电站锅炉应用等速型低NO_X燃烧器的数值模拟
600MW锅炉低NO_x燃烧器改造后汽温调整
411 锅炉设备概述台山电厂2号机组600MW亚临界锅炉系上海锅炉厂有限公司设计制造，配用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，单炉膛Π型露天布置，全钢悬吊结构，采用四角切向燃烧方式，出渣设备为机械除渣。
锅炉燃烧器采用四角布置，共24只切向燃烧摆动式，分6层布置，每层设置4只燃烧器。
在顶部燃烧器上方各设一层燃尽风和辅助风喷口。
煤粉喷口、二次风喷口、燃尽风喷口均可上下摆动，用以调节再热汽温。
一组燃烧器共有14个喷嘴，其中6个煤粉喷嘴和7个二次风喷嘴间隔布置，最上面有1个燃尽风喷嘴作为控制NO x 生成的主要措施。
为了更好地组织燃烧和保护煤粉喷嘴，二次风中的一部分作为煤粉喷嘴的周界风，其余由各二次风喷口送入炉膛。
燃烧器自下而上布置依次为：FF、F、EF、E、DE、D、CD、C、BC、B、AB、A、AA、OFA。
2 改造后燃烧器概述厂家采用高级复合式空气分级低NO x 燃烧技术的改造方案。
保持原制粉系统与煤粉管道布置不变，现有的4个主燃烧器（含水冷套）进行整体更换。
主风箱设有6层WR煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风。
在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有3层辅助风喷嘴，其中包括上下2只偏置的辅助风喷嘴（CFS）和1只直吹风喷嘴。
在主风箱顶端设有2层紧凑燃尽风喷嘴（COFA），在主风箱底端设有2层二次风喷嘴。
在主风箱上部布置有两级高位燃尽风（SOFA）燃烧器，每级包括3层可水平摆动的高位燃尽风（SOFA）喷嘴。
3 改造后产生的问题燃烧器改造后，2号炉存在再热汽温明显偏低的问题，尤其是在变负荷过程中再热汽温下降较快。
原设计ECR工况下再热蒸汽出口温度可达541℃（改造前能够达到设计值）。
改造后，ECR工况下，高侧再热蒸汽出口温度仅525℃，低侧不到510℃。
不但左右两侧形成了更加明显的偏差，而且严重影响了机组的综合效率。
4 燃烧调整试验4.1 试验调整手段在通过燃烧器摆角调整，找出摆角与汽温的特性关系；在吹灰频率减少时，观察炉膛沾污系数变化对再热汽温的影响；在吹灰频率减少时，观察炉膛沾污系数变化对排烟温度的影响；不同磨煤机组合方式运行对再热汽温的影响；氧量与再热汽温的关系；通过对改造的CFS、COFA、SOFA二次风门调整，找出辅助风与汽温的特性关系。
600MW锅炉低NO—x燃烧器改造后汽温调整探讨
600MW锅炉低NO—x燃烧器改造后汽温调整探讨现代火力发电站节能降耗主要采取燃烧器改造的方法，降低硫化物（NOx）的排放，并取得了显著的效果，但也引起了锅炉汽体温度不满足使用要求和设计要求的问题，文章对600MW锅炉低NO-x燃烧器改造后汽温调整进行研究，为提高锅炉燃烧器改造的经济性和环保性提供借鉴，实现火力锅炉动力的升级。
标签：600MW锅炉；低NOx燃烧器；汽温调整1 600MW锅炉低NO-x燃烧器设备简介本次研究中使用的600MW锅炉低NO-x燃烧器是由上海锅炉厂有限公司设计制造，引进于2001年，系统配置与现代发电设备相比较为落后，炉膛的设计采用的是单炉膛的H形口漏斗式，在填料的方式上设计为露天布置，传送带输送的模式，采用的万利达的低速煤炭碾压机和高速磨煤机结合的煤炭粉碎装置，利用负压曲直吹式煤粉吹送机进行燃料的供给和氧气的输送，锅炉燃烧器的对称分布，采用对角线布置的方法，锅炉燃烧器的摆动式为四角切向，煤粉从露天顶部传送口进行补料，燃烧室从上到下有六层燃烧过滤层，在没层设置燃烧室，最上层为12个，最下层为4个，煤渣的运送和降尘采用的机械喷雾的方式，每个单独的燃烧器上有6个独立式的煤粉喷嘴，采用间隔分布共同工作的形式，保证煤粉的滞空时间和燃烧的充分，独立设计也是为了燃烧的充分性和经济性，最上面的一组煤粉吹风口斜角45度角直吹方式，主要是抑制氮化物和硫化物的生成，二次风中的一部分是热膨胀气体，自下而上贯穿6层炉膛，其余为送风口供气送入燃烧器。
2 600MW锅炉低NO-x燃烧器改造后升级概述旧锅炉的改造是系统工程，是当前最为经济的升级方式，在600MW锅炉低NO-x燃烧器改造升级中采用了高级复合式空气分级燃烧技术，保留了原先的燃料供给系统和炉渣灰尘处理系统，将煤管道的设计分为直线式和曲线式排布，在冷却系统中添加了水冷系统，燃烧室进行了独立分割设计，实现了用电高峰期和用电低潮期的终端输出控制，在煤粉吹口的设计上将原先的6层直喷设计改为对向设计，在煤粉的四周重新设立氧气输送口，煤两层设立辅助进风口，辅助进风口采用双向对称的偏置设计，在锅炉底部添加鼓风箱，每层设立3个高位燃尽风喷嘴。
低氮燃烧器不同煤粉浓淡比脱硝效果和燃烧特性数值模拟
低氮燃烧器不同煤粉浓淡比脱硝效果和燃烧特性数值模拟针对某电厂锅炉氮氧化物排放量超标的问题,利用前处理软件Gambit建立炉膛模型,设置相应的边界条件,利用Fluent软件对炉内NOx生成进行了数值计算,研究了煤粉浓淡比对脱硝效果和燃烧特性的影响。
结果表明:随着煤粉浓淡比的增大,NOx排放浓度逐渐降低,并且趋于平缓,而飞灰含碳量则随着煤粉浓淡比的增大呈线性增大,建议合理的煤粉浓淡比为6。
关键词:氮氧化物;低氮燃烧器;煤粉浓淡比;飞灰含碳量由燃煤电厂所排放的氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一,对环境造成严重的污染。
水平浓淡燃烧技术是有效脱除NOx的燃烧技术之一,广泛应用于火电厂脱硝改造项目中。
付忠广等[1]人模拟了新型水平浓淡燃烧器非化学当量比燃烧,得出了可以降低热力型NOx的结论。
毕明树等[2]人对一台410t/h的四角切圆煤粉炉水平浓淡燃烧炉内NOx的生成及分布进行了数值模拟,推荐煤粉气流浓淡比为5左右;当与空气分级联用时,推荐浓淡比为3到5之间。
周秋月等[3]人认为随着浓淡比的增加,NOx的生成量逐渐减少,并趋于缓慢。
DaisukeShimokuri等[4]人研究了预热和非预热条件下,氧浓度和化学当量比对燃料型NOx排放量的影响。
结果表明,在非预热条件下燃料型NOx浓度极大地依赖于氧浓度和当量比,但是在预热条件下氧浓度对NOx浓度的影响可忽略不计。
本文借助CFD数值模拟软件FLUENT6.3,对一台670t/h锅炉在不同负荷、不同浓淡比下,两种不同的改造方式炉内燃烧过程以及NOx分布和排放量进行了数值模拟计算,得出了煤粉浓淡比对炉膛出口NOx排放浓度及飞灰含碳量的影响规律。
1研究对象及计算方法1.1研究对象本文研究对象为HG-670/13.7-WM15燃煤锅炉,露天、“倒U”型布置方式,单汽包、单炉膛,采用直流燃烧器,四角切圆布置方式,该燃烧器共有四层一次风喷口,一种低氮改造方式是将中间两层一次风喷口由原来的低阻力直流式燃烧器改造成水平浓淡燃烧器(方案一);另一种则是将四层一次风喷口全部改造成水平浓淡燃烧器(方案二)。
600MW亚临界锅炉低NOx燃烧改造设计与数值模拟
申请上海交通大学工程硕士学位论文600MW亚临界锅炉低NOx燃烧 改造设计与数值模拟学校：上海交通大学院系：机械与动力工程学院工程领域：动力工程交大导师：章明川 教授企业导师：张建文 教授级高工工程硕士：张维侠学号：1060222019上海交通大学机械与动力工程学院2008年11月15日申请上海交通大学工程硕士学位论文600MW亚临界锅炉低NOx燃烧改造设计与数值模拟学校：上海交通大学院系：机械与动力工程学院工程领域：动力工程专业方向：煤粉低NOx燃烧交大导师：章明川 教授企业导师：张建文 教授级高工培养单位：上海锅炉厂有限公司工程硕士：张维侠学号：1060222019关键词：LNTFS低NOx燃烧系统 600MW亚临界机组 数值模拟 改造上海交通大学机械与动力工程学院2008年11月15日600MW亚临界锅炉低NOx燃烧改造设计与数值模拟摘 要我国电力工业中燃煤火力发电占主导地位，但燃煤锅炉排放的大量氮氧化物（NOx）对生态环境造成了严重危害。
国家最新出台的《火电厂大气污染物排放标准》对排放标准进行了严格限制。
新的排放标准的及收费政策的出台使整个火电行业面临异常严峻的环保形势。
采取措施减少氮氧化物的排放，是火电厂面临的一项刻不容缓的工作。
目前已有的控制常规燃煤电站锅炉NOx 排放的技术措施可分为低NOx 燃烧技术和烟气净化技术两类。
尾部烟气脱硝技术投资及运行费用昂贵，而先进低NOx 燃烧技术可降低排放浓度到450～650 mg/Nm3。
对于烟煤可降低到450mg/Nm3以下，对已经投运600MW机组亚临界锅炉进行低NOx燃烧系统改造，目前还是一项空白。
因此进行本课题的研究很有意义。
本论文通过对某600MW亚临界机组锅炉工程燃用煤种（神府东胜煤）和运行数据的分析，结合对已经运行锅炉的NOx排放数据进行分析，开发适合本改造工程的LNTFS低NOx的燃烧系统。
本论文在改造设计方面的主要工作有：1．改进的燃烧系统的设计；2．改进的二次风配风方式的设计；3．改进的一、二次风喷嘴的设计；4．对锅炉NOx排放进行预测，并对运行调整提出建议。
负荷与燃尽风对NO影响的数值模拟
R90/ %
27
R200/ %
2
N2 可直接氧化为热力型 NO (反应 5) ,已生成的 NO 可通过反应 6 、7 、8 分别与 CHi ,NHi 和煤焦反应 ,被 还原成为 N2 。
2 数学模型及初始条件确定
图 3 NO 反应机理
211 数学模型 以 TASCFLOW 软件为平台 , 采 用 三 维 稳 态 计
收稿日期 :2008 - 03 - 25 ; 修订日期 :2008 - 12 - 10 作者简介 :高正阳 (1972 - ) ,男 ,河北保定人 ,华北电力大学副教授 1
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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热能动力工程
2009 年
4 种工况下 ,温度峰值分别为 1 633 K、1 672 K、 1 568 K和 1 638 K。总体上 ,投燃尽风时 ,炉内的温 度水平比不投燃尽风时低 ,这与文献[ 2 ]的研究是一 致的 。原因在于所谓燃尽风是减少燃烧区投入的风 量 ,抑制燃料型 NO 的生成 ,将燃烧器区少投入的二 次风作为火上风在火焰上方投入 ,以确保煤粉的燃 尽 ,这就导致煤粉燃烧速率下降 ,火焰温度降低 。 图 4 中曲线反映出 80 %负荷下炉内温度水平比 100 %负荷低。4 个工况下 ,80 %负荷下有燃尽风时炉 内温度水平达最低 ;80 %负荷下燃尽风对炉温的影响 则比 100 %负荷更显著一些。工况 3、4 的炉内温差最 大为 70 K,这是由于在低负荷下炉内温度水平比高负 荷炉内温度稍低 ,煤粉燃烧速率下降 ,投入燃尽风后 使炉内温度进一步降低 ,煤粉燃烧速率进一步下降 , 造成炉温下降显著。图 4 中 80 %负荷两种工况下温 度曲线到炉膛出口处已很接近 ,这一方面是由于高温 曲线对应的炉膛内辐射放热多 ,造成温降速率大 ;另 一方面是由于低温曲线对应的煤粉燃烧速率低 ,在煤 粉颗粒在运动过程中维持燃烧的时间相对长 ,也造成 温降慢。此外 ,计算得到工况 1、2、3、4 对应飞灰含碳 量分别为 5. 57 %、4. 8 %、8162 %和 612 % ,工况 3 飞灰 含碳最高 ,表明工况 3 煤粉燃烧相对不充分 ,这也表 明该工况煤粉燃烧速率比其它工况低 。但本研究锅 炉上炉膛空间较大 ,煤粉在炉膛内有比较充足的停留 时间 ,因此工况 3 的飞灰含碳与其它工况相比并没有 很大幅度的升高 。
燃煤锅炉低NOx燃烧系统的数值模拟与试验研究
燃煤锅炉低NOx燃烧系统的数值模拟与试验研究一、本文概述本文旨在全面探讨燃煤锅炉低NOx燃烧系统的数值模拟与试验研究。
随着环保意识的日益增强，降低燃煤锅炉氮氧化物（NOx）排放已成为重要的研究课题。
本文通过分析燃煤锅炉NOx生成的机理，结合数值模拟和试验研究方法，旨在开发更为高效、环保的低NOx燃烧系统。
本文将对燃煤锅炉NOx生成的机理进行深入研究，包括热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx的生成过程及其影响因素。
基于计算流体力学（CFD）方法，建立燃煤锅炉低NOx燃烧系统的数学模型，对炉膛内的气流组织、燃烧过程、NOx生成与分布进行数值模拟，以揭示燃烧过程中NOx生成的规律。
设计并搭建燃煤锅炉低NOx燃烧系统试验平台，通过实际燃烧试验，验证数值模拟结果的准确性，并对燃烧系统的优化提供指导。
本文将对燃煤锅炉低NOx燃烧系统的数值模拟与试验研究结果进行综合分析，提出有效的低NOx燃烧技术优化方案，为燃煤锅炉的环保改造提供理论支持和实践指导。
二、文献综述随着环境保护要求的不断提高，燃煤锅炉的低NOx排放已成为国内外研究的热点。
NOx作为一种主要的大气污染物，不仅会对环境造成严重影响，还会危害人类健康。
研究和开发低NOx燃烧技术对于燃煤锅炉的可持续运行至关重要。
近年来，国内外学者对燃煤锅炉低NOx燃烧技术进行了广泛的研究。
从燃烧控制策略、燃烧器设计、燃料特性分析等方面入手，提出了多种低NOx燃烧方案。
燃烧控制策略主要包括空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等；燃烧器设计则关注于燃烧器结构、燃烧室形状和气流组织等；燃料特性分析则主要探讨煤种、煤质对NOx生成的影响。
在数值模拟方面，国内外学者建立了多种燃煤锅炉低NOx燃烧的数值模型，并进行了大量的模拟研究。
这些模型主要基于计算流体力学（CFD）和化学反应动力学，通过求解燃烧过程中的流场、温度场、浓度场等参数，深入分析了燃煤锅炉低NOx燃烧的机理和影响因素。
分级配风低 NO_x 煤粉燃烧的基本原理及实现
・试验研究・分级配风低NO x 煤粉燃烧的基本原理及实现P rinci p le A nd I m p lem en t of A ir Staging L ow -NO x Com bu sti on of Pu lverized coal(250021)山东电力科学研究院 刘福国摘 要 阐述了空气分级配风低NO x 燃烧的基本原理以及在电站锅炉燃烧系统中的应用,并对几种低NO x 系统的运行效果和存在的问题进行了评述。
关键词 煤粉燃烧 低NO x 排放 空气分级1 概述电站燃煤锅炉是氮氧化物主要排放源之一。
随着我国电力工业的发展,到本世纪末,电站锅炉排入大气中的氮氧化物将会超过500万t ,对环境的影响将更加严重。
因此,控制煤燃烧过程氮氧化物的生成,降低其排放量,成为迫切的课题。
图1 目前燃煤锅炉NO x 的排放水平80年代以前,低NO x 燃烧技术在我国电站锅炉中应用较少,图1给出了在这种状态下,不同燃烧方式和容量的锅炉NO x 的排放水平;随着一批先进的大容量机组的引进以及国内的消化吸收,低NO x 燃烧开始应用于我国的电站锅炉,山东省内较为典型的是黄台电厂日本三菱公司PM 燃烧器,石横电厂CE 型锅炉带“火上风”的低NO x 燃烧器,以及邹县电厂FW 公司的CF SF 低NO x 旋流燃烧器。
2 NO x 的生成机理2.1 NO x 的生成煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO )和二氧化氮(NO 2),这二者统称NO x ,此外还有少量的氧化二氮(N 2O )产生。
在目前的燃烧方式和燃烧温度下,煤燃烧生成的氮氧化物中,NO 占90%以上,NO 2占5%～10%,而N 2O 占1%左右,因此NO x 的排放量主要由NO 决定,燃烧生成NO 的途径有三个:(1)热力型NO (T herm al NO )。
由空气中的氮气在高温下氧化生成,它强烈地依赖火焰温度和氧气浓度,当温度低于1350℃时,几乎没有热力型NO 的生成,只有当温度超过1600℃且富氧燃烧时,如液态排渣煤粉炉中,热力型NO 才可能占到20%～30%。
200MW锅炉低氮燃烧数值模拟
尽风的给人位置、锅炉负荷等因素的影响一Ｊ，同 时也存在炉膛出口烟温增加、不完全燃烧损失增 加、水冷壁表面出现高温腐蚀以及结渣等现 象隅］，因此，在采用空气分级燃烧技术时，若想取 得理想的脱硝效果，应该综合考虑各方面的因素。
１
研究对象及燃烧器改造
某２００ ＭＷ锅炉，型号为ＨＧ一６７０／１４０一ｌｌ。
１．１研究对象
２．３．２炉内ＮＯ浓度分布 图６给出了原始工况、加ＯＦＡ两种工况下炉
低的趋势变化的。这是因为随着主燃区煤粉气流 的不断喷人，煤粉燃烧放出大量的热量使得炉内 温度逐渐升高。在燃尽区至折焰角喉口的大片区 域，炉内中心温度比较均匀，维持在１
７００
Ｋ左右，
这是因为大量燃尽风的喷人，补充了大量的氧，使
未燃尽的煤粉继续燃烧，而此处未燃尽的煤粉已 相对较少，同时伴随着ＣＯ的被氧化，整个过程中 放出的热量与烟气和壁面之间的吸热，达到相对 的平衡状态，因此会有较大范围的温度均匀分布 区域。在折焰角以上区域，随着烟气的流动，高度 的增加，煤粉的逐渐燃尽，燃烧放出的热量越来越 万方数据
ｍ×１１．６６ ｍ，
ｍ。炉膛结构如图
１所示。锅炉的主要参数见表１。
图１炉膛结构示意图
表１
锅炉主要参数
万方数据
应用能源技术 １．２燃烧器改造 低氮燃烧方案确定为水平浓淡燃烧器加空气 分级技术，空气分级技术是将二次风的一部分作 为燃尽风喷人炉膛，因此需要对原始燃烧器进行 改造。采用水平浓淡燃烧器，并将二次风的一部
３２
应用能源技术
２０１３年第８期（总第１８８期）
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—３２３０．２０１３．０８．００８
２００ＭＷ锅炉低氮燃烧数值模拟
姜少军
（绥芬河特种设备检验研究所，黑龙江绥芬河１５７３００） 摘要：低氮氧化物燃烧技术是控制ＮＯｘ生成的技术。低氮氧化物燃烧技术包括：低氮氧 化物燃烧器、空气分级技术和再燃技术。目前运用最广泛的就是空气分级燃烧技术，文中对某 ２００ ＭＷ机组锅炉进行低氮燃烧改造，确定了燃烧器主要的结构参数。在计算流体力学软件 ＦＬＵＥＩＮ”ｒ平台上，利用ＩＣＥＭ软件建模并划分的网格对该２００ ＭＷ机组锅炉进行低氮燃烧的数 值模拟计算，得到空气分级燃烧之后的炉内温度场、ＮＯ浓度场，得出结论：采用空气分级技术 后，ＮＯ排放量显著降低。锅炉满负荷运行时，通过空气分级燃烧，取得了３７．８９％的ＮＯｘ脱
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第37卷 第3期2009年3月Vol .37 No .3Mar . 2009电站锅炉应用等速型低N O X 燃烧器的数值模拟汪颖新1,安恩科2,周海珠2(1.宝山钢铁股份有限公司电厂,上海 200491;2.同济大学热能与环境工程研究所,上海 200092)摘 要:常规水平浓淡燃烧器的双通道速度差达6～8m /s,该速度差会对燃烧稳定性、燃烧效率和NO X 排放造成影响,通过对常规直流煤粉燃烧器、水平浓淡煤粉燃烧器和等速型低NO X 燃烧器在350MW 电站锅炉上的燃烧过程数值模拟表明:浓淡燃烧技术不改变锅炉炉内的传热特性,等速型低NO X 燃烧器比水平浓淡燃烧器可降低NO X 排放12%。
关键词:电站锅炉;等速型低NO X 燃烧器;速度差;NO X 浓度基金项目:上海市科学技术委员会2007“创新行动计划”重大科技资助项目(07dz12005)作者简介:汪颖新(19702),男,副厂长,博士,从事电站锅炉方面的研究工作。
中图分类号:TK223.23 文献标志码:A 文章编号:100129529(2009)0320482204Nu m er i ca l si m ul a ti on of low N O X pulver i zed 2coa l burners i n s am e veloc ityof two channels i n utility bo ilersWAN G Ying 2xin 1,AN En 2ke 2,ZHOU Hai 2zhu2(1.Power Plant of Baoshan Ir on &Steel Co .,L td .,Shanghai 200491,China;2.Ther mal Energy &Envir on mental Engineering I nstitute,Tongji Univ .,Shanghai 200092,China )Abstract:The vel ocity difference of air in t w o channels of the conventi onal dense 2dilute pulverized 2coal concentrati on burner is 628m /s,which i m pacts co mbusti on stabilizati on,burning efficiency,and NO X e missi on .The p r ocess of co mbus 2ti on in a 350M W boiler was si m ulated and the results sho wed that the dense 2dilute pulverized 2coal concentrati on co mbus 2ti on technol ogy did not change furnace radiati on heat transfer,and NO X e missi on of l o w NO X pulverized 2coal burner in sa me vel ocity of t w o channels was 12%l o wer than that of the conventi onal dense 2dilute pulverized 2coal concentrati on burner .Key words:utility boiler;l ow NO X pulverized 2coal burner in sa me vel ocity of t w o channels;vel ocity difference;NO X concentrati on1 概述煤粉浓淡燃烧技术具有低负荷稳燃、降低NO X 排放、防高温腐蚀和减轻炉内结渣等特性[1]。
常规浓淡煤粉燃烧技术依靠气固惯性分离作用来提高富燃料射流的煤粉浓度,而该机理使富燃料射流的气体速度也随之增大,根据同济大学的实验研究以及大量的工业性试验结果[224],浓淡双通道气体的速度差为6～8m /s,一次风的空气速度越高,该速度差越大,水平浓淡燃烧器两相流动时一次空气速度分别为18m /s 、20m /s 和25m /s 时,其对应的浓淡燃烧器双通道的空气速度差分别为:6.7m /s 、7.3m /s 和8.3m /s 。
常规浓淡煤粉燃烧器的双通道大速度差一方面削弱了浓淡燃烧器的燃烧稳定性,削弱了减小结渣和防高温腐蚀的特性,削弱了降低NO X 排放浓度的效果,另一方面它可能使淡燃料射流的空气速度小于18m /s,这又会引起燃烧器掉粉增大炉渣含炭量以及一次风管道沉粉和堵塞,从而有可能发生燃烧器和一次风管道烧坏的现象。
针对水平浓淡燃烧器运行中浓淡煤粉射流双通道的空气速度偏差较大的问题,笔者提出等速型低NO X 燃烧器的思想,等速型低NO X 燃烧器保持水平浓淡燃烧器双通道中的煤粉流率不变,而其双通道中的空气速度相等。
本文对常规直流煤粉燃烧器、水平浓淡煤粉燃烧器(速度差浓淡煤粉燃烧器)和等速型低NO X 燃烧器(等速型浓淡燃烧器)的燃烧特性进行了数值试验研究。
2 模型和计算方法简介本研究以宝钢电厂350MW 四角切圆燃煤锅炉为对象,炉膛宽度、深度和高度分别为14.62汪颖新,等 电站锅炉应用等速型低NO X 燃烧器的数值模拟0483m 、12.43m 和55.80m 。
燃烧器高度为14.476m,折烟角的倾角为50°,仰角为30°,深度为21735m 。
一次风喷嘴截面尺寸为0.35m ×0.46m,周界风宽度为0.065m,二次风喷嘴截面尺寸为0.58m ×0172m,一、二次风中心距为0.734m,煤粉燃烧器分5段布置,一次风喷嘴从下向上编号分别为G 、H 、I 、J 、K,锅炉炉膛火焰高度为24.07m,计算煤种为大同烟煤,燃料特性如表1所示。
表1 燃煤特性%煤种W arV dafCarAar Q ar,net /kJ ・kg -1S ar 大同煤10.125.9853.4210.5251570.33 紊流采用旋流修正k -ε模型,煤粉流动采用颗粒轨道模型,挥发分析出采用双平行竞争反应模型,均相燃烧按快速反应模型,焦碳燃烧按扩散动力模型,辐射换热采用离散坐标模型,NO X 湍流反应生成率采用有限反应率的P DF 模型。
氧化氮计算过程中忽略快速型NO X ,只考虑热力型NO X 和燃料型NO X 。
热力型NO X 的计算采用扩展Zeldovich 三步反应机理,燃料型NO X 的计算假设燃料N 的中间产物为HCN ,考虑HCN 被氧化为NO 的过程以及HCN 和炭粒表面对NO 的还原作用,且这三种反应都服从A rrihenius 有限反应速率模型。
燃烧器运行参数如表2所示,出口条件采用自由出口,即所有变量在流动方向上的梯度为零,壁面采用无滑移边界条件,即认为壁面上垂直于壁面的速度梯度为零,锅炉过量空气系数取1.2。
表2 燃烧器运行参数工况参数一次风速/m ・s -1一次风温/℃周界风速/m ・s -1周界风温/℃二次风速/m ・s -1二次风温/℃燃煤量/t ・h -1风煤比工况1常规直流燃烧器24.487649.533149.533115.15 2.0工况2等速型浓淡燃烧器浓侧24.487649.533149.533124.24 1.25淡侧24.487649.533149.5331 6.06 5.0工况3速度差浓淡燃烧器浓侧28.487649.533149.533124.24 1.45淡侧20.487649.533149.53316.064.183 计算结果分析3.1 空气动力场分布由图1(a )、(b )可以看出,采用常规直流煤粉燃烧器的烟气上升速度比浓淡燃烧器的炉膛截面平均上升速度、截面最大速度在燃烧区域要偏高一些,而等速型浓淡燃烧器和速度差浓淡燃烧器的上升速度速度分布基本一致,这说明浓淡燃烧降低了炉内燃烧温度,从而使炉内烟气上升速度也降低。
图1 烟气速度随高度变化关系由图2(a )、(b )可以看出:在燃烧器区域,常规直流煤粉燃烧器的湍动能较高,等速型浓淡燃烧器和速度差浓淡煤粉燃烧器的湍动能相差较小,在燃烧器顶部的湍动能最大,这是射流特性和燃烧特性相互作用的结果。
3.2 温度场分布由图3(a )可以看出,截面平均温度随高度逐渐升高,到了燃烧器区域有了一定程度的下降,随之快速上升到最大,三种燃烧器的截面平均温度分布几乎完全相同,这说明浓淡燃烧技术对于电站锅炉炉内的整体传热性能没有影响。
由图3(b )可以看出:等速型浓淡燃烧器和速度差浓淡燃烧器的炉内最高温度分布基本相同,常规直流煤粉燃烧器的最高温度较高,这是因为气固混合较均匀有利于燃烧反应进行。
3.3 NO X 分布04842009,37(3)图2 炉膛湍动能随高度变化关系图3 炉膛温度随高度变化关系由图4可以看出:常规直流煤粉燃烧器的NO X浓度最大,等速型浓淡燃烧器的NO X浓度最小。
这是因为淡煤粉射流燃烧温度低,浓煤粉射流燃烧中的CH i基团、CO和焦炭粒子对形成NO X有还原作用,从而浓淡偏差燃烧的NO X排放浓度降低。
图4 炉膛纵截面NOX浓度分布(×10-6)由图5可以看出:常规直流煤粉燃烧器的NOX浓度最大,等速型浓淡燃烧器的NOX浓度最小。
这同样是因为煤粉浓淡浓度偏差燃烧的结果。
图5 K层燃烧器一次风截面NOX浓度分布(×10-6)3.4 炉膛出口NO X浓度为了便于比较,通常把尾部的污染物排放浓度统一换算成含氧量6%即为空气过量系数为114的情形,以此作为对比的基准。
表2 炉膛出口烟气计算结果工况出口速度/m・s-1出口温度/KNO/×10-6O2摩尔分数/%NO/×10-6,6%O2常规燃烧器9.7231300.6481.626.61501等速型浓淡燃烧器9.2981292.4378.226.51392速度差浓淡燃烧器9.3321303.6429.276.44442表2为三种工况下锅炉尾部出口的NOX浓度计算结果,可以看出:常规直流煤粉燃烧器出口的NOX为501×10-6(6%O2),等速型浓淡燃烧器出口NOX为392×10-6(6%O2),速度差浓淡燃烧器出口NOX为442×10-6(6%O2),即等速型低NOX燃烧器比常规直流煤粉燃烧器降低NOX第37卷 第3期2009年3月Vol.37 No.3 Mar. 2009基于平衡原理的热电联产系统能量梯级利用李心刚1,王炳莉2,马 强2(1.承德石油高等专科学校热能工程系,河北承德 067000;2.华北电力大学电站设备状态检测与控制教育部重点实验,保定 071003)摘 要:结合热力学第一、第二定律,阐述了小型工业汽轮机引入热电联产系统的基本特性,并以某热电厂为例,给出了小型工业汽轮机驱动给水泵及供热系统循环泵的能量梯级利用的分析方法。