地毯式燃尽风在切圆锅炉中应用的数值模拟_孙建成.pdf

地毯式燃尽风在切圆锅炉中应用的数值模拟孙建成，王静杰，闫燕飞（高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨；哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨；北京国电电力有限公司大连开发区热电厂，辽宁 大连）摘 要：本文通过数值模拟，对比了两种不同型式的地毯式燃尽风与常规的四角布置的燃尽风系统对炉内燃烧、炉膛出口烟温偏差、燃烧效率，并为后续的工程应用提供指导意见。关键词：数值模拟；地毯式燃尽风；烟温偏差；锅炉效率中图分类号：文献标识码：文章编号：（），Y Y（），；，；，）：，：；收稿日期：作者简介：孙建成（），男，毕业于华北电力大学，主要从事火电厂集控运行、生产技术管理工作。背景目前，国内电站锅炉配置的低氮燃烧系统主要有角式切圆燃烧、对冲燃烧、火焰等几种型式。角式切圆燃烧低氮燃烧系统常采取主燃烧器角式切圆外加燃尽风四角布置的方式。燃尽风燃烧器一方面用于后期燃烧的补风，另外一方面还起到消除或者减弱主燃烧器旋转动量、调节炉膛出口烟温偏差的作用。而在实际运行中，传统的四角布置燃尽风也基本上能够解决煤粉后期燃尽，降低炉膛出口烟温的偏差，但是受限于现场诸多因素如煤粉管道分配均匀性差、一次风风率高等因素，其燃尽风的作用效果往往会受到一定的影响。为了更好的解决上述问题，提出了地毯式燃尽风的概念，将燃尽风分为多个独立的燃烧器，不均匀的布置在炉膛的四面墙上，通过此种方式来进一步加强后期的烟气混合，加强燃烧并降低炉膛出口的烟温偏差以及流量偏差。项目介绍 工程概况国内某电厂，配置两台 超临界发电机组，锅炉为超临界参数变压运行直流炉，整体采用单炉膛全悬吊 型布置形式，锅炉制粉系统为中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，单台锅炉配备 台中速磨煤机，燃用设计煤种时，台运行 台备用。设计参数及边界条件该工程设计煤质以及相关燃烧设计参数如表 第 期锅 炉 制 造 年 月 及表 所示。表 设计煤质资料名称单位数值 表 燃烧设计相关参数名称单位数值燃煤量 锅炉总风量（质量）一次风率二次风率漏风率一次风温二次风温当地平均气压过量空气系数一次风速 风速 燃烧系统介绍本工程采用四角切圆燃烧布置，主燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术，在炉膛中心形成逆时针旋向的两个直径稍有不同的假想切园。主燃烧器上方设置了 燃烧器，其目的为削弱炉膛出口烟气的旋转强度，减小四角燃烧引起的炉膛出口烟温偏差。图 主燃烧器与燃尽风布置图 地毯式燃尽风方案及模拟工况介绍结合原工程设计条件，设计了两种型式的地毯式燃尽风。原有工程的主燃烧器的配风条件不变，燃尽风总风量也保持不变。第一种型式为前后墙各设计 只燃尽风燃烧器，两侧墙各设计两只燃尽风燃烧器；第二种型式为四面墙各设计 只燃尽风燃烧器。具体位置详见图 和图。图 型式 的燃尽风布置图图 型式 的燃尽风布置图 数值模拟结果介绍 数值模拟数值模拟计算采用 方程 模型进行热态模拟计算。采用 网格划分工具进行建模和划分网格，计算考虑传热和煤粉燃烧，辐射模型采用 模型，燃烧模型采用组分输运模型。壁面温度取，计算过程中只开下四层燃烧器，最上层燃烧器备用。模型和网格划分见图 所示。本次主要针对满负荷下原有的燃尽风角式布置方案、型式 地毯式燃尽风方案、型式 地毯式燃尽风方案进行数值模拟。工况划分如表 所示。锅 炉 制 造 总第 期图 模型和网格划分表 计算工况工况负荷设置方式燃尽风四角布置燃尽风地毯式布置，前后墙各六个，左右墙各二个燃尽风地毯式布置，四面墙各四个 结果分析图 为不同燃尽风布置形式炉膛中截面速度分布，可以看出，相对于燃尽风四角布置，地毯式布置燃尽风使燃尽风区域速度场均匀性提高，因此可以使下炉膛出口烟速均匀，避免了局部烟速过高而造成水冷壁磨损问题。（a）（b）（c）（a）燃尽风四角布置（b）燃尽风前后墙各六个，左右墙各二个（c）燃尽风四面墙各四个图 不同燃尽风布置形式炉膛中截面速度场（单位：）从图 可以看出，采用地毯式燃尽风布置形式，工况、工况 在燃尽区及炉膛出口温度明显提高，工况 尤为显著。说明采用四墙各均匀布置 只燃尽风的形式，使未燃尽物在燃尽风区有效的燃尽，从而降低锅炉未燃尽碳损失，提高了锅炉效率。（a）（b）（c）（a）燃烬风四角布置（b）燃尽风前后墙各六个，左右墙各二个（c）燃尽风四面墙各四个图 不同燃尽风布置形式炉膛中截面温度场（单位：）结论由以上数值计算可以发现，传统四角布置的燃尽风，无论是在烟速均匀性方面，还是未燃尽物在燃尽区燃尽方面，都不具备明显优势。地毯式布置燃尽风，下炉膛出口烟速分布较为均匀，且在燃尽风区域存在明显高温区，说明未燃尽物在燃尽风的作用下，燃尽率有一定提高。燃尽风四面墙各四个均匀布置的工况条件下，较燃尽风前后墙各六个、左右墙各二个的布置形式，燃尽区局部高温明显，说明各墙等数量均匀布置燃尽风，更有利于未燃尽碳燃尽。参考文献 ，陈耀东，等 流动加速腐蚀引起的管壁减薄分析与验证 金属学报，（）徐洪 超超临界压力直流锅炉垂直管屏水冷壁的失效分析及防爆策略 动力工程学报，（），（）：，（）：第 期 孙建成，等：地毯式燃尽风在切圆锅炉中应用的数值模拟