四角切圆煤粉锅炉燃烧温度场的数值模拟
四角切圆燃煤锅炉不同燃尽风量下的燃烧特性数值模拟
四角切圆燃煤锅炉不同燃尽风量下的燃烧特性数值模拟摘要：用某一燃煤锅炉四角切圆燃烧方式进行实验，以燃尽风的不同风量和不同的鼓风形式做实验得到模拟数据，把模拟数据与实地测量到的数据结果比对，证实了模型的精确性。
通过模型测得的数据说明锅炉中的煤燃烧时，其中的气温平均分布，火苗位置居中，几乎不会倾斜；当负载固定时，加大炉膛内燃烧后期单独送入的热风，有助于减少释放出来的一氧化氮；当4台功率高的粉碎煤炭的机器同时工作时，要尽可能调大鼓入热风的上面的开口，加速降低一氧化碳的排出量，但是灰烬之中碳含量的百分比和燃煤粉末燃烧彻底时的比例都变化不大；而当有3台功率低的粉碎煤炭的机器工作时，确保炉膛内燃烧后期单独送入的热风固定时，就要尽可能打开偏下的鼓风开口，这样不但可以保持一氧化氮的低排出量，还能保持锅炉燃烧时的工作效能。
关键词:四角切圆燃煤锅炉;燃尽风;燃烧特性;数值模拟引言：某一燃煤锅炉以四角切圆燃烧形式，使用两套燃尽风配置方式，而且该热风和主要的燃烧区域相隔距离太大，促使了空气发生了分级。
当煤炉工作时，煤炭粉末燃烧完的比例降低、灰烬之中碳含量的百分比上升，这些状况都会对煤炉燃烧造成不小的影响。
该文章模拟数据的方式，解析不一样的功率之下炉膛内燃烧后期单独送入热风的配置对整个锅炉燃烧效率的作用，得到此热风配置的改善法则，保持氮氧化物释放量较小的前提下尽可能增大煤炉燃烧的效益，为发电厂工作效率的提升做出贡献，同时可以给全国类别相同的燃煤锅炉优化献出一份力。
1锅炉概况实验模型是一30万千瓦机组的四角切圆燃煤锅炉。
四个角的燃烧器则为两个分组，一上一下，总共分布16层喷口。
下组的是主要的燃烧区，上组的是燃尽风的调风器所占的区域，该区也有上、下两组这样两个配置，一共4层燃尽风的喷口：上、下两组分别配置2层燃尽风喷口，上组的是上级燃尽风，下组的是下级燃尽风；上面两层喷口是制粉系统的三次风喷口，而其余夹在燃烧器中间的都是二次风喷口，这就是锅炉的一个整体结构。
75th四角切圆燃气锅炉内流动与传热数值模拟(开题报告)
本科生毕业设计（论文）开题报告题目：75t/h四角切圆燃气锅炉内流动与传热数值模拟学院：环境与化学工程学院系过程装备与控制工程专业：过程装备与控制工程班级：学号：姓名：指导教师：填表日期：年月日一、选题的依据及意义近年来,随着钢铁工业的迅猛发展，生产中的副产煤气大量增加。
焦炉煤气和转炉煤气由于发热值高，可以在生产和生活中有效利用。
而高炉煤气属低热值燃料，受到其燃烧特性的限制，很难作为远距离输送的生活用气，只能在企业内部转换利用。
为了充分利用自产的高炉煤气，国内钢铁企业纷纷兴建全燃高炉煤气的蒸汽锅炉，既避免了高炉煤气直接排空造成的烟尘污染和热污染，又提高了企业的经济效益。
但是，燃烧高炉煤气锅炉的燃烧状况受高炉生产影响较大，煤气压力波动较大，锅炉的燃烧状况很不稳定，甚至会造成锅炉熄火，进而影响汽动风机或发电机组的安全运行。
为了实现高强度下全燃高炉煤气锅炉的稳定燃烧，除了在燃烧器上安装点火辅助烧嘴以外，还在锅内设置了稳燃热岛。
热岛的存在对四角切圆锅炉内的流场和温度分布有较大影响。
由于能更有效地利用低热值的高炉煤气，带稳燃热岛的燃气锅炉已得到推广应用。
通过对内置稳燃热岛的四角切圆燃气锅炉的研究可以更加清晰的了解此类燃气锅炉的燃烧状况，进而改进此类燃气锅炉，提高此类锅炉的效益。
随着计算机技术以及计算流体力学、计算传热学、计算燃烧学等学科的发展，计算机模拟技术得到了飞速发展。
以CFD 为基础的数值模拟日益成为各国能源动力领域的研究者们用来研究锅炉炉内过程的重要手段。
为了了解锅炉炉内的燃烧过程，建立炉内的湍流流动、传热及燃烧模型来进行全面模拟是非常必要的。
本课题以某电厂75t/h燃气锅炉为对象，利用计算流体力学软件Fluent，对锅炉内的气体流动和传热特性进行模拟分析，为改进高炉煤气锅炉的设计和生产组织提供参考二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）四角切圆锅炉是目前世界上比较常用的电站锅炉类型之一，其燃料适应性好、风粉混合均匀。
火上风对400t h煤粉锅炉内燃烧影响的数值模拟
火上风对400t h煤粉锅炉内燃烧影响的数值模拟摘要:建立了数学物理模型,对400 t/h全尺寸四角切圆煤粉锅炉内燃烧过程进行三维数值模拟。
分析结果表明:火上风的喷入可以大幅度降低NOx排放值,当火上风风率达到20%时,NOx可减排21%,并且燃烧效率较高;对于NOx减排火上风喷口高度h最佳值为2 m。
计算分析结果对火电厂、大型钢铁联合企业自备电厂等实际锅炉的燃烧调整具有较重要的指导意义。
关键词:火上风全尺寸锅炉数值模拟NOx排放CFD是控制与分析燃煤锅炉有效而经济的工具[1～4]。
煤粉在炉膛内的燃烧是一个复杂的过程,涉及气相流动和湍流燃烧、颗粒运动、挥发分析出、焦炭燃烧和辐射换热[5]等,数值模拟可以得出不同操作工况下炉膛内的温度和组分浓度分布,进而研究燃烧机理,优化燃烧过程,得到低污染、高效率的燃烧参数。
本文利用CFD工具研究了火上风(OFA)对400 t/h煤粉锅炉内燃烧和污染物(NOx,soot等)排放的影响。
研究表明[6,7],有效降低NOx的排放,可以通过对煤粉锅炉炉内的空气进行合理分布,把空气进行分级,火上风技术可以有效这一点,使炉内空气分级,从而降低NOx的排放,由于火上风对炉内燃烧有很大的影响,不同的参数会影响NOx的排放,要想得到最优的燃烧参数,必须对其进行全面而深入的研究,达到最好的效果。
1 研究对象以一台容量为400 t/h的四角切圆煤粉锅炉为研究对象,炉宽9600 mm,炉深8375 mm,炉高为31800 mm,结构示意图见图1(a)。
燃烧设备采用四角切向燃烧布置,1#、3#和2#、4#假想切圆直径分别为Φ800 mm 和Φ200 mm,见图1(b)。
燃烧器喷嘴为8层布置,具体布置结构见图1(c)所示。
燃料特性见表1。
在本文的研究工况中,一次风速度、温度以及二次风温度不变,火上风风量由二次风风量中分出,火上风喷口高度h如图1(c)所示。
2 数值模拟方法数值模拟采用三维稳态计算,微分方程的离散采用有限容积法,使用二阶迎风格式,压力速度耦合采用SIMPLE算法。
电厂四角切圆燃烧锅炉数值模拟
７ １ ０ ０ ６ ５ ； ２ ． 陕西清水川发 电有 限公 司， 陕西 榆林
７ １ ９ ４ ０ ０ ）
摘 要： 本文 阐述 了计算流体力学及 数值传热学在 电厂 四角切 圆燃烧锅炉数值模拟 中的应 用， 介绍 了计算流体力 学数值模拟 的基本过程 ， 并对电厂锅炉数值模拟进行 了展 望。 关键词 ： 计算流体力学 ； 数值传热 学； 锅炉； 数值模拟
『 ４ ］ Ｚ春 刚 ， 朱群 益 ， 吴少华 ， 等． 四角切 圆燃烧 炉 内颗粒 湍
流扩 散 数 值 模 拟 ｆ Ｊ ］ ． 热 能 动 力 工程 ， ２ ０ ０ ０ ， （ １ ５ ） ： ４ ０ ２ — ４ ０ ６
图 １ 炉膛 结 构 及 网 格 图
作者简介 ：
采用 ｇ ａ ｍｂ ｉ ｔ 建立三 维 四角切 圆锅炉 内流场 模 型 ， ｍ ａ ｐ网 格划分 。其 中初始参数如表 １ 所示 。
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｋ ２ ２ ９ 文献标识码： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ — ５ １ ６ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ ９ — ０ １ ９ ７ — ０ １
数值模拟是建 立在理论推 导和实验研究 以外的新 的研究 方法 ， 其依靠计算机数值求解 流场及温度场 ， 不仅计算迅速 ， 而 且节约成本 ， 目前 已广泛应用 于石油 、 化工及电力行 业。 四角切 圆燃 烧煤粉锅炉是 目前世界上 比较 常用 的电站锅 炉类型之一 ， 其燃 料适 应性好 、 风粉混合均匀。研究 四角切圆锅 炉 内流动 、 传热与燃烧特性 ， 具有重要 的工程应 用价值 ， 而 随着 计算机技术 的发展 ， 数值模拟 已经 成为研究 四角切 圆锅炉 内流 场运行规律 的重要 手段 。因此本文结合数值模 拟理论基础 ， 研 究近年来 四角切圆锅炉数值模拟的应用情 况。 １ 数 值计 算过 程及 理论基础 １ ． １ 数值计算过程 数值计算主要包 括以下几个 步骤 Ⅲ ： （ １ ）建立物理模 型 ； （ ２ ） 区域 离散化与边界条件设定 ； （ ３ ） 方 程离散化 ； （ ４ ） 数值迭代 求解 。 数值计算 目前 主要利 用有 限元 、有限差分及有 限体积 的 方法对现有理论公式进行 离散化 ， 将物理平 面与数值计算平面 对应起来 ， 通过 边界约束 与初始条 件设置 ， 达 到数值求解 流场 温度场的 目的。 １ ． ２ 数值计算理论基础 四角切 圆锅 炉内为可压缩非定常三维气 固两相 流动 ， 所 以采用如下方程 ： 连续性 方程
330MW四角切圆燃煤锅炉燃烧过程数值模拟
330MW四角切圆燃煤锅炉燃烧过程数值模拟方立军;刘雪莹;高韬深【摘要】利用ICEM CFD为前处理器、FLUENT 17.0为求解器,重点模拟采用深度分级低NOx燃烧系统的330 MW四角切圆燃煤锅炉的燃烧特性和排放特性.结果表明:该燃煤锅炉燃烧过程中流体温度、速度分布合理;高温区主要集中在锅炉内部燃烧器区域;各股携带煤粉的射流切圆燃烧使锅炉内部产生低温低速的负压区;锅炉燃烧过程中的各组分浓度大小随温度高低而改变,且不同组分的浓度之间也存在相互作用.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】5页(P29-33)【关键词】四角切圆燃烧;数值模拟;组分;流场;温度场【作者】方立军;刘雪莹;高韬深【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TK229.40 引言四角切圆燃煤锅炉是目前国内使用范围最广、技术最成熟的锅炉炉型，占到总装机容量的80%[1]，具有着火稳定性好、炉膛火焰分布均匀等特点，与我国多变的燃用煤种相适应[2-3]。
随着国家对于电力行业NOx排放把控日益严格[4]，在保证燃烧的基础上抑制NOx的生成，合理的组织锅炉内部燃烧成为了一个热点问题[5]。
鉴于锅炉燃烧过程复杂，传统的实验方法耗资多，理论求解困难，利用商业软件对锅炉内部的燃烧特性进行模拟研究是业界普遍采用的一种方法[6]。
文中以ICEM CFD、FLUENT 17.0为平台，对山西某电厂330 MW切圆燃烧煤粉炉的燃烧、流动和传热进行模拟，得出锅炉的温度、速度以及各组分的分布，为该锅炉的实际运行和进一步优化提供研究基础。
1 模拟对象模拟对象是山西某电厂由东方锅炉设计制造的330 MW DG1025/17.4-Ⅱ12型亚临界参数、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、自然循环、全钢构架、半露天布置、Π型汽包炉。
四角切圆燃烧锅炉炉内过程热态数值模拟
炉内三维气相流动的控制方程可写成如下统一 形式 !
相适应 #因此四角切向燃烧就成为国内应用
最广的燃烧方式 $ 文中以江苏南通天生港发电有限 公司的一台 )*+#"",&#"+-#&" 型锅炉为对象 # 借助
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300 MW四角切圆锅炉燃烧器优化改造数值模拟
第３４卷第８期２０１８年８月电力科学与工程ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ ３４，Ｎｏ ８Ａｕｇ．，２０１８收稿日期：２０１８－０６－１１作者简介：高建强（１９６６ ），男，教授，硕士生导师，主要研究方向为系统建模与仿真技术的教学与研究；敬㊀赛（１９９３ ），男，硕士研究生，研究方向为锅炉燃烧调整；庄绪增（１９９２ ），男，硕士研究生，研究方向为压缩空气储能㊂ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ＩＳＳＮ １６７２－０７９２ ２０１８ ０８ ０１２３００ＭＷ四角切圆锅炉燃烧器优化改造数值模拟高建强，敬㊀赛，庄绪增（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定０７１００３）摘㊀要：针对某电厂３００ＭＷ四角切圆锅炉高温腐蚀严重㊁ＮＯｘ排放浓度较高等问题，运用Ｆｌｕｅｎｔ软件对机组炉膛燃烧进行了数值模拟，对比了燃烧器改造前后炉内的流场㊁组分场以及ＮＯｘ浓度场的计算数值，并将计算结果与试验值进行了比较，且两者吻合较好，验证了模拟结果的可靠性㊂计算结果表明：采用低氮改造措施并对空气进行深度分级后，主燃区氧量降低，锅炉整体温度水平分布有所下降，改造后火焰切圆形成良好，炉内高温腐蚀得到改善，且ＮＯｘ排放量较改造前减少了２０％，改造方案对同类型锅炉机组运行和优化有一定的指导意义㊂关键词：燃煤锅炉；四角切圆；数值模拟；分级燃烧；优化改造中图分类号：ＴＫ２２㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７２－０７９２（２０１８）０８－００６６－０７Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｂｕｒｎｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒ３００ＭＷｆｏｕｒ⁃ｃｏｒｎｅｒｔａｎｇｅｎｔｉａｌｌｙｆｉｒｅｄｂｏｉｌｅｒＧＡＯＪｉａｎｑｉａｎｇ，ＪＩＮＧＳａｉ，ＺＨＵＡＮＧＸｕｚｅｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙＰｏｗｅｒａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｅｒｉｏｕｓｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｈｉｇｈＮＯｘｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎａ３００ＭＷｔａｎｇｅｎｔｉａｌｌｙ⁃ｆｉｒｅｄｂｏｉｌｅｒｉｎａｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ，ｓｏｆｔｗａｒｅＦｌｕｅｎｔｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｆｕｒｎａｃｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｉｔ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｄａｔａｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅＮＯｘｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｆｕｒｎａｃｅａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｂｕｒｎｅｒｒｅｆｏｒｍ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｎｅｓａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｆｔｅｒａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｌｏｗ⁃ｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｆｏｒｍｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｄｅｅｐｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒ，ｔｈｅｏｘｙｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｚｏｎｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｅｖｅｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｏｉｌｅｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｏｏ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｌａｍｅｔａｎｇｅｎｔｆｏｒｍｓｗｅｌｌ，ａｎｄｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｔｈｅｆｕｒｎａｃｅｈａｓｂｅｅｎｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＴｈｅＮＯｘｅｍｉｓｓｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｒｅｄｕｃｅｄｂｙ２０％．Ｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｈａｓａｃｅｒｔａｉｎｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｍｅｔｙｐｅｂｏｉｌｅｒｕｎｉｔ．㊀第８期㊀高建强，等：３００ＭＷ四角切圆锅炉燃烧器优化改造数值模拟㊀Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌｆｉｒｅｄｂｏｉｌｅｒ；ｆｏｕｒｃｏｒｎｅｒｔａｎｇｅｎｔｉａｌｃｉｒｃｌｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｔａｇｅｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ０㊀引言㊀㊀四角切圆燃烧方式具有燃烧特性好㊁经济性能高等优点，是燃煤锅炉中广泛应用的燃烧技术［１］㊂但在机组运行中，锅炉水冷壁的结渣和高温腐蚀问题一直是威胁电厂安全运行的重要因素㊂由于四角切圆锅炉炉内温度水平和热负荷较高，处于熔融状态下的灰分较多，炉内易形成结渣，若射流形成的切圆直径过大，旋流燃烧时煤粉气流向炉墙水冷壁扩散，会增加灰渣与水冷壁面的接触而加速结渣［２］㊂燃料含硫㊁炉内流场组织不良使煤粉颗粒冲刷墙壁，在水冷壁面附近燃烧，造成高温腐蚀过程，当腐蚀情况严重时甚至对生产安全构成威胁㊂此外，当炉膛内温度水平较高，Ｏ２浓度较大时，ＮＯｘ产生量会激增，使污染物排放不达标㊂当前，如何合理地改善和组织锅炉的流场和组分场，在减少水冷壁结渣和高温腐蚀的同时能够控制氮氧化物的生成和排放，已经成为当前研究的热点和难点㊂炉内燃烧是一个包含气相湍流㊁煤粉燃烧以及各种换热的过程，想要精确求解很困难㊂随着计算机技术的发展，采用数值模拟方法建立炉膛模型，计算燃烧流动过程，并得出较为精确的数值解，已经成为锅炉设计改造工作的重要方法㊂在对锅炉炉膛的数值模拟工作中，吕太［３］通过在主燃烧器上部增加分离燃烬风，改变二次风配风，在改善高温腐蚀的同时减少了ＮＯｘ排放㊂白涛［４］将炉膛部分三次风上移，通过调整炉内空气分布，减少了ＮＯｘ的生成㊂李德波等［５］利用低氮改造技术对四角切圆锅炉进行改造，模拟结果显示改造后切圆形成良好，未出现火焰贴壁㊂当前，对于四角切圆锅炉炉内燃烧的数值模拟研究工作虽然较多，但是对燃用贫煤锅炉的改造相对较少，对于不同的机组改造效果也不一定相同，因此文献［３ ５］的研究并不全面㊂为此，本文以某电厂３００ＭＷ亚临界四角切圆锅炉为研究对象，针对其运行中高温腐蚀较重㊁ＮＯｘ排量较高等问题，对机组进行了优化改造，数值计算并比较了改造前后的效果，研究结果对同类型机组的运行和改造有一定的参考价值㊂１㊀机组概况㊀㊀某电厂３００ＭＷ亚临界四角切圆锅炉是ＳＧ⁃１０２５／１７ ５⁃Ｍ４００６型㊁固态排渣，采用一次中间再热的燃煤汽包炉㊂炉膛前后墙距离１１ ８９ｍ，左右墙距离１２ ８ｍ，炉膛高５９ ８ｍ㊂整组燃烧器设置Ａ㊁Ｂ㊁Ｃ㊁Ｄ㊁Ｅ，５层一次风喷口，共有１２层二次风喷口，一二次风间隔布置，具体形式如图１所示，煤质分析见表１㊂图１㊀主燃烧器喷口布置表１ 煤质成份项目数值Ｃａｒ／％５４ ２４Ｈａｒ／％３ ８９Ｏａｒ／％３ ０１Ｎａｒ／％０ ８３Ｓａｒ／％１ ６８Ａａｒ／％２９ ３５Ｍｔ／％７ ００Ｖｄａｆ１７ ９９Ｑｎｅｔ．ａｒ２０ ７２㊀㊀该机组在实际运行中，燃烧器区域水冷壁附近出现高温腐蚀现象，管子氧化膜遭破坏，腐蚀区形成较多灰焦，部分区域粘结有黑色煤粉颗粒，对锅炉安全运行构成危害㊂此外，该机组在运行中还出现了ＮＯｘ排放浓度较高的问题，炉膛出口处氮氧化物含量偏离设计值，污染物排放较高，因此７６㊀㊀电力科学与工程㊀２０１８年决定对其进行优化改造，同时对配风方式进行更加合理的布置㊂２㊀改造方案㊀㊀运行实践表明，由于四角切圆锅炉内旋流气流的存在，使得燃烧器射流偏离气流设计方向，造成气流切圆直径变大，冲刷水冷壁，在壁面附近产生局部高温，生成大量还原性气体，加剧了高温腐蚀过程㊂可以通过一次风反切技术，使一次风包裹煤粉颗粒，减少一次风粉对壁面的冲刷，同时，调整煤粉射流形成的切圆直径和刚度，进而减少火焰贴壁的产生㊂此外，由于流场和组分场的不合理组织，在炉内温度较高㊁氧气浓度较大的区域氮氧化物生成量激增，造成污染物排放超标㊂由ＮＯｘ产生机理可知，炉膛内空气与燃料的比值对ＮＯｘ生成影响较大，因此可以采用空气分级技术，此方法是在主燃区喷入少量空气，形成缺氧燃烧的状态，能够降低ＮＯｘ的生成，在主燃区上部喷入剩余的二次风进行助燃，使煤粉完全燃烧，减少热损失㊂因为锅炉设计燃用贫煤，炉膛燃烧温度高，为减小改造难度，在满足燃用贫煤条件下进一步降低锅炉炉膛出口ＮＯｘ浓度，燃烧器改造方向主要以增加燃烬风喷口，同时优化燃烧器喷口角度为主㊂具体改造方案如下：（１）为更好地实现 风包粉 式的燃烧形式，一次风喷嘴出口气流采取反切４ʎ的布置形式进行布置和重新设计㊂（２）二次风喷口重新进行设计，面积有所改变，二次风燃烧器假想切圆直径不变㊂（３）对空气进行深度分级，增加燃烬风风量，在原有ＳＯＦＡ燃烧器基础上增加一层４只墙式切圆燃烧器，关闭下部两层二次风喷口，将这两层二次风量上移至墙式燃烧器㊂新增的墙式燃烧器布置方式见图２㊂图２㊀墙式燃烧器布置图（４）重新设计燃烧器的配风，配风方式相关参数见表２㊂表２㊀配风方式主要参数项目风率／％风速／（ｍ㊃ｓ－１）风温／ħ改造前一次风１８ ９２４８５二次风７６ １４８３６１改造后一次风１８ ９２４８５二次风６５ ５４７ ３３３６１墙式燃烧器１０ ６４７ ３３３６１３㊀网格划分与数学模型３ １㊀网格划分及无关性检查本文使用Ｇａｍｂｉｔ软件完成炉膛网格的划分㊂为减少伪扩散，提高求解的精度，将整个计算区域分为３部分：冷灰斗区域㊁燃烧器区域和燃烧器上部区域［６］㊂在燃烧器区域，由于流场变化较大，故采用六面体网格对其进行局部加密［７］㊂划分结束后，整个模型网格数量约为１００万㊂网格划分方式如图３所示㊂图３㊀炉膛网格划分示意图为了检验数值计算的网格是否满足精度要求，进行了网格无关性检查㊂采用３种网格密度，在相同工况条件下比较计算结果，表３为检验结果㊂表３㊀网格无关性检查工况网格数量／万Ｏ２浓度／％炉膛出口温度／ħ１７０４ ７１１２８２１０５３ ８１１１２３１３８３ ９１１１４８６㊀第８期㊀高建强，等：３００ＭＷ四角切圆锅炉燃烧器优化改造数值模拟㊀㊀㊀由表３可知，当网格数量为１０５万与１３８万时，计算结果较为接近㊂而网格数量７０万与１０５万相比，炉膛出口温度相差１９Ｋ，精度较差㊂因此采用１０５万网格数量满足计算精度要求㊂３ ２㊀数学模型本文数值模拟采取三维稳态计算，使用ｋ－ε模型模拟湍流气相流动［８］，使用标准壁面函数处理近壁面的流动问题，辐射换热采用ｐ－１模型，采用非预混燃烧模型模拟燃烧过程，对颗粒的追踪采用随机轨道模型，煤粉挥发分的热解采用双竞争反应模型，焦炭燃烧采用动力 扩散模型，对ＮＯｘ生成量的模拟采用后处理的方法［９］㊂数值计算中所需求解的基本方程有：连续性方程㊁动量方程和能量方程等控制方程，其通用形式如下：∂（ρϕ）∂ｔ＋ｄｉｖ（ρｕϕ）＝ｄｉｖ（Γｇｒａｄφ）＋Ｓ（１）㊀㊀上式各项依次为瞬态项㊁对流项㊁扩散项和源项㊂ϕ为广义变量，可以是速度㊁温度或浓度等待求变量㊂Γ是相应于ϕ的广义扩散系数㊂Ｓ是广义源项㊂４㊀计算结果及分析４ １㊀速度场炉内速度分布能够直观地反应煤粉气流的流动特性，煤粉气流流动特性的好坏直接影响煤粉颗粒进入炉膛之后的燃烧情况㊂图４为燃烧器改造前后Ｄ层一次风喷口截面速度云图，图５为燃烧器改造前后Ｄ层一次风喷口截面中心线速度分布㊂燃烧器区的气流运动是螺旋上升运动［１０］，由图４可知，一次风射流在炉内形成了良好的切圆效果，在燃烧器４个喷口部分速度变化最为剧烈，在切圆中心和炉壁附近速度梯度较小，这符合四角切圆锅炉的流动特点㊂改造后由于主燃区风率减小，速度整体分布略有降低，由图４㊁５可知，一次风燃烧器水平截面在炉内上下气流和邻角射流冲刷的共同影响下，在水平截面的切圆中心形成了旋流低速区，改造后速度分布基本上低于改造前㊂同时，改造后的速度切圆直径要小于改造前工况，气流贴壁现象有所改善，对炉壁的冲刷作用降低，从而减少了炉壁的腐蚀和结渣现象㊂４ ２㊀温度场炉内温度分布能够直观地反应煤粉气流的燃图４㊀Ｄ层一次风喷口截面速度矢量图图５㊀Ｄ层一次风喷口截面中心线速度分布烧特性，燃烧特性的好坏直接影响着锅炉的热损失和效率㊂图６为改造前后Ｄ层一次风喷口截面温度云图，图７㊁图８给出的分别为改造前后左右墙中心截面温度场等势图和炉膛水平截面平均温度沿炉膛高度变化图㊂由图６可知，冷煤粉颗粒从一次风喷口喷出，吸热升温，挥发分首先析出，之后焦炭开始燃烧，温度水平迅速增大，因此一次风喷口附近温度变化较为剧烈㊂四股射流在炉膛中心形成了良好的切圆，且燃烧的最高温度出现在最大切圆处，煤粉颗粒在炉膛的停留时间增长，燃烧更加充分［１１］㊂改造后的温度切圆直径相较于改造前有所减小，高温区域范围降低，温度峰值减小，火焰贴壁情况有所改善，能够减少高温腐蚀和结焦㊂由图７㊁图８可知，在炉膛整体温度范围内，主９６㊀㊀电力科学与工程㊀２０１８年图６㊀Ｄ层一次风喷口截面温度云图图７㊀左右墙中心截面温度场等势图燃区温度梯度变化最大，平均温度最高，冷灰斗和燃烬风上部范围温度水平较低㊂由于气流的螺旋上升运动，最高温出现在主燃区上部，最高可达１４００ħ以上㊂因为上移了部分二次风，使主燃区风率减小，不完全燃烧加剧，因此改造后炉膛整体温度分布较之前有所降低，但温度曲线的变化特性基本一致㊂在燃烬风上部因为增加了一层墙式燃烧器，补充了燃烬风量，大量燃烬风的喷入使该区域的温度迅速下降，因此改造后的出口烟温反而有所减小㊂由图７可知，改造后锅炉冷灰斗区域的平均温度水平有所提高，该区域燃烧得到加图８㊀平均温度沿炉膛高度变化强，热损失减少㊂４ ３㊀组分场图９为改造前后炉膛水平截面Ｏ２平均浓度沿炉膛高度方向的变化㊂由图９可知，改造前后Ｏ２浓度具有一致的变化特性，由于一二次风的交叉布置，氧气浓度分布呈锯齿状［１２］，二次风的喷入提高了该区域氧气体积分数㊂在燃烧初始阶段，氧气含量较为充足，煤粉燃烧相对稳定，之后随着燃烧的进行，温度急剧升高，氧气被大量消耗，至浓度最低值之后，大量燃烬风的喷入补充了Ｏ２含量，使氧浓度迅速上升㊂在燃烬风区域，没有燃烬的煤粉在补充了二次风情况下消耗氧气继续燃烧，所以氧气含量亦有所降低㊂由图９可知，改造后主燃区Ｏ２浓度低于改造前，还原性气氛较强［１３］，能够减少ＮＯｘ产生㊂由于在ＳＯＦＡ燃烧器上新增了一组墙式燃烧器，补充了燃烬风量，所以该区域氧浓度要高于改造前，能够提高煤粉的燃烬率㊂图９㊀Ｏ２平均浓度沿炉膛高度方向的变化图１０为改造前后炉膛水平截面ＣＯ平均浓度沿炉膛高度方向的变化㊂由图１０可以看出，在主燃区ＣＯ浓度较大，随着燃烧的进行，煤粉逐渐燃０７㊀第８期㊀高建强，等：３００ＭＷ四角切圆锅炉燃烧器优化改造数值模拟㊀烧完全，ＣＯ浓度沿锅炉高度方向逐渐减小，至炉膛出口ＣＯ浓度近乎为零，并且ＣＯ浓度与氧浓度变化趋势相反㊂由于改造后主燃区氧浓度降低，不完全燃烧加剧，因此生成的ＣＯ含量要比改造前高，能够起到抑制燃料型ＮＯｘ生成的作用［１４］㊂图１０㊀ＣＯ平均浓度沿炉膛高度方向的变化４ ４㊀ＮＯｘ浓度场分析煤粉燃烧过程生成的ＮＯｘ主要有热力型㊁燃料型和快速型３种，由于快速型ＮＯｘ的比例不足５％［１５］，因此本文主要考虑前两种型式㊂图１１为改造前后炉膛水平截面ＮＯｘ平均浓度沿炉膛高度方向的变化㊂图１１㊀ＮＯｘ平均浓度沿炉膛高度方向的变化由图１１可见，ＮＯｘ产生大部分集中在高温的主燃区，由ＮＯｘ产生的原因可知，其生成量主要与Ｏ２浓度和炉膛温度相关［１６］㊂在主燃区，Ｏ２含量和炉膛温度处于较高水平，导致大量ＮＯｘ产生，喷入燃烬风后，ＮＯｘ浓度出现稀释性下降，并且补充的二次风风温较低，抑制了ＮＯｘ的生成㊂燃烬风与烟气完全混合后，未燃烬的焦炭继续燃烧，Ｎ进一步被氧化成ＮＯｘ，但该区域温度水平比较低，所以ＮＯｘ生成量略有增大㊂改造后炉膛整体温度下降，主燃区Ｏ２浓度减少，所以ＮＯｘ产生量相应减小㊂通过模拟结果可以得出，改造后炉膛出口ＮＯｘ浓度比改造前减少了２０％，证明改造措施能够减少并控制ＮＯｘ的排放㊂表４为数值计算与试验值的比较结果㊂表４㊀计算结果与试验值比较项㊀目改造前改造后模拟值实验值模拟值实验值炉膛出口温度／ħ１１１２１０８５１０９２１０６１氧浓度／％３ ９９３ ６２４ ３８３ ９４ＣＯ浓度／％０ ０２４０ ０２８０ ０１８０ ０２０ＮＯｘ浓度／（ｍｇ㊃ｍ－３）５３９５７８４４５４７１５㊀结论㊀㊀（１）采用低氮改造措施并对空气进行深度分级后，炉内总体的温度水平有所降低，气流燃烧形成的切圆直径变小，能够防止火焰贴壁现象的产生，改善了炉内高温腐蚀和壁面结渣，热力型ＮＯｘ生成量减小㊂（２）改造后的锅炉机组，因为主燃区风量减小，氧气浓度相应降低，过量空气系数变小，炉膛主燃区形成了较强的还原性气氛，能够抑制ＮＯｘ的产生㊂（３）改造后新增一组墙式燃烧器，补充了燃烬风量，可以使未燃烬的煤粉充分燃烧，同时由于炉膛出口处烟温较低，抑制了热力型ＮＯｘ的产生，因此燃烧过程并未增大炉膛出口ＮＯｘ浓度㊂参考文献：［１］付忠广，王瑞欣，石黎，等．３００ＭＷ机组四角切圆锅炉ＳＯＦＡ反切消旋数值模拟［Ｊ］．热力发电，２０１７，４６（３）：５１－５８．［２］付海山．锅炉水冷壁高温腐蚀原因及对策研究［Ｊ］．中国高新区，２０１７（１８）：１５２．［３］吕太，闫晨帅，刘维岐．３００ＭＷ煤粉锅炉燃烧器优化改造数值模拟分析［Ｊ］．热力发电，２０１４，４３（７）：５６－６０．［４］吕太，吴红峰，路昆，等．３３０ＭＷ四角切圆锅炉低ＮＯｘ优化改造数值模拟［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报（自然科学版），２０１５，３４（１０）：１１９０－１１９５．［５］李德波，徐齐胜，沈跃良，等．四角切圆燃煤锅炉变ＳＯＦＡ风量下燃烧特性数值模拟［Ｊ］．动力工程１７㊀㊀电力科学与工程㊀２０１８年学报，２０１４，３４（１２）：９２１－９３１．［６］吕太，赵世泽．燃烬风位置高度对ＮＯｘ生成的影响［Ｊ］．环境工程学报，２０１６，１０（５）：２５４１－２５４６．［７］张立栋，李伟伟，陈正华，等．３００ＭＷ四角切圆锅炉二次风风箱结构优化数值模拟［Ｊ］．化工自动化及仪表，２０１５，４２（１０）：１１２２－１１２６．［８］齐晓娟，李凤瑞，李剑，等．３００ＭＷ机组四角切圆燃烧锅炉ＮＯｘ排放数值模拟［Ｊ］．热力发电，２０１３，４２（２）：４９－５３．［９］黄文静，缪正清，王次成，等．３００ＭＷ四角切圆煤粉锅炉低氮燃烧的数值模拟研究［Ｊ］．锅炉技术，２０１４，４５（３）：３９－４３．［１０］王顶辉．煤粉锅炉燃烧特性及降低氮氧化物生成的技术研究［Ｄ］．北京：华北电力大学，２０１４．［１１］吕太，闫晨帅，路昆，等．不同负荷下变ＳＯＦＡ风率对低ＮＯｘ燃烧特性影响分析［Ｊ］．热能动力工程，２０１４，２９（４）：４０９－４１４．［１２］王颖聪，卢坤．６００ＭＷ机组锅炉低ＮＯｘ燃烧系统改造数值模拟［Ｊ］．热力发电，２０１４，４３（８）：１２０－１２４．［１３］王秋红，王超，张小桃，等．四角切圆锅炉炉内燃烧数值模拟［Ｊ］．热力发电，２０１６，４５（９）：６１－６６．［１４］杨姣，孙保民．６００ＭＷ机组锅炉空气分级低ＮＯｘ燃烧数值模拟［Ｊ］．热力发电，２０１４，４３（１０）：７９－８４．［１５］张春华，王士桥，刘峰．３００ＭＷ机组切圆燃烧锅炉低氮燃烧改造［Ｊ］．热力发电，２０１５，４４（３）：１２４－１２８．［１６］李德波，徐齐胜，邓剑华，等．低氮改造后四角切圆燃煤粉锅炉变负荷下ＮＯｘ生成规律数值模拟研究［Ｊ］．热能动力工程，２０１５，３０（２）：２５３－２６１．２７。
四角切圆煤粉锅炉燃烧温度场的数值模拟
Ｔｈ ｒ ｎ ｒ ｃ ｓ ｆ ｔ ａ ｅ ｔａ ｆ ｎ ｌｅ ｚ ｄ ｏ ｌ ｂ ｉ ｒ ｓ ｖ ｒ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｂｕ ｎｉｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｈｅ ｔｎｇ ｎ ｉｌ ｉ ｇ ｐｕｖ ｒ ｅ ｃ ａ ｏｌ ｉ ｅ ｙ ｏ ｌ ｘ， ｉ ｒ ｉ ｅ
ｉｃｕ ｉｇ ｔｒｕｅ ｔ ｏ ｎ ｕ ａ ｌ ｈ ｍｉａ ｅ ｃｉｎ ｐｏ ｅ ｓ ａ ｄ ｔｅｂ ｉ ｒｉ ｓｍｕａｅ ｙｕ ｉｇ ｎ ｌ ｄｎ ｕｂ ｌｎ ｗ ａ ｄｂ ｒ ｂｅｃ ｅ ｃ ｌｒａ ｔ ｒｃ ｓ ， ｎ ｏｌ ｓ ｉ ｌｔｄ ｂ ｓｎ ｌ ｆ ｎ ｏ ｈ ｅ
维普资讯
第２ ３卷 第 ３期
２０ ０ ７年 ９月
上
海
电 力 学 院 学
报
Ｖ０． ３． Ｎｏ ３ １２ ．
Ｓ ｐ． ２ ０ ｅ ０ ７
Ｊｕｎｌ ｏ Ｓ ａ ｇａ Ｕ ｉｅｓｙ ｆ ｌｃ ｃ ｏ ｅ ｏｒａ ｆ ｈ ｎ ｈｉ ｎｖｒｉ ｏ Ｅｅｔ Ｐ ｗ ｒ ｔ ｈ
Ｘ ｕ ｎ —ｉ ｇ ， Ｕ Ｇ ａ ｇｑａ ＷＥ ｕ —ｏ ｇ ， Ｈ ｉ ａ ｇ ， Ｉ ｉ ， ｎ Ｉ ｎｓｎ Ｓ Ｉ — ｎ Ｙ Ｎ Ｊ Ｄ Ｑｇ ｎ ｅ
（ ． ｅ ａｃ ｓｔｔ ｏ ｅ ａ ｎｒｙ＆ Ｅ ｖ ｏｍ ｎ ｌＥ ｇｎｅｉ Ｔｎｆ Ｕ ｉ ｒｔ，ｈ ｎ ｈｉ ２０ ９ ，ｈｎ ； １ Ｒｓ ｒｈＩ ｔｕ Ｔ ｒ ｌ ｅ ｇ ｅ ｎ ｉ ｅｆ ｈ ｍ Ｅ ｎｉ ｎ ｅｔ ｎ ｉ ｒ ｇ，ｏｇ ｎｖ ｓｙ Ｓａ ｇ ａ ０ ０ ２ Ｃ ｉ ｒ ａ ｅ ｎ ｉ ｅｉ ａ
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Num erical Si m ulation on the Te m perature Field of the Tangential Firing Boiler
XU Guang q iang , W E I Dun song , S H I Q i guang , Y I N Jie
1, 2 1 2 1, 2
(1 . R esearch Institute of T her m al Energy & Environm ental Eng ineering, T ongji University, Shanghai 200092, China; 2. School of Ther mal Po wer & Environmental Engineering, Shanghai University of Electric Power , Shanghai 200090 , China )
图4 C 层燃烧器截面温度场
230
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2007 年
图 5 为锅炉炉膛出口截面的温度场分布. 由 图 5 可知, 平均温度在 1 300 K ( 1 000 ) 左右 , 温 度较高 . 热烟气逸出炉膛时还存在残余旋转, 导致 温度分布不均匀 , 有可能会导致再热器和过热器 损坏.
热损失 , 这是因为原始工况并没有使用火上风层, 燃烧器上部的燃烧不如使用火上风层的各空气分 级工况剧烈 , 炉膛出口温度自然也比较低 ; ( 4) 炉膛出口温度以工况 4 a 和 4 b 提高得 最多, 说明空气分级程度越强, 锅炉的排烟热损失 越大; ( 5) 在工况 4 a 和 4 b 中, 又以采用超细煤粉 的工况 4 b 的炉膛 出口温度 更高, 同时工况 4 b 的整个炉内温度也是最高的.
软件 F luent 对 此锅炉燃烧情况进行数值模拟 , 得 出炉内 的温度 场 . 通 过对锅 炉燃烧 温度场 的模拟预 测温度 场的趋势 , 结果完全符合炉膛燃烧的规律 . 锅炉燃烧温度场的模拟对于锅炉的安装和改造有指导意义 . 关键词 : 数值模拟 ; 四角切向锅炉 ; 温度场 中图分类号 : TK 227 . 1 文献标识码 : A
额定工况 名 称
额定工况
表 2 空气分级燃烧模拟工况风门开度
序 1 2 3 4 4 号 a a a a b 燃料风门开度 A 全开 80 80 80 80 B 全开 80 80 80 80 C 全开 80 80 80 80 D 全开 80 80 80 80 9 . 9 . 9 . 9 . 9 . E 63 63 63 63 63 AA 全开 全开 全开 全开 全开 AB 45. 30. 28. 20. 20. 9 0 0 0 0 辅助风门开度 BC 45 . 30 . 23 . 30 . 30 . 9 0 0 0 0 CD 45 . 30 . 28 . 20 . 20 . 9 0 0 0 0 DE 45 . 37 . 37 . 37 . 37 . 9 0 0 0 0 EF 43. 37. 37. 45. 45. 5 0 0 0 0
229
S use r 任何用户定义源项; f 混合分数. 平均混合分数均方值 f 的守恒方程为 t Cg
t 2 -
着高度的继续增加, 出现中间温度高、 两侧温度低 的趋势 ; ( 4) 出了折焰角以后, 沿炉 高方向温度呈下 降分布 , 越靠近水平烟道温度越低.
f
2
+
2 -
vf - Cd
2
= f + Su ser
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[ 7]
2007 年
燃烧器的 5 层煤粉喷嘴; 每台磨煤机有 4 根出口 煤粉管道, 接至四角同一层的 4 只煤粉燃烧器喷 嘴 , 组成四角同心反切圆燃烧系统. 每组燃烧器有 5 层一次风和 7 层二次风, 煤粉喷嘴采用 W R 燃 烧器; 一次风四周通以周界风, 一次风喷嘴和二次 风喷嘴间隔布置 . 另外配有 12支机械雾化的轻油 枪 , 油枪总出力可满足锅炉 40 % BMCR 负荷 ( 如 图 1) ; 锅炉的主要设计参数如表 1 所示 .
本模型根据炉膛的结构特点, 利用 Gamb it软 件划分网格线. 由于一二次风的入口方向与网格 边界成 45 夹角, 为了减小因网格结构造成的数
表 1 锅炉主要设计参数 ( BCR 工况 )
主蒸汽 名 称 流量 / t h- 1 908. 19 给水温度 / 273 压力 /M Pa 17 . 3 排烟温度 修正前 / 131 . 7 修正后 / 122 .2 温度 / 540 流量 / t h- 1 746. 1 锅炉效率 /% 92. 9 风率 /% 22. 6 进口压力 /M Pa 3. 41 一次风 风速 /m s- 1 22 . 7 风温 / 77 风率 /% 77 .4 再热蒸汽 出口压力 /M Pa 3 . 23 进口温度 / 316 二次风 风速 /m s- 1 45. 4 风温 / 323 出口温度 / 540
%
O FA 开度 关 100 100 100 100
1 . 2 基本方程 ( 1) 混合分数 概率密度函数模型控制方程 时间平- -
vf
=
t t
-
f + Sm + Su ser ( 1 )
式中: Sm
源项 , 仅指质量由反应颗粒 ( 如煤粉 颗粒 ) 传入气相中;
徐广强 , 等 : 四角切圆煤粉锅炉燃烧温度场的数值模拟
收稿日期 : 2007- 05- 18
1 数学模型及基本方程
1 . 1 数学模型 本 文以 某电 厂 300 MW SG 1025 /18 . 3 540 / 540 1 型亚临界压力控制循环燃煤锅炉作为计算 实例. 炉膛断面尺寸为 14 022 mm 12 330 mm, 宽深比为 1 . 14 . 锅炉采用正压直吹式 制粉系统, 炉前配置 5台 HP 863 型中速磨煤机 , 分别连接到
吸收系数; 散射系数; 入射辐射 ; 线性各相异性相位函数系 .
[ 13]
G C
采用 P 1 辐射模型计算辐射传热
.
温度最高的单峰形.
2 计算结果与讨论
2 . 1 最佳工况 ( 4 a) 的模拟结果及分析 图 3 为炉膛前后墙以及左右墙中心截面的温 度场. 图中温度单位为 K( 下同 ) . 由图 3 可知: ( 1) 在整个炉膛范围内, 燃 烧器以下区域温 度比较低, 接近燃烧器最底层时 , 温度有跳跃式上 升; ( 2) 燃烧器区域燃烧最为剧烈 , 温度水平最 高 , 在燃烧器层的下部以及燃烧器区 , 炉膛中心截 面上的温度分布呈 M 形状 , 随着高度的增加, 气 流向上发展 , 炉膛中心与侧边的温度差逐渐减小; ( 3) 在最上层燃烧器以上到折焰角之间 , 随
图 1 锅炉 炉膛及燃烧器
2 a , 3 a, 4 a , 4 b, 其中 1~ 4 代表 4 种不同的风门 开度, a 代表普通粒径煤粉 , b 代表超细煤粉. 工况 1 为原始工况, 工况 2 至工况 4 为分级工况 . 本文 主要分析研究现场试验调试后确定采用的最佳工 况 , 即 4 a工况.
1 3( a+ s ) - C
G
s
( 4)
周附近的温度较低 , 二者之间环行区域的温度较 高 ; 在每一层燃烧器的一次风喷口附近, 由于挥发 分的强烈析出和反应 , 出现了局部高温区 ; 在燃烧 器区域 , 随着燃烧器高度的升高 , 燃烧温度逐渐升 高 ; 在燃烧器区域以上 , 温度的分布发展成为中心
2
t t
f
2
+ ( 2)
f
-
k
式中: f = f - f ;
t
, C g, C d
常数, 分别取 0 . 85 ,2 . 86 , 2 .0 ;
S use r
用户定义源项.
[ 2~ 5]
本文采 用混合分数 概率 密度函数 ( m ix ture fraction /PDF) 模型模拟气相湍流燃烧 方程为 R = KP O 2 式中: K n PO 2 总的反应速率常数; 化学反应级数, 其值在 0到 1 之间; 氧气的分压力 .
值伪扩散, 本文采用贴体坐标法 ; 另外, 由于折 焰角的存在 , 在炉高 40 m 左右速度变化剧烈, 为 提高模拟的精度 , 在折焰角附近进行网格加密 , 如 图 2 所示.
图 2 炉膛网格
本文采用空气分级模拟燃烧 , 共 5 个工况, 各 工况风门开度如表 2 所示 , 各工况代号记为: 1 a ,
燃烧过程的数值模拟是在燃烧理论、 流体力 学、 化学动力学、 传热学、 数值计算方法及实验技 术的基础上发展起来的. 它以计算机为桥梁, 把燃 烧理论、 实验和燃烧设备研制 3 者有机地结合起 来. 燃烧数值模拟是近年发展起来的与实验理论 相辅相成的一门学科, 因为在锅炉或燃烧器尚未 安装阶段无从布置测点来研究锅炉的运行特性, 通过数值模拟可以模拟出燃烧的运行环境, 对锅 炉运行的可行性分析有重要作用. 此外, 在锅炉的 运行过程中 , 由于实验操作的误差, 可能会产生数
第 23卷第 3期 2007 年 9月
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学 报
V o. l 23 , N o. 3 S ep . 2007
Journal o f
Shan ghai U n iv ersity
o f E lectric Pow er
文章编号 :
1006- 4729( 2007) 03- 0227- 04
四角切圆煤粉锅炉燃烧温度场的数值模拟
图 3 炉膛中心截面温度场
n
.
( 2) 动力学 /扩散控制反应速率模型控制方程 ( 3)
本文采用动力学 /扩散控制反应速率模型模 [ 6~ 12] 拟焦炭的燃烧 . ( 3) 采用 P 1 辐射模型控制方程 热流 qr, 能得到如下方程: qr = 式中: a