300MW烟煤/高炉煤气混燃锅炉掺烧褐煤燃烧特性的数值模拟及经济性分析

对某300MW烟煤/高炉煤气混燃锅炉掺烧褐煤的燃烧特性进行数值模拟和经济性分析,分析了褐煤完全取代烟煤、部分掺烧褐煤和不同高炉煤气掺烧比例等因素对炉内温度场和CO摩尔分数分布的影响.结果表明:褐煤完全取代烟煤后,炉内温度显著降低而炉膛出口烟气温度明显升高,影响了锅炉运行的安全性;褐煤取代部分烟煤后,随着褐煤掺烧比例的增大,炉内温度逐渐下降,炉膛出口烟气温度升高但CO摩尔分数变化不大;在褐煤掺烧比例一定时,随着高炉煤气掺烧比例的增大,炉膛最高温度明显降低且炉膛出口温度升高,CO摩尔分数的峰值逐渐减小;纯烧烟煤的发电成本为117 090元/h,当掺烧40%褐煤和20%高炉煤气时,发电成本降为80 107元/h,发电成本比纯烧烟煤降低了31.59%.     

燃尽风喷口位置对NOx排放的影响

针对一台采用旋流式燃烧器的煤粉炉NOx排放质量浓度较高的问题,采用空气分级燃烧方式以降低NOx排放量,基于CFD软件平台,在额定负荷下,分别对3种不同燃尽风喷口位置的改造方案进行了炉内燃烧及污染物生成的数值模拟,并通过综合比较炉内各参数的变化确定了最佳燃尽风喷口位置．结果表明：燃尽风喷口位置的上移降低了主燃区氧气的体积分数,同时使炉膛内的最高温度降低了23～29K．燃尽风喷口位置对NO,的还原效果、出口烟气温度以及煤粉焦炭转化率的影响较大．当燃尽风喷口位置升高时,NOx质量浓度降低,炉膛出口烟气温度升高,煤粉焦炭转化率下降．经综合比较炉膛出口烟气温度、NOx质量浓度以及煤粉焦炭转化率得出,距最上层燃烧器7．7m处为最佳燃尽风喷口位置．     

燃烧器改造前后炉内过程的数值模拟研究

针对一台130t／h切向燃烧锅炉炉膛出现的结渣问题的现场实验和数值模拟发现：炉内的空气动力场特性和较高的炉膛环境温度是炉膛结渣的主要原因。在此基础上，通过增加燃尽风和贴壁风对燃烧器进行局部改造和对燃烧器配风方式的调整，发现改造后炉内实际切圆直径减小，主燃烧区炉膛温度降低，同时贴壁风喷口附近壁面的02浓度增加。现场试验验证了方案的正确性，炉膛结渣消除，高负荷运行的稳定性大大增加．     

1000MW塔式直流锅炉炉膛水冷壁管壁温度和热负荷分布的试验研究

对2台1 000MW超超临界压力塔式直流锅炉炉膛水冷壁管壁温度和热负荷分布进行了测量和计算,并对不同负荷工况、不同磨煤机投运方式下的热负荷和管壁温度分布规律以及炉膛上部垂直水冷壁的热负荷分布进行了分析.结果表明:1 000MW塔式直流锅炉炉膛热负荷的分布规律与其他四角切圆燃烧锅炉炉膛热负荷的分布规律基本一致.由于在最上层的燃烧器上方布置了燃尽风,对炉内烟气的扰动加强,导致沿管长方向的热负荷在54m标高处波动较大;在燃尽风喷嘴中心线以上,因受到燃尽风进入炉膛的影响,水冷壁热负荷大幅度下降.为了避免炉膛大比热区传热恶化,可以将处于拟临界点附近的水冷壁布置在低热负荷区域.     

600MW超临界循环流化床锅炉运行优化试验研究

在600 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉上完成了一系列试验。试验包括60 m高CFB冷模试验、600 MW超临界CFB锅炉炉内(包括外循环系统)燃烧与传热均匀性试验以及水冷壁传热特性试验,分别研究了60 m高CFB冷模试验提升管内气固浓度分布、给煤均匀性对600 MW超临界CFB锅炉炉膛出口烟气成分均匀性的影响、二次风射程随负荷变化规律;分析了100%负荷下600 MW超临界CFB锅炉水冷壁汽水温度分布特性,并通过水冷壁背火侧壁温分析了水冷壁壁面气固流动特性、热流密度特性。通过这些试验研究发现炉膛上部(距布风板40 m以上)气固浓度随着炉膛高度的增加仅轻微增加;炉膛底部风煤混合对炉膛出口的烟气成分有强烈影响;通过测量水冷壁背火侧壁温可以分析获得炉内水冷壁壁面附近多项热力参数。     

生物质气再燃喷口摆角改变耦合燃煤锅炉燃烧特性数值模拟

为了研究再燃喷口竖直摆动角度对煤粉耦合生物质气再燃锅炉燃烧特性的影响,基于Fluent模拟软件搭建生物质气再燃锅炉模型,对某电厂600 MW燃煤锅炉耦合2台20 t/h秸秆气化炉再燃系统进行再燃喷口摆动角度分别为0°、±15°、±25°等5种工况燃烧过程进行数值模拟,分析燃烧区、折焰角及炉膛出口处烟气速度场及温度场分布特征.结果 表明:生物质气再燃工况下炉内燃烧区温度变化趋势大致相同;改变再燃风喷口竖直摆动角度对炉内燃烧稳定性会造成影响;当再燃风喷口向下摆动角度过大(工况1)时,再燃风气流会扰动主燃区烟气气流,影响主燃区煤粉的燃烧;随着再燃喷口摆角向上倾斜,炉膛出口烟气温度偏差和温度分布不均匀系数M逐渐增大,再燃喷口摆角为+25°(工况4)时的M值最大,可达5.80％.在不影响炉内主燃区燃烧的同时,再燃喷口摆角为-15°时,炉膛出口烟气温度偏差最小.再燃喷口摆角向下倾斜一定角度,有利于减小炉膛出口热偏差.     

1100t_h塔式炉水冷壁热负荷及变形趋势的数值模拟

通过自行编制的数值模拟软件,对蒲城发电厂1号炉进行了热态空气动力场和燃烧过程的数值模拟,并通过水冷壁热负荷分布的情况来讨论水冷壁开裂趋势的问题.数值模拟的结果表明:燃烧器喷口射流旋向向上时,炉膛火焰中心偏高,且炉膛出口的温度偏差较大;燃烧器喷口射流旋向向下时,炉膛火焰中心位于炉膛下部,炉膛温度的均匀性较好;炉膛四面炉墙的热负荷差异很大,水冷壁的4个角落热膨胀不均匀,而导致较大的开裂趋势.在将燃烧器喷口射流旋向调整为向下以后,墙面之间的热负荷偏差减小,水冷壁开裂的可能性减小;每面炉墙自身的热负荷偏差也很大,若水动力工况不佳时,也可导致炉墙水冷壁变形.     

直流煤粉燃烧器低负荷稳燃判据的试验研究

近年来,清洁能源装机规模增长迅猛,给电力系统的稳定性带来了巨大的挑战.为更好的探索锅炉低负荷稳燃极限,本文借助高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室的燃烧器验证试验平台对直流燃烧器低负荷稳燃判据进行研究,得出如下结论:炉膛负压波动情况和火焰稳定情况可以作为直流燃烧器低负荷稳燃的判据;喷口附近火焰温度和主燃区烟气温度则不能作...     

Oxy-steam气氛下低热值燃气燃烧特性研究

利用Fluent软件对高炉煤气在Oxy-steam气氛下的燃烧进行数值模拟,分析了水蒸气体积分数对高炉煤气燃烧温度、炉内温度分布、烟气组分体积分数、NOx体积分数以及烟黑体积分数的影响.结果 表明:在Oxy-steam气氛下燃烧时,由于水蒸气比热容较N2更高,且存在大量的OH和H基团,高炉煤气的最高燃烧温度从1350 K下降至1290 K;与O2/N2气氛下的燃烧相比,在Oxy-steam气氛下燃烧时炉内温度分布更加均匀,CO燃烧更完全,炉膛出口处NOx和烟黑的体积分数均迅速减小;随着水蒸气体积分数的不断增大,炉膛出口烟气流速从0.55 m/s减小至0.505 m/s;与在O2/N2气氛下的燃烧相比,在Oxy-steam气氛下炉膛出口H2和CH4摩尔分数略增大.     

超临界W形火焰锅炉炉内过程数值模拟

对东方锅炉集团股份有限公司开发的1 900t/h低质量流速垂直管圈超临界W形火焰锅炉进行了全炉膛炉内过程的数值模拟,得到炉内流场、温度场、烟气组分浓度及壁面热流密度的分布,并与同类型锅炉的实测数据进行了对比.结果表明:数值计算得到的炉内流动、炉膛和再热器热偏差以及炉膛出口氧量的分布与同类型锅炉实测趋势相吻合,数值模拟作为试验研究的补充在一定程度上是可以信赖的;得到的炉膛水冷壁壁面热流经修正后可以直接用于锅炉的水动力计算.     

300MW高炉煤气与煤粉混燃锅炉热力特性及经济性分析

针对高炉煤气与煤粉混燃易发生过（再）热器超温、飞灰含碳量高等问题,对某300MW机组四角切圆高炉煤气／煤粉混燃锅炉进行了热力特性计算,并对掺烧高炉煤气后机组的经济性进行了分析．结果表明：掺烧高炉煤气后炉内温度降低,烟气量增加,辐射吸热量减少而对流吸热量增加,炉膛出口烟温及其后受热面区域的烟温升高,排烟温度升高,锅炉效率降低;掺烧高炉煤气后厂用电率有所升高,但发电煤耗降低,使发电成本降低．     

高炉煤气/煤粉掺烧锅炉富氧燃烧和NO_x排放特性研究

针对某1 025t/h高炉煤气/煤粉混烧锅炉,用Fluent数值模拟软件对助燃气体(O2/CO2)中O2浓度分别为30%、35%、40%的3种富氧掺烧工况及常规空气氛围下的炉内燃烧过程进行数值模拟。结果表明:富氧工况下,在炉膛底部及燃烧器区域,烟气温度随着O2浓度的增大而升高,在燃烧器区域之后,呈现出相反的趋势,当O2浓度大于35%后,烟气温度已低于同位置处空气氛围下的烟气温度;NO浓度随着O2浓度的增大而升高,当O2浓度为40%时,NO浓度已超过常规空气工况,NO浓度的升高主要受到炉膛内氧浓度升高的影响。3种工况下的出口CO2都达到较高的水平,这样的水平有利于CO2的液化分离。综合分析,对于掺烧锅炉采用富氧燃烧技术时,初始氧浓度不应超过35%。     

210MW煤粉炉燃烧系统改进的数值模拟

运用CFD软件对某210 MW煤粉锅炉的燃烧过程进行三维数值模拟,针对锅炉实际存在温度分布不好、燃烧效率不高、结渣问题严重,对炉膛进行偏二次风、反切燃尽风及两者联用改进。结果表明:与设计工况相比,单独的小角度偏二次风改进下的炉膛燃烧区温度降低约300 K,水冷壁附近氧气浓度提高,减少了水冷壁的结渣和高温腐蚀;单独小风率反切燃尽风改造后的配风方式更合理,烟气的停留时间增加0.6 s,燃烧区温度提高约373 K,高温区域扩大,炉膛出口烟气热偏差系数减小约0.7%,提高了锅炉的燃烧效率和运行的安全性,但可能加重炉内结渣;二者联用改进既能够很好地改善炉膛的温度分布,扩大炉膛高温区域,提高燃烧区温度约353 K,同时能够减少燃烧器区域的结渣和高温腐蚀,减小炉膛出口烟气热偏差,采用二者联用改造对锅炉运行最为合适。     

1 000 MW超超临界锅炉燃烧系统数值模拟及工程应用

某电厂1 000 MW锅炉在运行中,存在炉渣可燃物偏高、再热蒸汽温度偏低、燃烧稳定性差、炉膛四角一次风配风不均等问题。利用专业数值计算软件对该四角切圆燃烧锅炉改造前及改造后炉膛内燃烧工况进行数值模拟。计算结果表明:落入冷灰斗的煤粉量由改前的0.065 kg/m~3减少为改造后的0.052 kg/m~3,减少约20%,最下层二次风集中布置增强了对煤粉的托举能力。改造后在燃烧器截面方向,炉膛中心低温区减少,炉膛四周环形高温区增大,炉膛截面热负荷提高。沿炉膛高度方向,炉膛底部燃烧器区域截面平均温度提高约50～80℃,有利于煤粉气流的着火及燃烧;炉膛上部主燃区截面平均温度提高约20～30℃,有利于提高再热蒸汽温度。最下层燃烧器喷口四角煤粉碳转化率由改造前平均约为92.2%提高至改造后93.1%。提出了底部一、二次风喷口改造,下组燃烧器区域敷设卫燃带,在一次风管道加装可调缩孔等方案。改造完成后,该锅炉可在500 MW低负荷可不投油稳定燃烧,炉渣可燃物降低至2.5%～5.5%,再热蒸汽温度有一定提高,锅炉运行状态良好,锅炉效率提高0.3%。     

粉煤锅炉卫燃带对烟气温度场影响的数值模拟

以100-110MW四角配风的粉煤动力锅炉为对象,在炉膛内燃烧器区段及折烟角下部附近分别设置了不同的卫燃带即人工绝热带,借助于CFX软件开展数值模拟,研究了6种型式的卫燃带对炉内燃气温度的影响。研究表明：卫燃带能提高烟气温度,有助燃烧并将有利于炉膛上部前,后屏及过热器与烟气之间的换热作用;同时在燃烧器区段内设置的卫燃带对炉内烟气温度有更显著的影响。图5表3参8     

煤粉锅炉掺烧高炉煤气对煤粉燃尽影响的研究

针对某钢铁企业实际燃用的燃料，计算得到了高炉煤气掺烧率变化引起的烟气生产量变化和燃料理论燃烧温度变化曲线，在此基础上分析了高炉煤气掺烧对煤粉燃尽影响的各种因素，其中煤粉在炉膛内停留时间缩短、炉膛温度水平下降是最主要的因素。通过在一维炉和滴管炉上进行的温度对该种煤粉燃尽影响的试验研究，分析了高炉煤气掺烧率超过20%时飞灰可燃物含量急剧上升的原因，从而提出基于燃尽的煤粉锅炉掺烧高炉煤气的最佳热量掺烧率应该在25％左右。图5表3参6     

1000MW超超临界锅炉水冷壁壁温计算

采用分区计算简化大容量高参数超超临界锅炉炉内辐射、对流传热模型,研究炉膛水冷壁热负荷及壁温的空间分布情况,并与试验数据进行了对比,计算结果与试验值之间的偏差较小,最大为5.72%.该模型与算法可给出不同锅炉负荷条件下,水冷壁壁面热负荷与壁温沿炉膛宽度方向的分布规律.结果表明,水冷壁热负荷与壁温均呈现出中间高两端低的弧形分布.四角切圆燃烧锅炉火焰位置对炉内传热有很大影响.模拟计算可为超超临界锅炉的运行提供参考,预测了在材料允许温度范围内,火焰中心偏斜最大不超过2 m.     

基于火焰图像分析的1000MW电站锅炉炉膛温度及发射率同时测量研究

文中提出了一种基于线性发射率模型的电站锅炉煤粉火焰温度及发射率检测技术,并利用自主设计的便携式炉膛温度检测系统测量了1 000 MW超超临界锅炉炉膛上、中、下三层(37 m、27 m、23 m)燃烧器区域的火焰温度及发射率(535 nm),测量结果与基于灰性假设的温度和发射率测量结果进行了比较。测量结果表明:锅炉在710 MW负荷下煤粉火焰的温度范围为1 799～1 992 K,发射率范围为0.32～0.66;煤粉燃烧火焰在可见光波段内并非灰性,光谱发射率随波长的增大而减小,因此,测温过程中不宜采用灰性发射率假设。现场实验结果表明:燃烧器对冲布置煤粉炉前后墙两侧燃烧器出口附近的火焰温度与发射率高于远离燃烧器出口的炉膛中间区域,前墙燃烧器出口附近的平均发射率随高度增加而增加;燃烧区最高平均温度、最高温度、最高平均发射率和最高发射率均出现在上层前墙燃烧器出口附近,分别为1 951 K、1 992 K、0.56和0.66。     

高温低热值煤气燃烧器结构优化的实验研究

对一种高温低热值煤气燃烧器进行了改进和优化设计,在低热值煤气管内增加了中心管,并将原燃烧器空气管的渐缩喷口改成渐扩喷口,去掉煤气管的渐缩喷口。对比优化前后燃烧器的热态实验数据,结果表明:改进后燃烧器能持续稳定燃烧以CH4和N2配制的热值为3.9 MJ/m3和以CO和N2配制的热值为4.0 MJ/m3且预热温度均为660℃的低热值煤气,火焰稳定不脱火;而原燃烧器仅能燃烧热值大于16.31 MJ/m3、预热温度为660℃的低热值煤气,且火焰不稳定根部出现严重的脱火现象。     

采用选择性非催化还原脱硝技术的600 MW超超临界锅炉炉内过程的数值模拟

借助Fluent软件平台,对1台600 MW煤粉炉建立了数学模型,模拟了炉内流动、传热及燃烧过程.计算获得的炉膛出口平均烟温和烟气组分浓度与设计值符合良好,表明计算是合理的.采用三菱现代燃烧技术(MACT)燃烧技术和PM燃烧器使得NOx生成量较少,且一部分生成的NOx被还原,炉膛出口NOx浓度较低,为216 mg/kg,但可满足选择性非催化还原技术对初始NOx浓度的要求.根据选择性非催化还原反应的"温度窗"条件,适合进行选择性非催化还原脱硝反应的炉膛空间在标高为67m附近的区域,该区域内NOx总的分布规律是炉膛中心浓度低,壁面附近高,有利于采用还原剂从壁面喷射的方案.