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第20卷第3期上海工程技术大学学报Vol.20No.32006年9月JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITYOFENGINEERINGSCIENCESept.2006文章编号:1009-444X(2006)03-0193-05旋流燃烧锅炉炉内流场的数值研究11211匡江红,何法江,曹汉鼎,陈帅,张志英(1.上海工程技术大学机械工程学院,上海201620;2.上海发电设备成套设计研究所,上海200240)摘要:某电站2@600MW机组锅炉采用了轴向旋流燃烧器,前后墙布置,对冲燃烧。为了更好地了解旋流燃烧锅炉的性能,采用数值模拟的方法对该锅炉炉膛内的流场进行了分析计算。结果表明:采用旋流燃烧器,在锅炉炉膛出口沿宽度的流场分布相对较均匀,仅在两侧速度稍大。另外停投不同层的燃烧器时,对炉内空气动力场及炉膛出口流场影响不大。关键词:电站锅炉;旋流燃烧器;流场;数值模拟中图分类号:TK223.23文献标志码:ANumericalSimulationofFlowFieldinFurnaceofBoilerwithSwirlingBurners11211KUANGJiang-hong,HEFa-jiang,CAOHan-ding,CHENShuai,ZHANGZh-iying(1.MechanicalEngineeringDepartment,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai201620,China;2.ShanghaiPowerEquipmentResearchInstitute,Shanghai200240,China)Abstract:Swirlingburnersareusedintheboilersofacertain2@600MWpowerstation.Theburnersarear-rangedinbothfrontandbackwalls.Tolearntheperformanceoftheboilerswithswirlingburners,numericalsimulationwasusedtoanalyzeandcalculatetheflowfieldinthefurnaceoftheboiler.Theresultsindicatethatiftheswirlingburnersareused,thedistributionoftheflowfieldalongthewidthoftheboilerisrelativelyuniformexceptnearbothsidesofthefurnacewherethevelocitiesareslightlyhigh.Besides,ifdifferentlayersoftheburnersareoutofservice,therewillbelittleinfluenceontheflowfieldofthefurnaceandtheoutletofthefurnace.Keywords:powerstationboiler;swirlingburner;coldstateflowfield;numericalsimulation由于直流燃烧器四角切圆燃烧方式具备着火流燃烧器四角切圆燃烧方式。但是采用四角切圆条件优越而后期混合强烈的优点,且可根据不同燃燃烧方式时,由于炉膛出口烟气残余旋转的影响,会料在设计时控制二次风混入的迟早,以满足不同燃引起水平烟道两侧存在一定的速度偏差和温度偏[2]料对混合的不同要求,改善燃尽程度,对煤种的适差,不可避免造成沿烟道宽度方向的热偏差。而[1]应性广,因此目前国内80%的电站锅炉采用直近年来,随着国家环保力度的加大,电厂NOx的排收稿日期:2006-06-05作者简介:匡江红(1967-),女,江苏宜兴人,副教授,硕士,研究方向为热能与动力工程. #194#上海工程技术大学学报第20卷放控制日益强调,能抑制锅炉NOx生成的低NOx悬吊结构、0型布置。锅炉蒸发量为1970t/h,过[3]热蒸汽出口温度为571e,压力为25.4MPa。锅炉旋流燃烧器开始在电站锅炉上投入使用。由于旋流燃烧器在国内应用相对较少,因此对总图如图1所示。锅炉燃烧器布置采用前后墙布[4]置,对冲燃烧方式。在锅炉前后墙上各布置3层其研究较少。本文采用数值模拟的方法对某电站旋流燃烧锅炉炉内的空气动力场进行了分析研究。(组)燃烧器,每层(组)各有5只低NOx轴向旋流燃烧器,共30只燃烧器。在最上层煤粉燃烧器上1锅炉及燃烧器介绍方,前后墙各布置1层燃尽风口,每侧布置5只,共10只燃尽风口,如图1和图2所示。采用6台中某电站的2台600MW锅炉为一次中间再热、速磨煤机,配正压直吹制粉系统,分别与前后墙共超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统6组燃烧器相对应。在任何5台磨煤机运行时,锅的本生直流锅炉,单炉膛、平衡通风、固态排渣、全炉能在BMCR(锅炉最大连续出力)下运行。图1锅炉总图Fig.1Boilergenerallayout图2前、后墙燃烧器布置及旋向图Fig.2Thearrangementandswirlingdirectionoftheburnersinfrontandbackwalls 第3期匡江红,等:旋流燃烧锅炉炉内流场的数值研究#195#燃烧器中的空气分为3股,即一次风、二次风即将原燃烧器中的二次风、三次风合并为二次风。和三次风。一次风为从磨煤机送来的经研制和干燥后的煤粉,通过一次风入口弯头进入燃烧器,再经一次风管进入炉膛。燃烧器的二次风和三次风由燃烧器风箱提供,每个燃烧器均有风量均衡挡板,使进入各个燃烧器的风量保持平衡。二次风和三次风通过燃烧器内同心的二次风、三次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛。燃烧器设中心风管,用以布置点火设备。一股小流量的中心风通过中心风管送入炉膛,以提供点火设备所需要的风量,并在点火设备停运时防止灰渣在此部位聚集。燃烧器上部的一层燃尽风口(OFA)的作用是补充燃料后期燃烧所需的空气,同时实现分级燃图3计算域烧,降低炉内的温度,抑制NOx的生成。Fig.3Calculatingzone2.2控制方程2物理与数学模型的建立由于锅炉炉膛内气流的流动为紊流流动,所以本文采用的控制方程为三维不可压缩黏性流体定2.1物理模型常流动的雷诺时均方程与Realizablek-E模型。本文针对锅炉炉膛进行空气动力场的数值模由于标准k-E模型用于强旋流时会出现失真,因拟。数值模拟为全尺寸三维模拟,计算区域按炉膛此本文采用了带旋流修正的Realizablek-E模型。和燃烧器实际结构尺寸确定。炉膛宽22.187m,深[5]方程组的通式为15.6323m,从灰斗出口到炉顶总高57.55m,炉膛出div(Qv<)=div(#<ý<)+S<(1)口取在折焰角上方后屏入口处。炉膛计算域如图3式中:<为通用因变量;#<为输运系数;S<为源所示。为简化计算(考虑到计算机硬件条件的限项;Q为气流密度;v为速度矢量。制),将燃烧器中的空气分成两股,一次风和二次风,各方程中<、#<、S<的具体形式如表1所示。表1控制方程组Tab.1Controlequations3个量的具体形式方程名称<#
