660MW墙式切圆锅炉燃烧器数值模拟优化改造

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1、218化工机械20t6年660MW墙式切圆锅炉燃烧器数值模拟优化改造?赵星海料1冯贺1张静2(1．东北电力大学能源与动力工程学院；2．东方电气(通辽)风电工程技术有限公司1)摘要针对某电厂水冷壁结渣、动力场不稳及低负荷穗燃能力差等问题，通过对百叶窗式煤粉隶缩嚣的性能参数进行试验优化，提出改进措施。利用Fluent计算软件，分析对比改造前后的空气动力场、温度场和烟气中各组分物质的量浓度的分布。结果表明：将挡板延长至钝体并与之鲒合，捷浓、搜相煤粉气流一直保持到燃烧器出口，并通过将第一级叶片改为丘体型结构，第二、三级叶片中闷开暨槽并适崔调整叶片结构参数，

2、获得较理想的煤粉浓缩效果，提高燃烧器的稳燃性能。关键词墙式切圆锅炉燃烧器浓淡燃烧低负荷稳燃数值模拟中图分类号TQ038文献标识码A文章编号0254-6094(2016)02-0218-06锅炉炉内着火困难、低负荷稳燃能力差及水冷壁高温腐蚀等问题对锅炉运行的安全性和经济性造成严重威胁¨’⋯。浓淡煤粉燃烧技术具有高效、稳燃、防结渣、低污染和防水冷壁高温腐蚀的优点¨’4o，不仅可以降低着火热，还可以加强着火供热¨o，在燃烧器的设计改造中得到了广泛的应用。文献[6]研究了叶片间距对五级叶片百叶窗浓缩器性能的影响，文献[7]研究了百叶窗浓缩器叶片宽度与叶片布

3、置形式变化时浓淡气流分配的变化规律。虽然浓缩器的性能得到提高，但仍存在浓淡侧分离效果差、叶片磨损严重及叶片后回流区较大等问题。文献[8，9]分别通过将第一级叶片改为丘体型结构、第二、三级叶片中间开竖槽和在浓缩器出口设置适当长度挡板的方法来减小或消除浓淡侧分离效果差和磨损这～问题，但由于叶片的结构参数没有加以改进，百叶窗浓缩器的性能仍不理想。笔者以某电厂一台660MW墙式切圆煤粉燃烧锅炉为研究对象，对燃烧器改造前后的工况进行了数值模拟，得到两种工况下炉膛内的空气动力场、温度场和烟气中0，和CO物质的量浓度的分布，并提出新的叶片结构形式，为改造后燃烧器

4、低负荷不投油稳燃的实际应用提供理论支持。1研究对象与改造方案1．1研究对象某电厂1。炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主研发的HG-2210／25．4-YMl6型锅炉，该锅炉采用Ⅱ型布置，单炉膛、，尾部双烟道，全钢架，悬吊结构，炉膛尺寸为190823mm×190823mm(宽×深)，水冷壁下集箱标高为7m，顶棚管标高为75．5m。该锅炉采用了水平浓淡燃烧器分级燃烧和拉开式燃尽风(SOFA)的低NO。技术。实际燃煤特性见表1。表1燃用煤质特性_吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项日(2013109)。}}赵垦海，男，1977年11月生．副教授。吉林省吉林

5、市，132012。第43卷第2期化工机械219该锅炉燃烧器共3组，其中主燃烧器两组布置于四面墙上，形成一个大的切圆。SOFA燃烧器布置于4个角上，SOFA燃烧器出口射流中心线和水冷壁中心线的夹角分别为42。和48。，形成一个小的切圆。燃烧器共6层煤粉喷口，每层与一台磨煤机相配。燃烧器布置如图1所示。a．煤粉燃烧器平面布簧h．SOl'1A燃烧器平面布置t．．各风室喷嘴布胃图1锅炉内燃烧器与风室喷嘴的布置1．2改造方案图2为原百叶窗煤粉浓缩器简图，图3为改进后百叶窗煤粉浓缩器简图。锅炉在燃用设计煤种或校核煤种时，能满足负荷在不大于锅炉的30％B-MCR

6、(锅炉连续最大蒸发量)时，不投油长期安全稳定运行。但在电厂实际运行过程中存在低负荷风量小、动力场不稳及在30％负荷下无法长时间维持稳定燃烧等问题。淡侧出浓侧H-图2原百叶窗煤粉浓缩器简图淡侧出浓侧出图3改进后百叶窗煤粉浓缩器简图笔者提出改造方案为：将挡板延长至钝体并与之结合，使浓、淡相煤粉气流一直保持到燃烧器出口；将第一级叶片改为丘体型结构，第二、三级叶片中间开竖槽并适当调整叶片结构参数。因为锅炉最低稳燃负荷至少应经过4h，为提高锅炉燃烧稳定性，对两组主燃烧器，即对A、B两层一次风进行改造。2水平浓淡燃烧器数值模拟采用Fluent软件对改造后浓缩器

7、的性能与流场进行数值模拟，数值模拟采用SIMPLE方法，气相湍流模型采用RNGk-6模型，气固两相模型选用颗粒随机轨道模型。如图4所示，模型采用分块划分网格的方法，并对主燃烧器区进行局部加密，网格总数约为35万个。大量使用结构化网格有利于加快运算速度和迭代收敛，通过对不同数量级的网格进行模拟运算和网格敏感无关性的检验，确定该网格符合计算精度要求。该模型入口条件采用速度入口，出口采用充分发展管流条件，壁面处采用无滑移条件，煤粉颗粒粒径分布满足Rosin．Rammler分布．图4燃烧器网格划分示意图图5为数值模拟得到的原浓缩器中心平面上叶片附近的流场情

8、况，模拟得到的燃烧器浓淡分离的浓淡比为2．33，这与现场实际运行结果一致。图5原结构叶片附近流场图誉黼_哥引虽到一哥引到到