运行参数对350MWW火焰锅炉燃烧影响的数值模拟

论文摘要

我国未来的能源格局仍然将以煤炭为主,发展煤炭的高效清洁燃烧技术和有效利用低挥发份煤发电具有十分重要的意义,哈尔滨工业大学燃烧工程研究所长期致力于W火焰锅炉研究,提出了W火焰锅炉多次引射分级燃烧技术,并利用上述技术对一台350MWW火焰锅炉进行了燃烧系统的设计,在将新技术应用于实际锅炉之前,有必要利用数值模拟对其效果进行预测并指导设计工作的进行。本文对一台采用多次引射分级燃烧技术的350MW超临界W火焰锅炉进行数值模拟,分析了其整体燃烧性能,研究了运行参数对燃烧特性及NOx排放的影响,如一次风和乏气比例及燃尽风风率。以FLUENT 6.3.26软件作为计算平台,气相湍流计算采用可实现κ-ε模型,气固两相计算采用拉格朗日随机轨道模型,辐射换热采用P-1辐射模型,非预混燃烧采用混合分数PDF法。通过炉膛整体燃烧性能数值模拟分析,得到采用多次引射分级燃烧技术的W火焰锅炉,炉内流场对称,煤粉下行深度较深,有利于煤粉燃尽,下炉膛前、后墙垂直段和冷灰斗靠近水冷壁区域氧量较高,有利于防止结渣。随着一次风和乏气比例逐渐升高,一次风喷口风速逐渐增大,一次风喷口磨损加重,炉膛中心的主燃烧区温度升高并且范围逐渐变大,主燃烧区域氧气浓度降低;一次风和乏气比例由2:8增加到5:5时,飞灰含碳量基本呈线性增加,NO排放量基本呈线性下降,综合考虑飞灰含碳量和NOx排放量,推荐较优的一次风和乏气比例是5:5。随着燃尽风风率的降低,下炉膛主燃烧区范围逐渐变大,高温区位置上移;燃尽风风率19.12%时,燃尽风喷口射流水平穿透深度到炉膛中心,燃尽风风率10%时,燃尽风射流深度很浅,进入炉膛不久就已经折转向上;炉膛出口飞灰含碳量随燃尽风比例增加而增加,NO排放量随燃尽风比例增加而明显降低,推荐较优的燃尽风风率为15%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 W 火焰锅炉燃烧技术研究现状
• 1.3 W 火焰锅炉数值模拟的发展和现状
• 1.3.1 计算流体力学的发展
• 1.3.2 国内外煤粉锅炉数值模拟研究进展
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 锅炉原型概述及数值模拟模型介绍
• 2.1 锅炉原型概述
• 2.1.1 W 火焰锅炉多次引射分级燃烧技术介绍
• 2.1.2 锅炉主要设计参数
• 2.1.3 燃烧系统布置方式
• 2.2 数值模拟模型介绍
• 2.2.1 湍流模型
• 2.2.2 气固两相模型
• 2.2.3 辐射换热模型
• 2.2.4 煤粉燃烧模型
• 2.2.5 NO 生成模型
• 2.3 离散方法
• 第3章 数值模拟模型验证及设计工况结果分析
• 3.1 计算域及网格划分
• 3.2 冷态数值模拟和验证
• 3.3 热态数值模拟设计结构整体性能分析
• 3.3.1 设计结构流场特性分析
• 3.3.2 设计结构温度场特性分析
• 3.3.3 设计结构NO 浓度分布特性
• 3.3.4 设计结构氧气浓度分布特性
• 3.3.5 煤粉颗粒轨迹
• 3.3.6 侧墙及前后墙氧量及温度分布
• 3.3.7 NOx 排放及飞灰可燃物含量
• 3.4 本章小结
• 第4章 一次风和乏气比例对炉内燃烧过程影响规律
• 4.1 工况安排
• 4.2 模拟结果的比较和分析
• 4.2.1 一次风和乏气比例对炉内燃烧的影响
• 4.2.2 沿炉膛高度方向烟气温度分布和烟气成分浓度分布
• 4.2.3 炉膛出口烟气温度分布和烟气成分浓度分布
• 4.3 本章小结
• 第5章 燃尽风率对锅炉炉内燃烧过程影响规律
• 5.1 工况安排
• 5.2 模拟结果的比较和分析
• 5.2.1 OFA 风率对炉内燃烧的影响
• 5.2.2 沿炉膛高度方向烟气温度分布和烟气成分浓度分布
• 5.2.3 炉膛出口烟气温度分布和烟气成分浓度分布
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢