2093th四角切圆锅炉燃烧器的数值优化及改进研究.pdf

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1、第36卷第5期东北电力大学学报V01．36．No．52016年1O月JournalOfNortheastDianliUniversity0ct．．2016文章编号：1005—2992(2016)05—0032—072093t／h四角切圆锅炉燃烧器的数值优化及改进研究吕太，于战海，程超，丁帅，许贺2(1．东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012；2．国家电投河南电力有限公司技术信息中心，河南郑州450001)摘要：针对某2093t／h四角切圆燃烧锅炉炉膛出1：3左右两侧烟温偏差过大、氮氧化物排放浓度偏高的问题，分析了产生烟温偏差的原因，根据计算

2、结果对锅炉燃烧器提出了采用SOFA风反切圆消除残余旋转的改造措施，同时利用空气分级燃烧技术降低NOx的排放。改造后SOFA风率为25％工况下，对比分析了锅炉燃烧器改造前后额定工况下燃烧过程中炉膛温度场、特征组分分布及NOx排放和不同的SOFA风反切角度对炉膛出口烟温偏差的影响。结果表明，适宜的SOFA风反切角度可以有效地减小烟温偏差，空气分级燃烧能够降低主燃区的温度，以降低NOx生成，炉膛出口NOx排放浓度降幅为31．6％，以上结论可作为同类型机组设计和改造时参考。关键词：烟温偏差；四角切圆锅炉；残余旋转；数值模拟中图分类号：TK227．1文献标识码：A

3、目前我国大型煤粉锅炉广泛采用四角切圆燃烧方式¨J，该方式具有炉内气流混合好、燃烧稳定、燃烧效率高、热负荷分布均匀、炉膛结构简单和便于实现分段燃烧控制等优点J。但是，四角切圆燃烧的弊端是气流在炉膛出口与水平烟道左右两侧存在烟温、烟速偏差。烟温偏差对过热器和再热器的危害较大，易造成超温爆管，不利于锅炉的安全运行J。本文以某厂长期运行以来炉膛出口左右两侧出现的烟温偏差为研究对象，并对燃烧器进行改造，以减小炉膛出口烟温偏差。锅炉燃烧器改造前后的炉膛计算模型使用Gambit软件得出，然后使用Fluent对改造前后的锅炉进行炉内燃烧数值计算，着重分析不同的SOFA风

4、反切角度对炉膛出口烟温偏差的影响。1锅炉概况与改造方案1．1锅炉概况本文研究的对象为SG一2093／17．5-M917型四角切圆燃烧亚临界锅炉，该锅炉为一次中间再热控制循环汽包锅炉，采用摆动式燃烧器，单炉膛、Ⅱ型紧身封闭布置、固态排渣、全钢架结构、平衡通风。锅炉采用正压直吹式制粉系统，配六台HP1003型中速磨煤机，五台磨煤机可带BMCR负荷，一台备用。结构示意图，如图1所示。1．2燃烧器改造方案结合锅炉原设计特点以及现场安装条件，确定总体改造方案如下。燃烧器改造前后简图，如图2所示。收稿日期：2O16一(】4—12作者简介：吕太(1957一)，男，吉林

5、省吉林市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，硕士，主要研究方向：锅炉燃烧技术、动力工程等．第5期吕太等：2093t／h四角切圆锅炉燃烧器的数值优化及改进研究33嚣萤窝一一l睡圆一』(a)原燃烧器(b)改造后燃烧器图1炉膛结构简(mm)图22燃烧器改造前后简图(inln)(1)在主燃烧器区域，保持原煤粉燃烧器标高和一次风间距(1860mm)不变，将原设计的WR浓淡分离煤粉燃烧器改黑为阕带圈对雪置丘体恩高效亘浓淡分霉离装置的水平浓淡煤粉燃烧器。(2)分别在BC层、CD层、DE层、EF层二次风喷口布置一层组合型双向贴壁二次风喷嘴射流，使得在靠近水冷壁区域形

6、成具有较低温度、低粉、高氧的水冷壁壁面防结渣及防高温腐蚀区。(3)在距离最上层一次风燃烧器中心线约7．0m位置处布置5层刚性反切大覆盖的分离式燃尽风喷嘴，风门全开时占燃烧总风量的30％；这样在炉膛的纵向空间尺度上，将燃烧系统改造为主燃烧区、NOx还原区、燃尽区。酉圈圃隅鼢2数值计算2．1网格划分与数学模型选取计算模型根据炉膛的结构和真实尺寸所画。划分网格时，根据炉膛的结构及计算区域，将炉膛分为9个区域，对燃烧器喷口和后屏过热器区域处的网格进行加密，燃烧器喷口区域采用非均匀六面体型式的网格，使射人的气流方向垂直于网格，以减少伪扩散，整个炉膛内的网格总数为9

7、5万个。改造后锅炉主视图网格划分，如图3(a)所示；主燃烧区域横截面的网格划分情况，如图3(b)所示。数值模拟采用三维稳态计算，气相湍流流动采用标准k-s双方程模型，焦炭燃烧采用动力学／扩散控制反应速率模型，并采用双步竞争反应模型模拟煤粉挥发分热解，辐射传热采用P—l辐射模型，煤粉粒径满足Rosin-Rammlar分布，采用随机轨道模型模拟煤粉颗粒跟踪，气相湍流燃烧采用混合分数一概率国密度函数模型，NOx生成模拟采用后处理方法计算，采用Simple算法计算压力速度耦合。2。2边界条件(a)锅炉主视图网格㈣主燃烧器区域横断面模拟工况为满负荷不同配风方式下的

8、炉内燃烧图3炉膛网格划分状态，燃用煤质特性分析结果见表1。34东北电力大学学报第