1000m w超超临界锅炉no_x生成特性的数值模拟研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第42卷第3期锅炉技术Vo1．42，No．32011年5月BOILERTECHNOLOGYMay．，2011文章编号：CN311508(2011)05—0047—061000MW超超临界锅炉NO生成特性的数值模拟研究沈跃云，高小涛。，章名耀。(1．江苏经贸职业技术学院，江苏南京211168；2．江苏省电力试验研究院有限公司，江苏南京211100；3．东南大学能源与环境学院，江苏南京210096)摘要：新建的大型燃煤电站锅炉设计中均采用了低NO燃烧系统，通过对炉内燃烧过程的合理组

2、织来实现低NO生成和排放。采用计算流体力学(CFD)模拟的方法，完成了对某电厂采用先进低NO燃烧系统的1000Mw超超l}缶界锅炉的计算和分析。对通过数值模拟计算获得的炉膛温度场、CO浓度场、0浓度场和NO浓度场进行分析，证明锅炉主燃区的燃烧方式属于还原性气氛燃烧方式，因而能实现锅炉低NO排放的预期目标。关键词：超超临界锅炉；低NO燃烧；NOj排放；CFD数值模拟中图分类号：TK229．2文献标识码：A0前言1锅炉炉膛和燃烧器概况实现低NO排放是现代电站燃煤锅炉设计数值模拟的对象是某厂超超临界1000Mw和运行的

3、基本原则之一。近年来，新建大型电厂机组锅炉的炉膛。该炉膛横截面为长方形，由膜锅炉中均采用低NO燃烧系统，如新投产的国产式水冷壁构成。炉膛宽度为32084mm、深度l000MW级超超临界锅炉中无一例外地采用了15670mm、高度65900mm。炉膛上方布置高度最先进的低NO燃烧器结合炉内空气分级[1]，通为1450Omm的分隔屏和屏式过热器。过对炉内燃烧过程的合理组织来实现低NO生锅炉炉膛为长方形结构，其燃烧器布置在前成和排放。后墙上，共布置8只燃烧器，前墙布置4只燃烧虽然采用经验性关系或智能优化等方法可对器，后墙

4、布置4只燃烧器，逆时针排列，顺序为运行中的NO排放浓度进行预测，但由于炉内流No．1～No．8。8只燃烧器为反向双切圆摆动式动、燃烧过程非常复杂，影响锅炉NO排放的运行燃烧器，见图1。因素很多，而运行中这些因素的变化及其影响也很复杂，因而预测的精度有限。计算流体力学侧墙(CFD)技术可以模拟炉内复杂的流动和反应过程，随着计算方法和基础模型研究方面的进步，模拟的准确性日益提高瞳]。相对于其它预测方法，理8nN论上，在已知运行条件的前提下，CFD技术可对锅寸炉NO的生成和排放进行较可靠的预测[2-3]，因蠹此，作为重

5、要辅助工具目前在国内外被广泛用于寸锅炉设计和降低NO的技术改造]。为了了解某电厂1000Mw级超超临界锅炉锅炉炉内流动、燃8n烧过程和NO生成特性，采用CFD模拟的方法，研究炉内燃烧和NO生成过程，为锅炉燃烧系统的优化运行和NO排放控制提供参考依据。图1燃烧器布置示意图收稿日期：2Olo一07—15；修回日期：2OlO0731作者简介：沈跃云(1966)，女，副教授，主要从事现代教育技术、工程应用数学等方面研究。学兔兔www.xuetutu.com48锅炉技术第42卷(2)煤粉颗粒的运动采用拉格郎日方法描2计算区

6、域和网格述，即采用随机轨道模型来模拟炉内颗粒的运动计算区域包括整个炉膛及屏区，从冷灰斗到过程。屏式过热器后的炉膛出口烟窗。其中，分隔屏、(3)煤粉颗粒燃烧模型的主体为颗粒的能量屏式过热器采用和这些受热面尺寸相同的平板平衡方程，其中考虑颗粒加热、热解和挥发分释来近似，用其表面来模拟这些炉膛辐射受热面和放、煤焦燃烧过程以体现颗粒燃烧过程的热质变炉内火焰、烟气之间的辐射换热。化，这些热质变化作为源项作用到连续相(气相)计算根据锅炉和燃烧器的实际结构尺寸在的守恒方程之中。对于煤粉的燃烧过程，热解采以上区域划分计算网格。在

7、网格划分时，各角用传统的双方程模型描述，而焦颗粒的燃烧则采燃烧器各喷口和AA风喷口采用了实际的尺寸用动力学／扩散模型。和结构布置。为适应燃烧器喷口的尺寸和实际(4)气相湍流燃烧过程采用非预混燃烧模型的结构布置，并考虑燃烧器喷口附近区域流动、模拟，采用混合分数～概率密度函数模型描述气反应过程参数的显著变化，在燃烧器区域炉膛相燃烧。和AA风区域炉膛特别是燃烧器喷口附近采用(5)炉内辐射过程的描述则采用P1模型，该了局部加细的网格。而对燃烧器区域与AA风模型对于锅炉这种大尺寸结构内辐射传热计算区域之间、燃烧器区域以下和

8、AA风以上区域既可节省计算时间又不失计算的精度。炉膛，网格尺寸逐渐放大，以实现网格尺寸的平4NO生成模型稳过渡。对于屏区空间特别是炉膛宽度方向也采用了加细的网格，以合理模拟屏区的流动和煤粉燃烧中NO，生成涉及3种机理，即热力传热过程。计算区域的网格及其分布如图2NO、快速NO和燃料NO。数值模拟时中主所示。要是考虑热力NO和燃料NO生成，快速型NO的生成只有在富燃料的碳氢