围负荷变化的需要。     

富氧燃烧循环流化床锅炉炉内传热特性

针对富氧燃烧循环流化床锅炉(circulating fluidized bed boiler,CFBB)炉内传热特性进行了研究。考虑气体辐射对传热系数的影响,建立了CFBB富氧燃烧下的传热模型。以一台440t/h循环流化床锅炉为例,通过模型分析了炉内传热情况,并和空气燃烧模式下的传热特性进行比较。进行了氧气浓度在30％、50％、70％气氛下的CFBB炉膛概念性设计。在循环流化床锅炉炉内传热中,灰占主导作用,烟气成分变化对传热系数影响不大。氧气浓度越高,越有必要设置外置换热器来维持炉膛正常运行。     

一种确定锅炉沿炉膛宽度方向热负荷分布的方法

电站锅炉在运行过程中,炉膛热负荷分布受燃料类型、燃烧方式、炉膛形状等多种因素的影响。针对炉膛热负荷分布难以准确预测的问题,提出了一种确定超超临界墙式切圆燃烧直流锅炉沿炉膛宽度方向热负荷分布的计算方法,将某一工况下管子出口温度作为已知条件,结合系统结构参数进行水动力计算,建立压降计算模型,研究水冷壁系统的流动特性以及炉膛的传热特性,确定水冷壁系统阻力、压降以及流量分布。根据计算结果得到单根水冷壁管沿炉膛宽度方向的热负荷分布规律,并以此为基础,建立热负荷模型,对另一工况进行计算与分析。计算结果表明,本文所提出的热负荷分布计算方法能够准确反映每根管子总吸热量沿炉膛宽度方向的分布,可以应用于锅炉现场运行的安全性分析。     

原型辐射传热模型在炉内温度场与速度场联立求解中的应用

本文分析了在大型锅炉燃烧室中,温度场和速度场联立求解时,原型辐射传热模型应用的可能性。当原型辐射传热模型采用作者提出的模型,计算方法采用本文推荐的方法,联立方程的数值解不难被获得。并且计算精度能得到有效的控制。     

大型循环流化床锅炉炉膛仿真模型

根据循环流化床锅炉的特点,通过适当的简化,采用集中参数法进行了数学建模和仿真。将锅炉炉膛分为上、中、下3个小室,并对各段采用集中参数法建立模型。模型包括固体物料质量平衡、残碳质量平衡、能量平衡、氧量计算式等主要模型,及气固两相流动、碳的燃烧、流化床传热和其他经验公式等子模型。对仿真模型进行运行调试,并进行给煤量扰动实验,计算结果表明所建模型可以准确反映锅炉的动态特性。     

富氧微油点火燃烧器的数值实验研究

对冷态煤粉气流在富氧微油点火燃烧器内的点火过程进行数值模拟,气相湍流流动、气相场的燃烧和辐射模型分别采用k-ε双方程模型、概率密度函数(Probability Density Function)与局部瞬时反应平衡模型、P1辐射模型。根据数值计算得到的结果找出不同煤粉浓度对着火温度与着火距离的影响,反映出煤粉在富氧微油点火燃烧器内的着火方式的变化。     

电站锅炉受热面高温积灰的数值模拟

针对某电站锅炉的炉内过程进行数值模拟。以加拿大过程仿真公司开发的软件为基础，运用流体、化学、能量和辐射模型仿真炉膛内部的燃烧过程；运用辐射和对流换热模型仿真沿水平烟道的过热器热交换过程。通过对温度场和速度场的模拟计算，揭示锅炉炉内和高温受热面处的实际情况。仿真结果显示，温度场和速度场造成了受热面的高温积灰，仿真结果得到了实验验证。     

基于图像处理及辐射传热逆问题求解的二维炉膛温度场重建

基于辐射图像处理和辐射传热逆问题求解,建立一种二维炉膛温度场重建方法。该方法中,图像采集装置（如ＣＣＤ摄像机）成像单元接收的辐射能由炉膛中各气体和壁面单元发射的辐射能决定。采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法计算出ＣＣＤ摄像机各成像单元所接收的各气体和壁面单元的辐射能的份额,即炉膛温度可从ＣＣＤ摄像机成像单元接收辐射能中重建温度分布。研究对象为一个由灰色炉膛壁面和灰色气体所组成的二维辐射－吸收系统。在Ｃ     

O2／CO2燃烧产物辐射换热系数计算方法及影响因素分析

O2／CO2燃烧技术与常规空气燃烧技术相比,其燃烧产物的成分和辐射传热特性存在较大差异,其辐射传热特性也发生很大变化,常规辐射换热系数计算不再适用于O2／CO2燃烧计算。为此,综合纯试验法和光谱法建立了更适合O2／CO2燃烧时的辐射计算模型,以满足O2／CO2燃烧锅炉设计的需要,并将该模型应用于实践,分析辐射换热系数影响因素及其影响大小。结果表明：对辐射换热系数影响最大的是烟气中水蒸气含量的变化,CO2含量、压力和辐射层厚度的变化对其影响不大。     

掺烧高炉煤气对CFB锅炉的影响

介绍了高炉煤气的主要燃烧特性,分析了CFB锅炉中掺烧高炉煤气对炉膛换热的影响,提出了水冷壁等传热系数的修正公式,指出了CFB锅炉设计时应注意的问题。     

循环流化床锅炉炉膛内传热的模拟计算

由于数值模拟具有实验研究所无法替代的优点 ,因此基于质量守恒和能量守恒定律 ,采用蒙特卡洛法模拟循环流化床锅炉炉膛内的辐射传热 ,同时考虑到炉膛内的燃烧和流动及对流换热 ,预测了某台 75t/h循环流化床锅炉炉膛内的温度场以及壁面热流密度分布。模拟结果同热力计算结果吻合较好 ,为循环流化床锅炉的设计和运行提供了理论指导