煤粉高温富氧无油点火的数值模拟.pdf

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1、第35卷第1期东北电力大学学报V01．35．No．12015年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．．2015文章编号：1005—2992(2015)O1-0007-05煤粉高温富氧无油点火的数值模拟郑建祥，李时光，朱秀丽2(1．东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012；2．东北电力大学理学院，吉林吉林132012)摘要：高温空气无油点火技术对贫油的我国来说是一种较好的弥补，而我国火力发电又以劣质煤为主，导致高温空气点火时会使煤粉着火不稳定。

2、如果采用高温富氧点火会很好的弥补这一缺点。本文采用Fluent对富氧直接点火燃烧器内部的多种运行工况进行数值计算，对空气气氛及富氧气氛时的温度场、不同的一次风量、热风流量、热风温度等参数对煤粉着火过程的影响进行了分析。结果表明，其它边界条件相同情况下富氧气氛的温度场比空气气氛高出许多；富氧气氛下的燃烧器出口区域的一氧化碳含量比空气气氛下低，煤粉能在富氧气氛下更充分燃烧；煤粉的着火距离随着热风流量的增加先缩短后延长；初始热风温度对燃烧温度场的影响是随着热风温度的增加，着火距离缩短、燃烧温度提高；一

3、次风温度的提高有效缩短着火距离。研究结果对煤粉富氧无油直接点火的优化运行提供了参考。关键词：高温富氧；点火；数值模拟；着火距离中图分类号：TK16文献标识码：A高温空气点火技术是电厂冷态点火启动的新型节能技术，近年来高温空气点火技术因其燃油消耗为零、点火方式及本身结构简单、安全可靠而越发受到重视。但是我国发电用煤主要以劣质煤为主e，使用高温空气去点燃劣质煤会使燃烧不稳定、甚至有可能在点火途中造成灭火。为了避免在点火途中因不稳燃而造成意外，有必要向燃烧器内部通人一定量的氧气营造富氧氛围以解决煤粉着

4、火及稳燃的问题。高温空气无油点火的主要原理是用高温空气加热器(中频感应加热、电阻丝加热等)将空气加热至高温状态并通入到点火燃烧器和一次风粉混合把煤粉点燃J。我国已成功开发出基于感应加热原理的高温空气无油点火燃烧器，并在吉林热电厂及抚顺电厂投入应用。但在实际使用中，着火阶段煤粉的燃尽度低，差的煤种含水分又比较高，而且空气本身热容低，在点火过程中高温空气无法给煤粉提供稳定的燃烧环境从而导致着火过程不稳。而在富氧气氛中燃烧反应速度快、燃烧温度高，一旦着火燃烧会快速扩张，提供一个稳定燃烧的条件。如果向煤

5、粉中加入氧气，使煤粉在高温空气中以富氧方式点燃，可以降低煤粉着火的温度，并可以提高煤粉的燃烧温度和燃烧速度以及提高点火能源的利用率，达到缩短煤粉的着火距离，克服在高温空气中可能点火率不高的缺点，稳燃的目的。采用高温富氧直接点火节油率为100％，计算表明，在相同的升温升压过程中由大油枪燃油热量折算成富氧点火的煤的热量值，能节省约70％左右的燃料_4]。1研究对象本文以0．35MW的W工业实验台的高温空气点火燃烧器为研究对象。一次风管筒径10mm；二次风管筒径70mm、长度1000mm；炉膛尺寸为半

6、径150mm、长度500mm。选用了Gambit软件构建生收稿日期：2014-11—25基金项目：吉林省科技发展青年基金项目(201101109)作者简介：郑建祥(1977一)，男，福建省建瓯市人，东北电力大学能源与动力工程学院副教授，博士，主要研究方向：气固两相流动8东北电力大学学报第35卷成三维网格，网格数约7万。经网格无关性检测后的网格划分，见图1。煤粉及一次风从点火燃烧器的一次风管喷入，富氧热风以同方向从二次风管喷人点火燃烧器，最图1点火燃烧器及炉膛的网格分布后由高温空气将煤粉点燃。煤粉

7、着火后火焰的温度随表1神华混煤煤粉分析着空气中氧浓度的增加而升高，但其升幅会逐渐减工业分析及元素分析数值少，一般认为氧气浓度在26～31％为最佳j。本文Mat／％5．23Aar／％20．69选用助燃剂氧量30％的富氧气氛工况。煤种选择神Var／％29．32华混煤，成分如下表1。FCar／％44．76Car／％6O．57Har／％3．962计算数学模型及方法Oar／％10．34Nar／％O．87Sar／％O．41本文里数值模拟软件选用了Fluent，其中湍流流Qar，net／(ki·25733动模

8、型选用了Standard一模型，标准k一模型是通过求解湍动能与湍流耗散率的半经验模型。昙c+毒cp毒[+丝o-k)差]+G+G—p一+s，㈩去cp占+毒cps毒[(+丝o-k)薏]+c-詈cG+c，G一czp+s，c2其中：G为层流速度梯度引起的湍流动能G——浮力产生的湍流动能；为可压缩湍流里过度的扩散引起的耗散率的波动；CC：、C，为常量，数值分别是1．44、1．92、0．09；和为k方程和方程的湍流Prandtl数；Js和S为自定义源项。气相湍流模型选用混合分数模型；燃烧计算选用非预混燃烧模