煤粉锅炉掺烧污泥后的数值模拟.pdf

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1、第44卷第2期锅炉技术V01．44．No．22013年3月BOILERTECHNOLOGYMar．。2013煤粉锅炉掺烧污泥后的数值模拟朱志斌1，夏翔鸣2，徐宏1，侯峰1，黄冬良2(1．华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237；2．中国石化扬子石油化工有限公司，江苏南京210048)摘要：采用数值模拟研究了不同的污泥掺烧量对煤粉锅炉的影响。结果表明，锅炉炉膛掺烧污泥后会造成燃烧器区域煤粉燃烧不充分，生成大量的CO和H。，CO和H：接着在炉膛的上部区域燃烧，使炉膛的最高温度降低，最高温度所在的区域有所提高，炉膛出口处烟气温度也随之改

2、变；由于CO和H。的大量存在，形成了强烈的还原性气氛，会抑制NO，的生成。因此，应控制污泥的掺烧量，建议污泥的掺烧量不超过4t／h。关键词：数值模拟；煤粉燃烧；污泥掺烧；温度场；NO，排放中图分类号：TK229．6文献标识码：A文章编号：1672—4763(2013)02—0033—05通过研究指出‘1-4]：采用锅炉燃烧污泥和煤的混0前言合燃料是可行的；炉温、空气过剩系数和二次风随着我国经济的快速发展，我国对石油化工率对Nq、SO：、CO等气体的排放浓度有重要影产品的需求也越来越高，同时也产生了大量的石响，为了满足气体排放要求，他们建议

3、，污泥带油化工污泥。石油化工污泥主要由固体物、油及入锅炉里的能量份额不要超过总能量的25％；水组成，包括隔油池底泥、浮渣和剩余活性污泥，污泥的掺烧使得锅炉炉膛中煤粉燃烧延迟，火通常简称为“三泥”。石油化工系统“三泥”的特焰中心位置提高，炉膛出口的温度也相应增加。点是污泥量大、含水率高、污泥与水的亲和力很浙江大学热能工程研究所的热态试验研究表强、含油等有机物高、难浓缩及不易发酵与脱水明，随着燃料水分的增加，N0。排放量有较大的等。为了对“三泥”进行无害化处理，采用将污泥减少‘5I。掺烧煤粉锅炉是将污泥最大限度的减量化、无害1锅炉掺烧污泥后温

4、度场数值模拟化、稳定化和资源化的一个经济可行处理方法。具体做法是先将污泥稀释达到含水率92％，过滤1．1锅炉结构掉较大的固体杂质，再通过喷嘴喷人锅炉炉膛高本文对某石化电厂的四角切圆煤粉锅炉进温区域进行焚烧。某石化公司从2009年起开展行数值模拟，该锅炉型号为HG220／9．8一YQ，II电厂煤粉锅炉直接掺烧污泥的技术开发与试验，型布置，固体排渣，额定蒸发量为220t／h，蒸汽压为国内首创。掺烧污泥一段时间后，发现锅炉掺力为9．8MPa，炉膛总高度26．89rn，长、宽均为烧污泥会对锅炉的速度场和温度场分布造成很7．57m，燃烧器高度3m，

5、炉膛结构如图1所示。大影响，不但降低了炉效还影响了锅炉的安全稳燃烧器布置在炉膛的四角，分上、中、下3个二次定运行。因此，本文对锅炉掺烧污泥后的温度场风口和上、下2个一次风口，一次风口面积为4×进行数值模拟，为工业生产提供理论依据。0．1924m2，二次风口的面积为4×0．4075m2，污泥掺烧锅炉作为一个经济环保的污泥处燃烧器结构及布置如图2所示。为了防止火焰理方法，在国内外有不少研究，但是大多集中在对冲，假想切圆直径为咖800mm，其结构如图3低含水率污泥与煤粉混合后掺烧锅炉。国内外所示。收稿日期：2012—09—10作者简介：朱志斌(

6、1989一)，男，华东理工大学在读硕士，主要从事加热炉与锅炉节能技术的研究。锅炉技术第44卷程‘6

7、，用标准扩e双方程模型口3模拟气相湍流流动，采用混合分数一概率密度函数模型(PDF)口。模拟气相湍流燃烧，煤粉的燃烧采用了运动／扩散控制燃烧模型，对于炉内燃烧时的辐射和对流换热采用P一1辐射模型嗍，双匹配速率模型模拟挥发分的析出，颗粒的跟踪采用基于拉格朗日离散相模型(DPM)的随机颗粒轨道方法[1⋯。锅炉中NO。的生成，主要有热力型和燃料型2种方式。1．3模拟工况8凸数值模拟计算过程的边界条件完全按照锅炉实际燃烧工况，如表1所示，一次风速2

8、4．3m／s，一次风温取340K(67℃)，二次风速45m／s，二次图1锅炉炉膛结构示意图风温600K(327℃)，初始燃煤量为28t／h。兀＼＼表1锅炉燃烧参数卜一上二次风项目数值一次风速／(m·S-1)24．3一次风温／℃64～68L上一次风一次风率／％28．28燃煤量／(t·h一1)26．15卜中二次风二次风速／(m·s1)45二次风温／℃327l寻L下一次风二次风率／％排烟温度／℃1504(0＼＼卜下二次风本文根据某电厂锅炉实际燃烧情况选择7个工况进行模拟，锅炉的煤粉原始燃烧量为28t／h，图2燃烧器结构及布置示意图高含水率废水污

9、泥的含量分别为0、2t／h、3t／h、4t／h、5t／h、6t／h、7t／h，相对应的煤粉的燃烧<量为28t／h、28．9t／h、29．35t／h、29．8t／h、30．25t／h、30．7t