基于位移等代法的深部直墙半圆拱形隧洞松动圈厚度预测

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象,根据位移等代法基本原理,利用FLAC~(3D)数值模拟和理论计算相结合的方式,建立了侧压系数λ为1.1~1.5,跨高比b_0/h为1.3~1.5条件下的等效圆半径函数关系式,并应用到江西曲江某煤矿水仓围岩的松动圈厚度预测。【结果】结果显示:根据等效圆公式计算出的水仓围岩松动圈的纵轴厚度为1.41 m,横轴为1.20 m,呈椭圆形;现场实测的松动圈也呈椭圆形,厚度平均值在1.15~1.45 m,其中最大均值在纵轴1.45 m,最小均值在横轴为1.15 m。理论预测值与实测值相吻合。【结论】结果表明:位移等代法适用于深部软岩松动圈厚度预测;所建等效圆半径公式具有良好的工程适用性,可为评价和预测类似隧洞工程松动圈厚度提供一种简化的、可借鉴的方法和思路。

600MW燃用褐煤新型墙式切圆锅炉燃烧性能分析

针对某台采用墙式切圆燃烧的600 MW超临界褐煤锅炉在实际运行中出现的水冷壁结焦、超温爆管等问题,采用冷热态计算机数值模拟方法进行了研究,并通过现场参数测试及系统优化调整对模拟结果的合理性进行验证。结果表明:锅炉炉膛出口左右侧存在速度与烟温偏差,燃尽风的投切对炉膛出口气流速度分布影响很大,具有很好的消旋作用。计算机数值模拟及现场的参数测试揭示了炉膛内部存在一个直径较大且稳定旋转的“高温火环”,一方面提高了锅炉高水分褐煤点火和稳燃性能,另一方面过高的一次风率和过大的切圆直径导致了水冷壁结焦和局部超温爆管,影响机组的安全稳定运行。研究结果和方法对同类型锅炉优化设计及运行提供了参考,为高效利用低热值、高水分、易结焦褐煤提供了新的思路。

贴壁风对300MW锅炉炉内燃烧影响的研究

为了防止燃烧器下流水冷壁发生高温腐蚀现象,在主燃区上部布置二次风喷口两侧布置贴壁风。利用流体仿真软件,对锅炉贴壁风工况下的炉内速度、温度及组分分布进行了数值模拟计算,重点分析贴壁风对切圆、侧壁区还原性气氛的影响。结果表明,贴壁风扩大了水冷壁区域的氧气覆盖范围,提高了氧气的浓度,降低了还原性气氛的浓度。贴壁风引入后速度场分布无明显变化,对燃烧无明显影响。

超临界墙式切圆锅炉低负荷燃烧特性

在新能源大规模消纳及国家双碳目标背景下,实现锅炉低负荷稳定燃烧对火力发电机组深度灵活调峰具有重要意义。以国内某660 MW超临界墙式切圆燃烧煤粉锅炉为研究对象,对锅炉进行了低负荷下多工况燃烧特性的数值模拟及试验验证,研究了不同燃烧组织方式对炉内燃烧气流速度、温度及氧浓度分布特性的影响。通过对燃烧器区域进行加密网格划分,提高模拟结果的准确性,数值模拟结果与试验结果偏差较小,说明其模拟结果可信。研究结果表明:30%低负荷下,墙式切圆锅炉通过开启底层燃烧器并进行合理配风,煤粉在炉内能形成良好的切圆流场并增加停留时间;同时,通过适当增加运行燃烧器的间距,能够实现炉内部热负荷分布均匀,为锅炉超低负荷下稳定燃烧提供了有利条件。结果表明,模拟提出的墙式切圆锅炉燃烧组织与运行策略合理,可保证锅炉30%低负荷下稳定燃烧及各项主蒸汽参数达到运行要求,结果为该类型超临界机组深度灵活调峰运行提供基础与依据。

1000MW超超临界双切圆混煤燃烧锅炉还原性气氛数值模拟

对某台1000 MW超超临界双切圆混煤燃烧锅炉的炉膛燃烧过程进行模拟,通过对比计算结果与现场试验结果,综合分析炉膛出口氧体积分数对炉内速度场、温度场、CO和H_(2)S体积分数场的影响。结果表明:随着出口氧体积分数的增加,气流偏转程度减弱,高温气体冲刷水冷壁的可能性减小,煤粉在主燃区内燃烧更充分,温度水平更高,较高的氧量会抑制炉内还原性气氛。还原性气体CO与H_(2)S存在强相关性,CO与H_(2)S的体积分数均随氧体积分数的增加而降低,这与氧化性气氛增强、CO对SO2的还原作用减弱有关。在满负荷条件下,炉膛出口氧体积分数从2.2%增至2.7%,在一定程度上能抑制CO和H_(2)S的生成,当出口氧体积分数增至3.0%以上时,这种抑制作用更明显。为降低锅炉高温腐蚀风险且兼顾NOx排放,在实际运行时应保证炉膛出口氧体积分数不低于3.0%。

600 MW超临界四角切圆燃煤锅炉燃烧过程数值模拟

燃煤发电仍将长期作为我国的主要发电方式之一,因此有必要针对国内最大的神府东胜煤田所产动力煤的燃烧过程开展全面且深入的研究。选取某电厂中燃烧神府东胜煤的超临界四角切圆燃煤锅炉为研究对象,采用Fluent软件开展数值模拟研究。研究结果表明:气流在炉内做顺时针螺旋上升运动,炉膛内气流充满度较好,流线分布情况较合理;气相温度场分布整体较稳定,燃烧温度水平合理,但在燃烧器区域存在火焰贴壁现象,导致该区域炉壁温度较高;气相速度场分布整体较稳定,竖直横截面左右分布较对称,但需注意控制气流切圆半径和增强燃尽风的扰动作用;CO与O_(2)的浓度分布存在一致性,表现为CO浓度高的区域O_(2)浓度较低,另外随着燃烧进行,CO浓度沿炉高方向逐渐减小;壁面热负荷分布不均匀,部分位置温度过高,有结渣的风险;炉内传热的主要方式为辐射换热。

运行参数对330 MW燃煤锅炉掺混燃烧准东煤的影响

为了缓解燃煤锅炉掺混燃烧准东煤引发结焦的问题,对某330 MW燃煤锅炉结构参数和满负荷运行参数进行数值模拟,研究理论切圆直径、一次风率、掺混准东煤比例等运行参数对炉内温度、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO x)分布的影响。结果表明:当理论切圆直径从580 mm增至1365 mm时,主燃区温度降低,屏底热力学温度降低27 K,C层燃烧器以下区域CO生成量增加,C层燃烧器以上区域CO生成量减少,出口一氧化氮(NO)排放量减少24.1%;当一次风率从20%增至35%时,炉内整体温度升高,屏底热力学温度上升32 K,CO生成量减小,出口NO排放量增加69.8%;当掺混准东煤质量分数从50%增至90%时,炉内整体温度升高,屏底热力学温度上升17 K,CO生成量减少,出口NO排放量减少9.9%;推荐的运行参数为理论切圆直径为900 mm,一次风率为25%,掺混准东煤质量分数为70%。

1000MW超超临界机组双切圆锅炉NO排放特性的数值模拟

对一台1000MW超超临界机组双切圆锅炉的燃烧过程进行数值模拟,分析过量空气系数、AA风率、燃烧器投运方式及锅炉负荷等因素对NO排放的影响特性。计算与分析结果表明:燃烧过程中,炉膛内形成2个旋向相反的椭圆形流场。在炉膛下部,温度场与流场表现出很好的协同性。随着高度的增加,温度场与流场的协同性不断减弱;根据NO浓度沿炉高方向的变化规律,可以将炉膛沿炉高分为浓度迅速升高、浓度迅速下降和浓度缓慢上升3个区段;过量空气系数越小,NO排放越少;AA风率越高,炉膛出口NO排放越少;燃烧器的投运方式是影响NO生成的一个关键因素,在各负荷下,与投入上部燃烧器相比,投入下部燃烧器时NO排放量少。

某1000MW超超临界双切圆锅炉燃烧特性的数值模拟与优化

使用realizable k-ε双方程模型,对一台1000MW超超临界机组双切圆锅炉的燃烧特性进行了数值模拟,研究了一、二次风速及喷口结构对锅炉热态流场、温度场分布的影响,对燃烧器原始结构及拟改进结构流场及温度场进行了比较。数值模拟结果表明:燃烧器拟改进结构情况燃烧过程中,炉膛内形成2个旋向相反的椭圆形温度场与流场。一、二次风速对炉内燃烧器区域热态流场影响较大,一次风速增大,切圆直径变小;二次风速增大,切圆直径变大。燃烧器喷口形状与布置方式不同时,炉内温度场变化较大。增大一次风喷口尺寸能够增加火焰刚性,可避免一次风速较低时火焰偏斜贴壁,为最佳改进方案。并与改进后试验结果进行了对比,获得了比较一致的结果。为PM型燃烧器设计和运行提供了一定的理论基础。

600MW四墙切圆燃烧超临界锅炉结焦防治技术

针对某电厂2号锅炉600 MW超临界机组严重结焦问题,在分析新型墙式切圆燃烧锅炉结构特点的基础上,采用试验与数值模拟相结合的方法,通过查看观火孔、逐一吹灰的方法判断出结焦位置不在较为常见的炉膛出口屏式过热器下部,而是在燃烧器喷口附近;分析认为炉内温度分布存在偏差、入炉煤灰熔点低、燃烧器区域截面热负荷高等是炉膛结焦的主要原因,并制定出防治措施,最终成功解决了2号锅炉严重结焦问题。该分析方法也可供其他炉型参考借鉴。

1GW单炉膛双切圆炉内煤粉燃烧过程的数值模拟

采用计算流体力学软件PHOENICS,选择合理的数学模型,对1台1GW超超临界单炉膛双切圆炉内的煤粉燃烧过程进行数值模拟,得出了炉内主燃区各截面上的速度场以及温度分布规律。结果表明,燃烧器布置在前后墙导致主燃区下﹑中层区域炉内气流为斜椭圆形,上部区域为长轴基本平行于两侧墙的椭圆形;温度在斜椭圆长轴所指的水冷壁附近局部区域较高,形成“热角”区域,在其它主燃区的水冷壁附近温度较低,且在温度较高的水冷壁附近均存在气流刷壁现象,热态运行时易形成高温腐蚀和结渣条件;针对这一问题,改变主燃区配风方式,因此,综合考虑结渣、焦炭燃尽效果以及NO排放量这几个因素,正宝塔配风方式下的工况较优。

炉膛火焰中心位置与下水冷壁出口壁温关系研究

针对某超临界600 MW机组四角切圆燃烧锅炉,通过三维数值模拟的方法,对炉内温度场与热负荷分布进行了计算分析,建立了炉膛火焰中心位置与下水冷壁出口壁温的关系模型,提出了一种基于现有水冷壁出口壁温测点,进行火焰中心位置判别的方法。结果表明:本文的模拟计算值与锅炉实际运行情况符合良好,说明本文所采用的计算模型基本正确,计算结果具有一定的准确性和可靠性;所提出的火焰中心位置判别方法简单可靠,仅需利用锅炉已有壁温测点,投资低且工程实用性强;该判别方法可帮助运行人员实时监测炉内火焰中心位置,并采取相应的调整措施以保证炉内的稳定燃烧,有效提高了机组的安全性与经济性。

四角切圆锅炉炉内燃烧数值模拟

为了研究不同负荷下炉内燃烧及污染物排放情况,基于Fluent软件对某台350MW四角切圆燃烧锅炉进行数值模拟,分析随着锅炉负荷的变化,炉内的流场、温度场、组分分布及污染物NO_x质量浓度分布。结果表明:炉内切圆明显,整个炉膛空间存在螺旋上升的流场;燃烧器区域温度最高,炉内温度随着炉膛高度增加而降低;随着负荷降低,炉内温度水平降低,30%额定负荷工况时炉内温度水平偏低,需要考虑炉内煤粉的引燃和稳燃问题;组分场分布与温度场有很大关系,高温区对应高CO浓度场和低CO_2浓度场;在炉膛高温区大量生成热力型NO_x,随着锅炉负荷降低,炉膛出口NO_x质量浓度逐渐降低。

电站锅炉燃烧特性的数值模拟

对 116 0t·h-1四角切圆电站锅炉的燃烧过程进行了数值模拟 ,燃烧器组采用常规直流煤粉燃烧器和低NOx煤粉燃烧器两种形式 .结果表明 ,大空间锅炉炉膛的速度场、温度场分布很不均匀 ;燃烧器上部附近的炉膛中心烟气上升速度最小 ,湍动能最大 ,温度最高 .烟气上升速度分布图形 ,在燃烧器区域为单峰形 ,即炉膛中心上升速度最大 ;在燃烧器上部为马鞍形 ,即截面环形区域的上升速度最大 .烟气温度分布图形 ,在燃烧器区域呈马鞍形 ,即中心区域和四周水冷壁附近的温度较低 ,截面环形区域的温度最高 ;在燃烧器上部区域为单峰形 ,即炉膛中心的温度最大 .水冷壁附近烟气温度的最大值 ,即结渣的可能区域位于旋转火焰的下游 .炉膛的切圆直径 ,在燃烧器区域随炉膛高度增大不断减小 ,至燃烧器上部附近急剧增大 ,之后随高度增大成一常数 .电站锅炉的常规直流煤粉燃烧器改造成低NOx 燃烧器时 ,炉膛的速度场、湍动能场、截面切圆直径和旋流强度以及温度场等保持不变 .

反切配风对大容量锅炉炉内流场特性影响的研究

通过实验测量和数值模拟研究了大容量锅炉的炉内流场特性。实验测量和数值模拟的结果完全吻合 ,并得出如下结论 :大容量锅炉的炉膛出口存在由残余旋转引起的速度偏差 ;大容量锅炉的燃烧器区域的实际切圆有贴壁倾向 ;二次风反切的配风方式可有效降低炉内旋转动量流率矩的水平 。

墙式切圆锅炉分级富氧燃烧对NO_x生成量影响的数值模拟

针对某电厂超临界660 MW机组墙式切圆燃煤锅炉,通过在空气分级燃烧技术上运用富氧燃烧的方法,对炉内温度场以及NO_x排放特性进行了数值模拟研究。结果表明:在25%、28%、30%富氧工况下,30%富氧工况表现出与电厂实际空气工况运行下良好的一致性,且炉膛火焰充满度更好,比采用空气分级燃烧稳定;再循环烟气中高摩尔分数的CO_2与煤焦反应加剧了还原性气氛,且煤粉气流在还原区停留时间的增大提高了NO_x污染物向N_2的转化,减少了NO_x生成量;墙式切圆燃烧煤粉锅炉采用分级富氧燃烧后炉膛出口NO_x生成量由原来的236 mg/m^3降低为125 mg/m^3,较空气分级燃烧降低了47.03%。

600MW超超临界墙式切圆锅炉炉内流动与燃烧特性研究

采用数值模拟与现场试验相结合的方法对某电厂600 MW超超临界墙式切圆锅炉的炉内燃料的流动和燃烧进行了研究,着重研究了其炉内空气动力场、温度场、组分场、颗粒轨迹以及壁面热负荷分布等。结果表明:炉内速度分布均匀、炉内火焰中心位置合适以及燃烧状况良好。数值模拟和试验相结合的方法,既能从微观上了解炉膛内的燃烧状况,又能从宏观上把握锅炉的性能,从而为锅炉的经济安全运行提供技术支持。

切圆方式对锅炉燃烧特性影响数值模拟

以某电厂四墙切圆燃烧锅炉为工程原型搭建模型,并在该锅炉模型基础上通过改变燃烧器组的位置,形成四角切圆燃烧方式的锅炉模型。通过数值模拟的方法研究了四墙切圆燃烧和四角切圆燃烧的炉内空气动力场、温度场及组分场,分析了2种不同切圆燃烧方式的燃烧特性和烟气成分分布特性,对燃烧稳定性、未燃尽度、温度偏差及污染排放等综合性能上进行了对比。结果表明,四墙切圆燃烧在气流组织的均匀性、未燃尽度、温度偏差及污染排放等综合性能优于四角切圆燃烧,可为切圆燃烧锅炉的选型提供参考。

锅炉燃烧切圆反转的数值模拟分析及处理

某发电机组的1 025t/h锅炉在实际运行中燃烧切圆旋转方向与设计方向相反。通过对燃烧器内的流动过程进行数值模拟分析,并对炉内空气动力场进行动量平衡计算,认为其主要原因是炉膛中心的动量矩与切圆的设计旋转方向相反。对此,经运行调整各次风压,恢复了切圆转向,并将原扭转隔板式WR燃烧器改造为带百叶窗式浓缩器的浓淡风煤粉燃烧器后,锅炉燃烧稳定。

300 MW四角切圆锅炉燃烧器优化改造数值模拟

针对某电厂300 MW四角切圆锅炉高温腐蚀严重、NOx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、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。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。