基于气体-飞灰流动特性的二次风系统结构优化

为降低低负荷下煤粉锅炉二次风系统风机耗电率、减少随二次风进入炉膛的飞灰对喷嘴附近水冷壁的磨损,以350 MW超临界四角切圆燃烧煤粉锅炉二次风系统为研究对象,采用数值模拟方法计算并分析了气体和飞灰流动特性,在此基础上对二次风系统结构进行优化。计算结果表明,原始结构时,同一角沿高度各燃烧器喷嘴的二次风量分配与配风方式有关,同一层4个角的风量分配基本相同;飞灰进入大风箱后,易在底部沉积,AA层辅助风速度最高、携带的飞灰浓度最大。结构优化后,可有效消除总风管内二次风的旋转趋势,减弱大风箱底部的气流旋涡,使进入各燃烧器喷嘴的飞灰浓度更均匀,降低喷嘴附近水冷壁的磨损风险。结构优化前后,二次风系统进出口压差最大可降低89.5 Pa。

低负荷下CFB锅炉二次风优化对NO_(x)排放影响的数值模拟

为控制循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉低负荷下NO_(x)的原始排放,以某350 MW超临界CFB锅炉为研究对象,基于计算颗粒流体力学(computational particle fluid dynamics,CPFD)方法对40%负荷下燃烧过程进行数值模拟。分析了不同二次风角度、新增二次风量对NO_(x)排放的影响。结果表明:随着射流角度的减小,炉膛出口NO浓度逐渐降低,CO浓度无明显增加。部分二次风上移后炉膛密相区氧浓度降低,不完全燃烧增加,还原性氛围增强,抑制了NO的生成。当新增风量从10%增加到30%时,NO排放浓度降低了17.2%。但随着比例的进一步提高,炉膛密相区的缺氧环境造成燃烧效率下降,温度大幅降低。因此,在不影响燃烧的前提下可以通过提高新增二次风比例来降低NO的原始排放浓度。

二次风倾斜角度对高温预热燃料贫氧燃烧火焰特性影响试验

预热燃烧是气化飞灰资源化处置的有效途径,通常搭配主燃室空气分级以协同实现高效清洁燃烧,因此,研究高温预热燃料的贫氧燃烧火焰特性非常有必要。搭建了250 kW高温预热燃料火焰特性试验平台,通过高温火焰可视化监测及其图像编程处理,研究了主燃室二次风倾斜角度对气化飞灰预热燃烧的贫氧火焰特性的影响规律。试验表明,随着二次风倾斜角度从30°增大到60°,贫氧燃烧火焰逐渐远离热烧嘴出口,脱火距离无量纲值从1.04增大到3.73,火焰宽度无量纲值则从4.09逐渐减小至3.47。当主燃室二次风倾斜角度为30°和45°时,燃烧系统的碳转化率分别为71.6%和70.3%。综合考虑二次风倾斜角度对热烧嘴运行稳定和气化飞灰燃尽的影响,主燃室二次风倾斜角度的优选值为45°。

四角切圆锅炉的二次风喷口结构优化及应用

300 MW发电机组配备的四角切圆锅炉在深度调峰工况下存在脱硝入口NOx值居高不下、锅炉两侧汽温偏差大、在高负荷工况下水冷壁存在较严重的高温腐蚀等一系列问题,经分析四角切圆锅炉结构特点及左右两侧屏式过热器、屏式再热器的壁温偏差及低负荷时二次风与炉膛压差等运行参数,判断为锅炉二次风配风性能差导致锅炉燃烧动力场偏离设计值。将部分二次风喷口面积局部缩小且辅助风喷口沿炉膛切圆方向偏转7.5°后,锅炉在深度调峰工况下主热、再热汽温分别提升13℃、9℃,左右两侧脱硝入口NOx值平均下降162 mg/m^(3),空预器入口氧量未发生降低,这表明优化的二次风喷口结构可有效提升锅炉性能。

基于CFD的垃圾焚烧锅炉二次风喷入角度优化研究

为研究二次风喷入角度对焚烧锅炉炉膛内温度、烟气速度、烟气停留时间、排烟热损失的影响以及二次风喷入角度与焚烧炉出口处NO_(x)浓度的关联性,采用UDF编译边界条件和Fluent耦合的方法,针对某600 t/d城市生活垃圾焚烧锅炉的前后墙二次风喷入角度进行数值模拟。模拟的前墙二次风喷入角度变化为68°~80°,后墙二次风喷入角度变化为61°~73°,二次风风速为42 m/s,二次风温度为301.15 K。结果表明:后墙二次风喷入角度不变时,随着前墙二次风喷入角度增加,NO_(x)浓度先升高后下降(最低为142.23 mg/m^(3),且焚烧炉排烟热损失降低(最小为7.12%);前墙二次风喷入角度不变时,随着后墙二次风喷入角度增加,NO_(x)浓度也呈现先升高后下降的趋势(最低为149.15 mg/m^(3),且焚烧炉排烟热损失先升高后降低(最小为7.46%);前后墙二次风喷入角度分别为80°和67°时,SNCR两层喷枪之间的平均温度为1229.59 K,停留时间为1.63 s,与其他工况相比更加接近SNCR脱硝的最佳反应温度和停留时间,第一烟道出口处的平均温度为1211.36 K且停留时间大于2 s,有助于抑制二噁英的生成。

切向燃烧煤粉锅炉二次风系统气体飞灰颗粒流动特性研究

二次风系统是煤粉锅炉燃烧系统的重要组成部分,气体中携带的飞灰颗粒在二次风系统内沉积将影响气体流动特性,严重时还会影响锅炉安全运行。以某350 MW超临界四角切圆煤粉锅炉的二次风系统为研究对象,采用数值模拟方法计算并分析了气体飞灰颗粒流动特性。计算结果表明:在均等配风方式的二次风门开度条件下,中间4层辅助风的速度基本相同,3层分离燃尽风(SOFA)风量占二次风总量的38.4%;各二次风门开度不变时,二次风入口速度变化对各燃烧器喷嘴风量分配影响不大。由于重力作用,飞灰颗粒进入大风箱后会向下流动,颗粒越大趋势越明显;AA层辅助风的含灰量较大,喷嘴出口附近的水冷壁较容易磨损;飞灰颗粒容易在2、3号角大风箱底部沉积,需要在底部合理设计排灰管。

某700t/d垃圾焚烧炉二次风配风优化数值模拟

为揭示垃圾焚烧炉二次风配风对炉内垃圾燃烧过程的影响规律,针对郑州市某日处理量700 t/d的垃圾焚烧炉-余热锅炉,采用计算流体力学软件Fluent和FLIC耦合的方法,研究了不同二次风布置形式和配风风速下的炉内垃圾燃烧特性,分别计算了九种工况下的炉内温度场以及各气体的质量分数分布。结果表明:各工况湍动能最大的区域主要集中在焚烧炉喉部;在增大上二次风风速情况下,炉膛火焰均偏向右侧水冷壁,易造成右侧水冷壁腐蚀;在增大下二次风风速情况下,炉膛温度分布均匀,火焰贴壁现象得到缓解;在二次风平行布置且增大上二次风风速情况下,炉膛出口NO平均浓度最低,为328.84 mg/m^(3)。

二次风旋流强度可调范围的数值模拟研究

利用Ansys 12.0软件对实际电站锅炉的炉内流场进行了数值模拟,分别研究了内、外二次风旋流强度对炉内流场的影响.结果表明:随着旋流强度的增加,中心回流区开始远离燃烧器出口轴线位置,回流区长度增加,回流区面积增大,当旋流强度大于某一数值时,将不能形成较好的中心回流区,易发生飞边现象;外二次风旋流强度对回流区的影响较大,但调节范围却较小,而内二次风旋流强度的可调范围较大;内二次风和外二次风旋流强度的可调范围分别为0.58～2.74和0.58～1.00.

某电厂1号机组高负荷下二次风运行优化试验研究

本文在对某电厂1号630MW燃煤锅炉运行工况摸底的基础上,考察了优化前在中高负荷下省煤器出口A/B两侧过热汽温、再热汽温、飞灰可燃物含量、截面处CO及O_(2)含量的分布,计算了CO热损失及修正后的锅炉热效率,提出了对燃烧器内外二次风、燃尽风的优化调整方案。试验结果表明,优化后580MW、450MW两个负荷下,A/B侧主蒸汽温度与再热汽温良好,CO浓度分别从6166μL/L和2852μL/L下降至77μL/L和39μL/L;优化后的锅炉热效率分别提高了2.09%和1.32%,较好的实现了降本增效。

循环流化床中心二次风的设计及实验研究

介绍了在炉膛中央设置水平布置杆式二次风和竖直布置柱式二次风两种结构。在冷态循环流化床上,研究了中心二次风的布置形式和布置高度,以及二次风率对床内沿高度方向的颗粒浓度分布的影响,并与同样高度的常规壁面二次风进行了对比。实验发现,空气分级后二次风下方的颗粒浓度随二次风率的提高而增大。二次风高度的增加伴随着底部密相区向上延伸。几种二次风布置形式中,水平杆式二次风结构布置时底部浓度最大。通过对射流的示踪发现,在高二次风速时中心二次风扩散到壁面区域,而在中心区域则缺少二次风气体,这不利于对中心区域的氧气补充。而水平杆式中心二次风射流在横向动量的作用下,射流进入床内时发生偏转,能够在床内形成较大的扩散面。另外,还讨论了中心二次风进一步在实际循环流化床锅炉中的应用所需要注意和解决的问题。

基于CFD的焚烧炉二次风优化布置数值模拟研究

为研究二次风布置形式和前后墙风速对焚烧炉内流场、温度场及污染物生成浓度的影响规律,针对某200t/d城市生活垃圾焚烧炉进行了CFD数值模拟研究,采用FLIC与FLUENT软件分别模拟了垃圾床层燃烧及炉膛气相燃烧过程,借助二次开发平台开发了自定义程序,完成了FLIC与FLUENT数据耦合。仿真结果表明,当二次风口采用交错布置时,前墙风速(21.657m/s)应小于后墙风速(40.220m/s),烟气主流位于炉膛出口中央,二次风根部产生的涡流较小,烟道内气流分布更为均匀,烟气充盈度更佳。当二次风口采用对冲布置时,前墙风速应等于后墙风速(风速为33.413m/s),高温烟气才能位于烟道中部。通过对比污染物生成浓度,发现在采用前后墙各12个二次风口并且互相交错布置时,当前墙风速(21.657m/s)小于后墙风速(40.220m/s),所产生的CO浓度最小,数值为41.64mg/Nm^(3),上述发现可为焚烧炉设计时合理地选择技术参数、改善燃烧效率、降低能耗提供理论支撑。

燃煤机组对外供热蒸汽显热加热锅炉二次风经济性研究

在国内部分燃煤机组由于实际使用的煤种与设计煤种存在偏差,导致锅炉燃烧状态偏差严重,如超温、结焦、堵塞等,从而严重影响了锅炉的效率和可靠性,通过使用热再蒸汽加热锅炉二次风的改造方案,能够明显改善锅炉燃烧状态,缓解或解决上述锅炉燃烧问题。在此基础上,国内部分热电联产机组在供热改造方案中计划引入该技术,通过利用对外供热蒸汽部分显热来加热炉侧二次风来改善炉侧燃烧条件,同时还可以减少常规对外供热方案中的蒸汽减温减压过程带来的不可逆能量损失,提升经济性。本文以一台600MW超超临界热再抽汽供热机组为例,分析了利用热再对外供热蒸汽利用部分显热加热二次风的改造案例,结果显示,与采用常规热再减温减压对外供热方式相比,机组整体效率反而下降了0.49%~0.70%。因此,如果入炉煤种不会明显降低锅炉效率或带来燃烧问题,那么采用对外供热蒸汽显热加热二次风的改造方式并不能带来经济收益。本文的经济性分析方法和结论,可以为其他采用蒸汽加热炉侧风温度的改造提供参考。

二次风调整对CFB锅炉机械不完全燃烧损失的影响

在CFB锅炉上热态测试了二次风率和上下二次风比变化对CFB锅炉机械不完全燃烧损失的影响,结果发现:随着二次风率的增加,飞灰含碳量先下降后缓慢上升,炉渣含碳量小幅增加,灰渣比逐步减少且减幅收窄;随着上下二次风比的增加,飞灰含碳量先降低后缓慢升高,炉渣含碳量略有上升,灰渣比减少;过量空气系数较大时,对应的飞灰含碳量和炉渣含碳量较低,灰渣比较小。试验表明,对于燃用福建无烟煤的CFB锅炉,存在最佳的过量空气系数、二次风率和最佳上下二次风比,可使机械不完全燃烧损失最小。

二次风对CFB锅炉NO_x排放的影响

为准确掌握和评价二次风对早期投运的燃烧福建无烟煤CFB锅炉NOx排放浓度的影响,在1台75 t/h中温分离CFB锅炉上进行工业热态试验。试验表明：（1）NOx排放浓度随着空气过量系数λ增加呈现明显增加的趋势,并且增加速率逐渐减小;保持省煤器出口处的空气过量系数1.15≤λ≤1.25可以取得控制飞灰含碳量和NOx排放量的良好效果;（2）随着二次风率β的增加,NOx排放浓度明显下降,降低速率逐渐减小;保持二次风率β在40%~50%之间,NOx排放浓度较低;（3）随着上二次风率k的增加,NOx排放浓度呈现先明显下降再逐渐减小至平缓最后略微上升的趋势,表明燃烧福建无烟煤的中温分离CFB锅炉存在有一个最佳的上二次风率k,使NOx排放浓度最小;根据本试验结果,在过量空气系数λ=1.2、二次风率β=45%的情况下,最佳的上二次风率k在55%~65%之间。

二次风改造和调整对燃用福建无烟煤循环流化床锅炉运行经济性的影响

先后对燃用福建无烟煤的DG75/3.82 11型循环流化床锅炉二次风机进行变频调速改造、量体定做高效节能型风机,并减小了二次风喷嘴截面面积,增强了二次风的穿透能力,改善了二次风的均匀混合效果,2台锅炉年平均飞灰含碳量下降了3.26个百分点。同时,二次风调整测试发现,在一次风量保持基本不变的条件下,随着二次风率的增加,飞灰含碳量开始明显减少;当二次风率在0.42左右时飞灰含碳量最低,然后飞灰含碳量随着二次风率的增加而增加。在过量空气系数λ不变的情况下,飞灰含碳量随着上、下二次风增加而减少,减少幅度逐渐收窄;当上、下二次风比超过1.3后,飞灰含碳量有所增加。在二次风率不变的情况下,灰渣比随着上、下二次风增加而减少,减少幅度逐渐收窄。

CFB锅炉燃用福建无烟煤二次风特性试验

为了研究燃烧福建无烟煤CFB锅炉二次风特性,在1台DG75/3.82-11型CFB锅炉上进行了工业热态试验,测试二次风率和上下二次风比变化对锅炉运行经济性和环保特性的影响。试验表明,对于燃用福建无烟煤的CFB锅炉,存在最佳二次风率和最佳上下二次风比,可使飞灰含碳量、炉渣含碳量、灰渣比等参数最佳,CO排放浓度、NOx排放浓度和SO2排放浓度也在合理的范围内。多年的运行实践也证明,保持二次风率在0.39～0.44、过量空气系数在1.25～1.30、上下二次风比为1.0～1.2之间,CFB锅炉的运行经济性和环保特性均可得到有效的保证。

燃用福建无烟煤CFB锅炉二次风率和上下二次风比的工业型试验

为研究燃烧福建煤CFB锅炉的最佳经济运行数据,通过对DG75/3.82-11型CFB锅炉进行了工业热态试验,测试二次风率和上下二次风比变化对锅炉运行经济性和环保特性的影响,结果发现:⑴维持过量空气系数和上、下二次风门开度不变,随着二次风率的增加,飞灰含碳量先下降后缓慢上升,炉渣含碳量小幅增加,灰渣比逐步减少且减幅收窄,CO排放浓度先减低再缓慢升高但变化量不大,SO2排放浓度略有升高,NOx排放浓度降低并趋于稳定;⑵保持过量空气系数和二次风率不变,随着上下二次风比的增加,飞灰含碳量先降低后缓慢升高,炉渣含碳量略有上升,灰渣比减少,SO2排放浓度小幅上升,NOx排放浓度降低;⑶过量空气系数较大时,对应的飞灰含碳量和炉渣含碳量较低,灰渣比较小,SO2排放浓度较小,NOx排放浓度较大。试验表明:对于燃用福建无烟煤的CFB锅炉,存在最佳二次风率和最佳上下二次风比,可使飞灰含碳量、炉渣含碳量、灰渣比等参数最佳,CO排放浓度、NOx排放浓度和SO2排放浓度也在合理的范围内。并经运行实践证明:保持二次风率在0.39～0.44、过量空气系数在1.25～1.30、上下二次风比为1.0～1.2之间,CFB锅炉的运行经济性和环保特性均可得到有效的保证。

二次风反切对大容量切向燃烧锅炉烟气偏差影响的数值研究

在发展一个三维计算程序的基础上研究了二次风反切对大容量切向燃烧锅炉烟气偏差的影响。数值模型应用在一个不同二次风反切工况下的 6 0 0MW切向燃烧炉。模型采用空度方法以较好地模拟复杂的屏式过热器结构 ,采用修正的非均分QUICK格式以有效减小伪扩散的影响 ,采用标准k ε模型来处理湍流。计算结果与试验数据吻合较好。模拟结果表明 ,烟气偏差成因于炉膛出口的残余旋转 ;二次风反切在一定程度上能有效地削弱炉膛出口的残余旋转 ,从而降低水平烟道的烟温偏差 ;但是过量反切可能会破坏炉内流场 ,并可能加大烟温偏差。因此必须优化反切角度与反切动量流率。该文认为合理的反切方式应该是无量纲准则数XJ为 1左右时的配风工况。

600 MW W型火焰锅炉拱上二次风低NO_x燃烧特性的数值模拟及优化

对一台600,MW W型火焰锅炉拱上QA/QC(A层二次风总流量与C层二次风总流量之比)二次风不同比例对锅炉燃烧及NOx排放影响进行了数值模拟,并对A、C二次风开度进行了工业试验研究.模拟结果与试验结果符合较好,模拟研究结果表明,随着QA/QC二次风比例减小,炉拱区域回流区增大,煤粉气流着火距离缩短,燃烧稳定性增强,下炉膛区域火焰充满度提高,平均温度增加;炉拱煤粉火焰下冲深度增加,煤粉燃尽率增加,飞灰含碳量降低;而在拱下着火及燃烧区的空气分级程度减弱,NOx生成和排放量增加.工业试验表明,增加A风开度时,尽管机械不完全燃烧损失减小,锅炉效率有所增加,但NOx排放量明显增加.随着炉拱C二次风开度的增加,不仅锅炉效率降低,NOx排放量也明显增加.兼顾燃烧设备安全性、建议在同类型锅炉优化运行时,尽量将A风及C风开度设置在10%,以下,有利于提高运行经济性和降低NOx排放量.

大型电厂锅炉二次风反切方式的数值研究

采用指数格式和虚拟时间步法对湍流流动的控制方程进行离散 ,用空度方法处理流场中的屏式受热面 ,而假扩散则由解析方法消除 ,用SIMPLEC算法求解离散代数方程。研究了某 2 0 2 3t/h锅炉冷态模型中二次风采用集中反切和分散反切两种反切方式时炉内流场的特点 ,计算结果与首次基金项目 :机械工业技术发展基金资助项目 ( 95JB110 1)。采用六线涡量探针测量得到的炉内流场进行了对比 ,两者基本吻合。对四角切向燃烧煤粉炉 (切向炉 )而言 ,引起水平烟道入口存在流速偏差的主要原因是角动量流率 (AMFR)在水平烟道入口尚有较大的残余。计算结果显示 ,由于两种反切方式下各自流场结构特点不同 ,因而AMFR在炉膛燃烧器区域的最大值不同 ,沿炉膛高度的衰减规律也不同 ,分散反切方式比集中反切方式更能有效地防止炉内气流贴壁 ,对降低水平烟道入口的流速偏差也是有效的。