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600MW超超临界墙式切圆锅炉炉内燃烧过程数值模拟

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600MW超临界直流W火焰锅炉的燃烧调整

600MW超临界直流W火焰锅炉的燃烧调整
科 学 发 展
黄建钱
摘
彀姆与嫡嘎
６ ０ ０ ＭＷ 超临界直流 Ｗ 火焰锅炉的燃烧调整
（ 威信 云投 粤 电扎西能源有限 公司 云南 威信 ６ ５ ７ ９ ０ ３ ） 要： 通 过了解 我｝ － ６ ０ ０ ＭＷ超临界直流ｗ火焰锅 炉的运 行情况 以及对 已经投运 的同类型锅炉的表现 ， 提出对６ ０ ０ Ｍ Ｗ超 临界直流ｗ火焰锅炉 的燃 烧调整 的对策及建议， 优化我厂锅炉的燃烧 ， 提 高效率 。 关键词 ： ６ ０ ０ ＭＷ Ｗ火焰锅炉 燃烧 调整
碳量 ， 提高了锅炉效率。 ３ ． ２调 整 制 粉 系 统 自 调试 以来，我厂制粉系统存在磨煤机 出口风温偏低、磨运行方式不
当、 磨煤机出 口 分离器易堵塞易引起超温等 问题。 ３ ． ２ ． １ 提高磨煤机 出口风温 磨煤机出 口风温偏低， 会影响煤粉的着火并延长煤粉 的燃尽 时间， 造成 火焰 中心上移而引起超温及大渣和飞灰含碳量高等问题 。我厂调试初期 磨
１前言
挡板则关小至４ ０ ， － ． ４ ５ ％ ， 前后墙风量 比 例约为１ ． ３ ： １ 。 并且炉膛两侧 的Ｆ 挡板较
我厂＃ １ 、 ２ 锅炉均 为东方锅炉厂生产 的 ｗ 型６ ｏ ０ Ｍｗ超临界直流锅 炉。 锅
炉共有２ ４ 只专门用于燃烧无烟煤 的双旋风煤粉浓缩燃烧器，前后拱各布置 １ ２ 只 。使用６ 台正压直吹式双进双 出钢球磨煤机， 每 台磨煤机对应 四个燃烧
会超过５ ５ ０ ￣ Ｃ（ 设计最高允许 温度为５ ０ ２ ＂ Ｃ ） 。锅炉受热面的长期超温或短 时 严 重超温 ， 带来 了锅炉受热面超温爆管以及 水冷壁 拉裂 的风 险。我 厂≠ ｛ １ 、 ２ 锅炉均 出现 因受热面超温爆管而被迫停运 的情况。

600MW超临界锅炉折焰角斜坡积灰数值模拟研究 刘帅

600MW超临界锅炉折焰角斜坡积灰数值模拟研究 刘帅

600MW超临界锅炉折焰角斜坡积灰数值模拟研究刘帅摘要：超临界锅炉运行时，经常发生受热面积灰现象，折焰角和水平烟道是最易积灰的地方。

某600MW 超临界机组锅炉，折焰角斜坡积灰严重，造成运行中垮灰和炉膛负压波动。

借助FLUENT软件，模拟研究炉内空气动力特性，根据模拟分析预测折烟角处积灰状况，并提出控制积灰的方案。

关键词：锅炉；折焰角；积灰；数值模拟；控制方案0 引言某600MW超临界燃煤机组，锅炉为一次中间再热、滑压运行的超临界直流炉。

投产运行后，发现折焰角上方高温对流过热器和高温再热器下部受热面被积灰所覆盖，折焰角处积灰更严重。

这不但影响受热面的吸热，降低锅炉的效率，而且运行中发生垮灰，对机组的安全运行造成严重威胁。

经过对有关设备进行一定的调整，优化锅炉的燃烧调整、启停及运行状况。

避免锅炉受热面积灰[1]，使锅炉能够安全、经济、稳定运行。

1 积灰的主要原因在燃烧产物流动时，流体中所携带的固体粒子、腐蚀性物质沉积或粘附在固体壁面，形成污垢即积灰[2]。

受热面积灰的程度和类型由设备运行条件、管道壁温和煤的类型等决定。

受热面的积灰是物质动量、能量和质量相互传递作用导致。

烟气中的污垢向固—流交界面的流动，以及烟气中的污垢在管道壁面的附着，则在锅炉受热面形成污垢的沉积。

污垢的流动和附着共同决定积灰，在一定的条件下控制污垢的沉积形成过程，可以改变受热面积灰程度。

1.1 折焰角的存在在锅炉内产生的烟气流经炉膛出口时，由于折焰角而导致烟气在其下部发生急剧转向，在此处有明显的回流区。

回流区的中心位置会随着折焰角倾角的增大而后移，回流区的高度不断降低。

因此，烟气在折焰角的贴壁低速与回流是导致其斜坡积灰的主要原因，积灰的程度与折焰角倾角相关[3]。

此锅炉折焰角前后段倾角分别为35°和20°，在其斜坡处必然存在积灰现象。

1.2 受热面布置不合理锅炉受热面布置不合理，烟气流速将较低。

机组运行时，折焰角附近布置的竖直受热面，在整体上将会起到削弱烟气回流的作用。

600MW超超临界燃煤发电机组锅炉制粉及燃烧系统设计(淮南煤)毕业设计

600MW超超临界燃煤发电机组锅炉制粉及燃烧系统设计(淮南煤)毕业设计

南京工程学院毕业设计说明书(论文)作者：学号：系部：专业：热能与动力工程题目：600MW超超临界燃煤发电机组锅炉制粉及燃烧系统设计（淮南煤）指导者：讲师评阅者：讲师2016 年5月南京毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书外文摘要目录前言..... .. (1)第一章制粉系统与燃烧系统简介 (2)1.1 制粉系统简介 (2)1.2 煤粉燃烧器简介 (3)第二章主要设计参数及辅助计算 (5)2.1 原始数据 (5)2.2 辅助计算： (6)2.3 锅炉热平衡计算： (7)第三章制粉系统和磨煤机的选择 (9)3.1 选择依据 (9)3.2 制粉系统和磨煤机的选型 (9)第四章制粉系统的热力计算 (14)4.1 一般原则 (14)4.2中速磨煤机直吹式制粉系统的热力计算 (14)4.3双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统的热力计算 (19)第五章制粉系统的空气动力计算 (25)5.1基本原则 (25)5.2中速磨直吹式制粉系统的空气动力计算 (25)第六章制粉系统管道设计与计算 (27)6.1制粉系统管道设计原则 (27)6.2直吹式制粉系统设计计算 (27)6.3双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统管道设计计算及布置 (35)第七章制粉系统辅助设备的选择及设计 (44)7.1 原煤仓 (44)7.2 给煤机 (45)7.3 粗粉分离器 (45)7.4 细粉分离器 (46)7.5节流元件 (47)7.6制粉系统的风机 (47)第八章直吹式制粉系统两种磨煤机的比较分析 (51)第九章燃烧器的设计计算 (52)9.1 燃烧器设计原则 (52)9.2 燃烧器的选型与布置方式 (52)9.3 燃烧器的设计计算 (53)9.4 燃烧器结构设计 (56)第十章总结 (59)10.1本次设计成果 (59)10.2本次设计存在的不足 (59)参考文献 (60)致谢..... (61)附录..... (62)前言经济的快速发展使中国电力行业面临环境保护、资源节约、资源的合理开发与有效利用等多种压力。

660MW超临界“π”型炉四墙切圆燃烧模拟研究

660MW超临界“π”型炉四墙切圆燃烧模拟研究

660MW超临界“π”型炉四墙切圆燃烧模拟研究张立权;王建国;王存厚【摘要】为研究水冷壁高温腐蚀对锅炉运行的影响,对某660 MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀问题进行数值模拟,在保持切圆直径不变,通过改变切圆方式,采用新型墙式切圆进行模拟,比较不同位置切圆下炉内切圆位置.研究结果表明:在相同切圆直径与配风方式下,墙式切圆相对于角式切圆,炉内冷态速度场更加流畅稳定,且炉内最高温度有所降低;气氛浓度场中C2墙小面积区域仍存在高温腐蚀,其他墙水冷壁附近还原性气体CO与腐蚀性气体H2S有效降低在安全值以下.【期刊名称】《青海电力》【年(卷),期】2018(037)002【总页数】7页(P11-17)【关键词】超临界直流锅炉;数值模拟;高温腐蚀;墙式切圆燃烧【作者】张立权;王建国;王存厚【作者单位】河北建投宣化热电有限公司,河北张家口075000;河北建投宣化热电有限公司,河北张家口075000;河北建投宣化热电有限公司,河北张家口075000【正文语种】中文【中图分类】TM621.20 引言随着锅炉大容量、高参数化，常用直流燃烧器出现一些问题：锅炉容量增加，炉膛截面也相应增大，炉内温度场、空气动力场不均匀性问题更加突出。

由于配风不合理，一次风煤粉气流贴壁，常常出现严重的水冷壁高温腐蚀等问题。

高温腐蚀主要发生在燃用贫煤与无烟煤的锅炉受热面上，目前根据统计〔1〕数据，暂无发现燃用烟煤机组出现高温腐蚀的情况。

姜秀民等〔2〕对某四角切圆锅炉燃尽风不同形式进行了数值模拟，并用模拟结果指导实际运行情况；曾令大〔3〕通过FLUENT模拟对比四墙切圆与四角切圆燃烧方式的优缺点；在保持相同切圆直径及相同运行条件下，墙式切圆燃烧方式炉内流场更加稳定，气流不易受到水冷壁影响而贴壁，有利于防止水冷壁结焦，并与现场测试相吻合；司金茹等〔4,5〕对某600 MW超超临界锅炉机组进行四墙切圆数值模拟，结果表明:四墙切圆燃烧方式中炉膛中心火焰充满度高，炉膛出口烟温偏差小，更有利于锅炉安全经济运行。

600MW超临界直流锅炉的燃烧优化调整试验(姚孟 )

600MW超临界直流锅炉的燃烧优化调整试验(姚孟 )

600MW超临界直流锅炉的燃烧优化调整试验万新福平顶山姚孟发电有限责任公司467031摘要：姚电公司600MW超临界锅炉的设计煤种为平顶山烟煤，投产后锅炉炉膛沾污结渣严重，排烟温度偏高，曾发生坠落渣块，砸伤捞渣机事件，严重影响了机组安全经济运行，针对这一课题，姚电公司开展燃烧优化试验，通过制粉系统、燃烧配风等优化调整，使锅炉的安全经济性得以提高。

关键词：锅炉；燃烧；优化1 600MW超临界直流锅炉简介姚孟发电公司5号锅炉为为东方锅炉厂引进日本技术制造的国产超临界滑压运行直流锅炉，锅炉型号DG1900/25.4-Ⅱ1型，单炉膛，一次中间再热，尾部双烟道结构。

本锅炉为固态排渣，全钢构架，全悬吊露天布置，采用内置式启动分离系统，锅炉主要设计参数见表1，煤质特性见表2。

2、600MW超临界直流锅炉燃烧调整试验结果及分析燃烧优化调整的目的是在实际煤质条件下（低位发热量4100MJ/kg左右），优化锅炉运行方式和参数，减少炉膛结渣，提高锅炉热效率。

2.1 制粉系统运行优化为了掌握磨煤机实际运行状况和解决锅炉结焦，对所有投运的磨煤机进行煤粉取样和一次风速测量及其调平。

数据标明，一次风速存在风速偏高现象，通过对一次风速的调平，使得各粉管中一次风速的偏差在带粉状态下，控制在±10%以内，提高煤粉的燃尽程度和避免对受热面的冲刷。

煤粉细度分析结果见下表3，试验结果表明，煤粉细度基本在设计范围之内，（即R90<18.4%），同时考虑到之前所作的摸底试验中飞灰可燃物含量较低，在0.36%～2.03 %之间，可以认为煤粉细度在目前状况下比较合理，无须进行调整。

2.2 燃烧器旋流强度调整针对5号锅炉燃烧器口附近有挂焦的现象，对所有燃烧器外二次风的旋流角度进行了调整，调后旋流角度规律性强并有针对性，调整记录见表4。

经过调后多天的观察，渣中掉焦现象明显减少，同时运行氧量和过热器、再热器出口汽温也较前期工况易于调平，这样使得锅炉运行的安全性大大地得到了提高。

600MW超临界燃煤锅炉燃烧优化的数值模拟的开题报告

600MW超临界燃煤锅炉燃烧优化的数值模拟的开题报告

600MW超临界燃煤锅炉燃烧优化的数值模拟的开题报告一、选题背景和意义煤炭作为我国主要的能源来源，是实现能源供应稳定和经济社会可持续发展的重要基础。

目前，我国燃煤锅炉的装机容量已经超过1.5亿千瓦，占全球的40%以上，但同时也带来了严重的环境污染和资源消耗问题。

烟气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等对环境和人类健康造成极大的威胁，如何减少燃煤锅炉的排放成为当务之急。

为了减少燃煤锅炉的排放，对其燃烧过程进行优化是最直接有效的途径之一。

数值模拟技术作为一种有效的手段，可以模拟锅炉燃烧过程中涉及的燃料燃烧、烟气流动、传热传质等多个物理过程，并从各方面对锅炉燃烧进行参数优化，提高燃烧效率，减少排放。

二、研究内容和方法本文以600MW超临界燃煤锅炉为研究对象，采用计算流体力学（CFD）数值模拟技术，对锅炉内的燃烧过程进行模拟和分析，优化其燃烧效率和降低其排放。

1.建立数值模型针对600MW超临界燃煤锅炉进行建模，对其内部的燃烧区域、燃料供给系统、烟道系统等进行几何建模，并通过网格划分技术将空间离散化，形成基于空间的计算网格。

2.求解动力学方程组采用CFD技术求解锅炉内部的动力学方程组（包括质量方程、能量方程、动量方程和物质转移方程），结合燃烧化学反应模型，计算燃料的燃烧过程和烟气的流动情况。

3.参数优化通过对模拟结果的分析，针对燃饼分布、空气分布、流场分布等进行参数优化，以提高锅炉燃烧效率和降低排放。

三、预期结果和意义通过本研究，可以得出600MW超临界燃煤锅炉的燃烧过程和烟气流动特性，分析锅炉性能和污染排放情况，并针对性的进行参数优化，提高锅炉的燃烧效率和降低排放，具有重要的实际应用价值，对我国的资源消耗和环境保护具有积极的意义。

600MW四角切圆锅炉空气分级燃烧降低NOx排放的数值模拟中期报告

600MW四角切圆锅炉空气分级燃烧降低NOx排放
的数值模拟中期报告
本数值模拟中期报告主要介绍了在600MW四角切圆锅炉空气分级燃烧技术中，采用数值模拟手段来降低NOx排放的研究进展。

具体内容如下：
首先，对锅炉燃烧过程进行了数值模拟。

使用ANSYS FLUENT软件对流场、燃烧及NOx生成进行了模拟，获得了锅炉内部流场分布和燃烧特性。

结果表明，锅炉内部流场复杂，燃烧不充分，NOx生成量较高。

接着，引入空气分级燃烧技术。

通过将燃烧空气划分为多个级别，并对不同级别的空气进行调节，使得燃料的燃烧过程更加完善，同时控制NOx的生成。

数值模拟结果表明，空气分级燃烧技术可以有效降低NOx排放，同时提高锅炉的热效率。

最后，进行了参数优化的研究。

对空气分级燃烧技术中的关键参数进行了优化，包括燃烧室空气流速、流量比例等。

结果表明，适当的燃烧室空气流速和空气流量比例可以更好地控制NOx排放量，同时提高锅炉的燃烧效率。

综上所述，数值模拟手段可以为600MW四角切圆锅炉空气分级燃烧降低NOx排放提供有力支持。

接下来，我们将继续深入研究、优化空气分级燃烧技术，以实现更加环保、高效的锅炉燃烧。

不同配风方式下超临界墙式切圆锅炉燃烧特性的数值模拟分析

不同配风方式下超临界墙式切圆锅炉燃烧特性的数值模拟分析李应保;王东风【摘要】以华能营口电厂600 MW超临界墙式切圆燃烧锅炉为研究对象,采用计算流体力学仿真软件对在不同配风方式下锅炉炉膛内温度场和NOx质量浓度进行数值模拟分析.数值模拟结果表明:在一、二次风正宝塔式配风方式下,炉内温度分布状况理想,下二次风托粉效果好,锅炉内燃烧充分且无贴壁燃烧现象;另外,一、二次风正宝塔式配风方式结合燃尽风、附加风风量的调整,可以有效降低炉内NOx的生成量.以上结果对该类型锅炉运行、设计和改造具有指导价值.【期刊名称】《内蒙古电力技术》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】6页(P10-15)【关键词】墙式切圆锅炉;配风方式;温度场;氮氧化物;燃烧特性;数值模拟【作者】李应保;王东风【作者单位】华北电力大学河北省发电过程仿真与优化控制工程技术研究中心,河北保定 071003;华北电力大学河北省发电过程仿真与优化控制工程技术研究中心,河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TM621.2锅炉切圆燃烧方式具有射流刚性强、风粉混合程度高、适应煤种能力强等优点，但也存在因配风不合理导致的局部高温和氮氧化物排放浓度高等问题[1-2]。

本文以华能营口电厂600MW超临界墙式切圆燃烧锅炉为例，利用流体力学数值仿真软件Fluent模拟锅炉在不同一、二次风配风方式下炉内温度场的变化，确定锅炉的最佳配风方式，并对锅炉在不同燃尽风和附加风比例下NOx质量浓度进行模拟，获得有效控制NOx排放的配风方案。

华能营口电厂600 MW超临界机组采用HG-1795/26.15-YM1型锅炉，П型布置、单炉膛、全悬吊结构，炉膛宽17.67m，深17.60m，高54.04m。

燃烧系统采用三菱重工集团生产的低氮燃烧装置，炉膛自下而上分为主燃烧区、还原NOx区和燃尽区，如图1a所示。

主燃烧区由6层A-PM低氮燃烧器、10层二次风喷口和3层油枪喷口间隔布置，上方设有2层燃尽风喷口和2组附加风喷口，燃烧器布置如图1b所示。

600MW超临界W火焰锅炉燃烧调整探讨

600MW超临界W火焰锅炉燃烧调整探讨发布时间：2022-08-02T06:36:51.869Z 来源：《科学与技术》2022年3月6期作者：陈宇斌[导读] 介绍哈尔滨600MW锅炉配置的直流狭缝式燃烧器基本情况，探索燃烧调整技术新思路，陈宇斌贵州华电塘寨发电有限公司贵州清镇 551400【摘要】介绍哈尔滨600MW锅炉配置的直流狭缝式燃烧器基本情况，探索燃烧调整技术新思路，深入燃烧火距测量、CO调整控制指标，寻求提升锅炉运行经济节能效益的途径，为火电锅炉运行调整技术提供交流和借鉴。

关键词：锅炉燃烧器；着火测距；CO调整；一、概述伴随我国电力能源供给侧蓬勃发展，火电、风光电互补发电势头日趋明显，火电机组面临深度调峰、锅炉燃用煤质偏离设计值、超临界机组主流地位显著增强，各煤电企业降低机组能耗指标途径亟待优化，尤其是600MW及以上大容量燃煤机组和新技术所占比例不断提高，对其燃烧调整经济运行的探究更加迫切。

为了不断寻求燃煤机组安全经济的运行调整新途径，发挥超临界大机组经济适应性和灵活性显得尤为重要，而锅炉燃烧调整是实现火电企业能耗改善的关键性基础工作。

本文针对贵州华电塘寨发电有限公司（以下简称塘寨公司）600MW锅炉燃烧调整技术进行探讨，旨在不断精益锅炉燃烧调整的新思路、新方法，以提高机组能耗指标运行调控技术水平。

二、锅炉设备概况塘寨公司600MW机组是贵州第一批投产600MW超临界机组，属于贵州电网主力机组，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1900/25.4-WM10型，一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉。

本锅炉采用W型火焰燃烧方式，制粉系统配有6台BBD4360双进双出磨煤机直吹式一次风机制粉系统，煤粉细度R90=7%。

炉膛几何为下炉膛八角形，上炉膛为四角型，采用直流缝隙式燃烧器，共24只直流狭缝式燃烧器（48个喷口）。

来自磨煤机风粉混合物经分离器进行浓淡分离，形成浓淡两股气流送入炉膛。

600MW


过 在燃 烧器 喷 口加装 导 流 板 将 Ａ、 Ｄ、 Ｅ 、 Ｆ 层 燃 烧器 喷 口改为 向炉 膛 温低容易造成汽轮机末级 叶片受到水冲蚀， 严重时影响末级 叶片强 中心偏 转２ ０ 。 ， ＃ｌ 炉 空气动力场试验结果表 明ＡＢ 层 强风环直径为 度， 甚至断裂 ， 严重 影响了汽 轮机 的安全运行 。 １ ４ ｍ， Ｅ Ｆ 层强风环直径 １ ０ ｍ， 比改 造 前 减 小 。 改造后 ， 锅 炉 切 圆燃 烧
３ ． ４ 提 高过 热度 有利 于提 高主 汽 温度， 在 垂直 水冷 壁管壁 温 单炉膛 、 一次 中间再热、 墙 式切圆燃烧 、 平衡通风 、 紧身封 闭、 干排渣、 度 不超过 ４ ４ ０ ￣ （ ２ 情 况 下， 尽量提 高过 热 度 全钢构架 、 全悬 吊结构 ｎ型布置 、 带启动循环泵的变压运行直流锅 ３ ． ５调 节二 次风 配 风 方式及 燃 烬 风 开度 炉。 实 施情况 ： 二次风配风方式采用均等配风或宝塔型配风 ， 燃 烧 锅炉呈“ 兀” 型布置方式 ， 炉膛上部布置有分 隔屏 ， 水平汽 温 的措 施
３ ． １磨 煤机 投 运 方 式， 尽 量投 运 上层 磨 以提 高火 焰 中心
由入炉煤热值在 ３ ２ ０ ０ ｋ ｃ ａ ］ ． ／ ｋ ｇ ， 界于设计煤种和校核煤种之 间， 移， 过热器 、 再 热器 换 热量 又增 多 ， 因此 主 、 再热汽温均能够达到设 满负荷煤量 约在３ ７ ０ ～３ ８ ０ ｔ ／ ｈ， 磨煤机 出力 又达不 到设计 出力８ Ｏ ｒ ／ 计 值。 ｈ， 满 负荷 情 况 下 必 须６ 台磨 煤 机 运 行 。 通过一个月 的运行 ， 机组负荷在３ ６ ０ ～４ ５ ０ ＭＷ ， 磨煤机运行方 ４结 语 式一直 为上５ 层磨运行 ， 主汽温勉强维持在５ ５ ０ ￣ Ｃ， 但在上层制粉 系 统停运检修 时 ， 主 汽 温 便 下 降到 ５ Ｉ Ｏ ＇ Ｃ以下 。 通过本次燃烧调整试验可知 ， 各层 磨煤 机出力、 二次风配风均 能在一定程度上 提高主再热 汽温 ， 但影响最大 的是 切圆半径的大 ３ ． ２ 根 据煤 粉 细度设 计值 ９ ０ 为３ ５ ％） 调 整各 台磨煤 机 的折 小 。 墙式切 圆燃烧的锅炉与四角切 圆燃烧的锅炉一样 ， 在锅炉设计 向挡 板 时假象切 圆半径 不能过大 ， 如 果运 行中发现切圆半径 过大 ， 则可以
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II
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
In the second part, the non-premixed combustion which accounts for the detailed pyrolysis product was adopted. From the comparision with the simulation method which doesn’t account for water in coal, we can draw the conclusion that the gradient of temperature of the primary air is lowered as well as the gradient of oxygen. The extent of high temperature in the cross section of the main combustion zone is reduced. Water in coal has important influence on the attenuation of the primary air. From the comparision with the thermal calculation, we can get that the traditional fuel definition method is in accordance with thermal calculation. The comparision of the simulation in 3# boiler of Yuan Baoshan with experiment shows, experiment is in accordance with simulation, which proves the reliable of the simulation. In the third part, new method in the second part was used to simulate the lignite combustion, and the results show that the circle is entirely formed, large enough. The water has influence in the beginning stage of coal combustion, but large high temperature zone can still ensure the burnout of coal. Horizental staged combustion can decrease the concentration of NO by 10% at the outlet of the furnace. With the increase of the primary velocity, the distance of ignition increases, which is unfavorable for the ignition of coal, furthermore, the decrease of average temperature is unfavorable for the burnout. NO concentration at the outlet of the furnace increases. Low primary ratio is the priority choice. Wall-tangentiallly fired boiler can control the tangential circle effectively. When reduce the tangential circle, the extent of high temperature is enlarged, so combustion becomes more concentrated and the temperature at the outlet of the furnace increases. The velocity in the neighbourhood of water wall decreases. Keywords Wall-tangentilly fired boiler; Coal combustion; Numerical simulation; Pyrogenation
Candidate： Supervisor： Academic Degree Applied for： Specialty： Date of Oral Examination： University：
Liu Dunyu Prof. Wu Shaohua Master of Engineering Thermal Energy Engineering July, 2010 Harbin Institute of Technology
图书分类号：TK224 U.D.C.: 621.18
工学硕士学位论文
600MW 超超临界墙式切圆锅炉炉内 燃烧过程数值模拟
硕 士 研 究 生： 刘敦禹 导 师： 吴少华教授 申Байду номын сангаас学位级别： 工学硕士 学 科 、 专 业： 热能工程 所 在 单 位： 能源科学与工程学院 答 辩 日 期： 2010 年 7 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学
Classified Index：TK224 U.D.C.: 621.18
Dissertation for the Degree of Master in Engineering NUMERICAL SIMULATION OF COMBUSTION PROCESSES IN 600MW ULTRA SUPERCRITICLE WALLTANGENTIALLY FIRED BOILERS
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘
要
墙式切圆燃烧是一种新型的切圆燃烧方式，本文在计算流体力学 （CFD）软件 Fluent6.3 平台上，分别模拟燃用烟煤和褐煤的 600MW 墙式切圆 锅炉炉内燃烧过程。计算中气相湍流流动模型采用可实现的 k-ε 双方程模型， 气固两相流动模型采用随机轨道模型，辐射换热模型采用 P-1 辐射模型，挥发 分燃烧模型采用混合分数 PDF 方法，焦炭燃烧采用扩散动力模型。 本文的第一部分模拟了墙式切圆烟煤锅炉的空气动力场、温度分布、炉 内组分分布、SOFA 风率对氮氧化物生成以及炉膛出口烟温偏差的影响和壁面 热负荷分布。结果表明：炉内切圆形成良好，充满度高，炉内温度较高的区域 集中靠近壁面附近，在炉膛内部不存在温度较低区域，炉内燃尽程度高。主燃 烧区氧浓度较低，在靠近喷口不远处氧气就会耗尽，而炉内 CO 浓度较高，有 利于降低氮氧化物的生成。组织空气分级低氮燃烧技术的关键为主燃区焦炭燃 烧在缺氧条件下进行， SOFA 区域氧浓度不能太高，合理的优化主燃区与 SOFA 区氧量配比是关键。SOFA 风率的增加炉内温度分布趋于均匀，炉膛出 口 NO 浓度并不是随着 SOFA 风率的增大而单调减小，而是在 25% SOFA 风率 下，NOx 排放量最小。炉膛出口烟温偏差在 15% SOFA 风率下为最大 60K，烟 温偏差不大。壁面热负荷沿宽度方向的分布呈现 V 形，W 形和 U 形。 本文的第二部分模拟采用了考虑热解成分的非预混燃烧方法，通过与未考 虑水分的模拟方法比较可知：一次风射流温度梯度减小，氧浓度梯度减小，主 燃区横截面高温区范围减小，考虑水分对于一次风的射流衰减产生重要的影 响。通过与热力计算的比较可知：传统燃料定义方法在炉膛出口烟气成分上与 热力计算相吻合。通过对元宝山 3#炉的模拟与实验值的对比可知，实验值与模 拟值吻合良好，证明了数值模拟的可靠性。 本文第三部分采用第二部分的新方法来模拟褐煤燃烧，模拟结果表明： 切圆规整，火焰充满度好，水分影响了煤粉初期的燃烧，但较大的高温区仍能 够保证煤粉的充分燃尽。水平浓淡燃烧方式降低炉膛出口 NO 浓度约 10%。增 大一次风速后，煤粉着火距离增大，不利于煤粉的着火，并且平均温度降低不 利于煤粉的燃尽，炉膛出口 NO 浓度增加，因此优先选择较低一次风率。墙式 切圆锅炉能有效的控制炉内切圆直径的大小。减小切圆直径后，炉内高温区变 大，燃烧更加集中，炉膛出口温度有所增加，炉膛壁面贴壁风速减小。 关键词 墙式切圆锅炉；煤粉燃烧；数值模拟；热解
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Wall-tangential firing is a new tangentially fired approach. Based on the platform of CFD software Fluent 6.3, the combustion processes in 600MW walltangentil bitumite-fired and lignite-fired boiler were simulated separately. In the simulation, we adopted general simulation models. The Realizable k-ε two equations turbulent model was used to simulate the turbulence. The stochastic tracking model was applied to analyze the gas-solid flow field. The P-1 model was applied to simulate radiation. Two competing reaction model was used to simulate the devolatilization process. Probability Density Function (PDF) was used to model the combustion of volatile. Diffusion-kinetics model was used to simulate char combustion. In the first part, air dynamic field, temprature field, the distribution of different species in the boiler, distribution of heat flux to wall, the influence of SOFA ratios on the production of NOx and deviation of temperature at the outlet of the furnace were simulated in the wall tangential bitumite-fired boiler. The result shows, the tangential circle is entirely formed, and large enough. The high temperature zone is concentrated in the neighbourhood of water wall. Low temperature zone doesn’t exist in the furnace, and burnout ratio is quite high. The concentration of oxygen in the main combustion zone is quite low, and it is consumed entirely quite close to the nozzles, in addition, concentration of carbon monoxide is quite high, both are favorable for lowering the production of NOx. The key for organizing air staged low NOx combustion is that char combust under the condition of lean oxygen in main combustion zone. The concentration of oxygen in SOFA zone shouldn’t be too high, so the key for low NOx technique is the optimization of oxygen ratios between main combustion zone and SOFA zone. The temperature in the furnace along the height tends to be more even with the increase of the SOFA ratio. The concentration of NO isn’t monotonically reduced with the increase of SOFA ratio. The emission of NOx is the lowest when the ratio of SOFA is 25%. The deviation at the outlet of the furnace reaches its maxmum 60K when the ratio of SOFA is 15%, so the deviation is not quite large. Heat flux to the water wall has three different distributions which are in the form of V, W and U.