电站锅炉低氮燃烧器浓淡分离性能的数值研究.pdf

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1、电站锅炉低氮燃烧器浓淡分离性能的数值研究甄志广1，杜聪2，刘联胜2，赵卫东3，苟湘2(1．石家庄良村热电有限公司，河北石家庄052165；2．河北工业大学能源与环境工程学院，天津300401；3．西安热工研究院有限公司，陕西西安710032)摘要：通过对煤粉浓淡燃烧低NO。燃烧器的分离器进行建模，计算了不同煤粉的转弯半径以及分离器效率，分析了煤粉密度、粒径分布、粉管风速、隔板高度等因素对分离器效率的影响。研究结果表明，煤粉粒径分布的改变将对浓淡效果产生影响，导致低氮燃烧器分离器效率下滑，成为NO，排放升高的重要诱因，并

2、在此基础上提出了改进方法和建议。关键词：煤粉细度；浓淡燃烧器；电站锅炉中图分类号：x51l文献标识码iA文章编号：1004—3950(2014)06—0052—040引言煤粉浓淡燃烧技术是目前国内外电站锅炉中普遍采用的低氮燃烧技术。其基本技术特征是利用煤粉颗粒尺寸分布不均在惯性上存在的差异，将其分离为浓淡两股，分别从燃烧器的不同位置喷入炉内，从而抑制局部高温区的产生，并在局部形成还原性气氛，减少燃烧过程NO，的形成11—2。。燃烧器设计中，浓淡分离的方法多种多样，利用气流方向的改变(弯头、撞击)、气流速度的改变(孔板、

3、突扩)等都可以实现浓淡分离。实际应用中为简化燃烧器结构，多采用改变气流方向的方法，例如90。的直角弯型结构。3“1；但在气流方向改变后，下游气相流场结构往往变得较为复杂，与煤粉颗粒的相互作用使其复杂性进一步增加，需进行大量计算并合理简化才可能求解。浓淡煤粉的分离效率不仅与分离器本身的设计有关，还与所燃煤粉颗粒的粒径分布有关。由磨煤机产生的煤粉，其粒径分布一般用Rosin—Rammler分布表示"I：P。=100exp(一bx“)(1)式中：P，为分布函数，n为均匀性指数，凡越大颗粒越均匀，凡>7则相当均匀。电站锅炉磨煤

4、机制备的煤粉凡一般在0．8～1．2，因而是一种宽筛分的粒径分布。筛分过宽或过窄都会影响实际分离收稿日期：2014—09—10基金项目：河北省高等学校科学研究资助项目(Q2012049)作者简介：甄志广(1980一)，男．河北藁城人，助理工程师，主要从事电厂技术工作。通讯作者：杜聪，ducong@hebut．edu．C11。一52一～慨一一～一一一m?篙蒜芝5．“uL垤，M姗加～～一一～一一№．～～～～一一～～⋯～一一～～一一一刑Ⅶnm～哆三№一一～一一～～一一～加．～～．一一一一一一岫一一一一一～一一一一一一一～～～一

5、～一～嘶耐别‰慕删?～舢。一一一一一一一一心㈤峨一一一～～恻一薰基～№一～～一～一一效果。1弯头型分离器的数值模拟针对电厂锅炉浓淡分离器的流动特性，本文采用标准的k一占湍流模型模拟气相流场，并将煤粉颗粒视为离散相，跟踪煤粉在分离器内的运动轨迹。90。弯头的分离器几何模型见图1，弯头直径d=0．5m，弯曲半径R=0．5m，模型网格总数约70万，最小网格体积2．5×10。m3。湍流模型方程和参数设置为：害+等手+等笋=旦0x[L老】+茜[L考】+．s，a舭升L一9舭J押L‘9押J9参数设置C。=0．09，C。l=1．44，

6、C。2=1．92，盯。=1．3，盯I=1．0。一。一r。(≥舅舅图1分离器物理模型1．1不同粒径煤粉的运动轨迹实际电厂锅炉所使用的煤粉性质千差万别，影响浓淡分离效果的因素也多种多样，煤粉密度、粒径分布、粉管风速以及输送介质物性参数等都会对分离效果产生影响。首先针对不同粒径煤粉进行模拟计算。计算时选取密度为1350kg／m3的烟煤，对粉管风速25m／s、粒径范围5—150“m的颗粒运动轨迹进行模拟。模拟结果如图2，从图中可见5Ixm颗粒沿该方向分布保持均匀，表明弯头对此粒径煤粉没有明显分离效果；而粒径大于60“m的颗粒轨

7、迹在经过弯头后大部分进入弯头上方的浓相区；当粒径大于120仙m时相当一部分颗粒甚至已经冲击至拐弯处上壁面并产生回弹。1．2粉管风速的影响模拟对粒径为60Ixm煤粉在不同粉管风速下的分离情况进行计算。如图3所示，计算结果表明，在风速为15m／s时，60ixm煤粉有59．3％进入浓侧；风速增加到35m／s时，进入浓侧的比例升高为78．2％。分析可知，当风速增加时，颗粒的速度也增加，经过弯头的惯性增大，因而浓相区的图3粉管风速对分离情况的影响【la)、(b)、(C】对应的风速分别为15、25、35m／s]2分界粒径的解析解数

8、值模拟反映了粒径、一次风速对分离效果的影响，从计算过程中可见分离器性能影响因素的多样性和复杂性。但仅仅通过数值模拟，难以综合反映出各因素对分离效果的影响方式以及内在联系，因此本文采用解析方法进一步研究。分析可知，经过分离器时，煤粉颗粒由于其尺寸、惯性差异，将会有不同的转弯半径R。(见图4)，该值可以作为对某一粒径煤粉的分离情况的参