用于W型火焰锅炉百叶窗分离特性的模拟与试验研究

论文摘要

W型火焰锅炉是一种为燃用无烟煤、贫煤等低挥发份的燃料而设计的锅炉,通过引进技术在中国电厂建造的大部分W型火焰锅炉在工业运行中存在结渣严重、飞灰含碳率高、NOx排放高等一系列问题。为此哈尔滨工业大学开发了W火焰锅炉多次引射分级燃烧技术。对于采用直流缝隙式喷口的燃烧器的W型火焰锅炉,百叶窗煤粉浓淡分离器是实现W型火焰锅炉多次引射分离技术的关键因素之一。针对W型火焰锅炉660MW机组某电厂和350MW机组某电厂所涉及的百叶窗分离器,利用Fluent软件,采用单相和两相计算模型分别对两者的百叶窗进行数值模拟。比对两者实验结果,综合表明:数值模拟不但可以定性分析百叶窗的速度场,而且在速度分布上计算结果与实测结果相近,数值模拟可以分析和预测百叶窗分离器内部流动特性。对于660MW锅炉的百叶窗,对其采用了相似模化原则,按照1:2.5比例模化建立了相应的冷态试验系统。该百叶窗分离器采用5级叶片,由于1、2级叶片已经设置为可调节叶片,对其仅进行性能验证试验。实测结果表明:在各级叶片倾角均为30°时,百叶窗分离器浓风占总风大约为42%,接近40%的设计值;1、2级叶片调整时,浓风占总风量的比率均在40%到44%区间变化;1、2级叶片倾角调整对百叶窗工作性能上影响有限,第二级叶片对百叶窗浓淡风比影响更明显一些;在来流速度选择上,15m/s最佳。对于350MW锅炉的燃烧系统,拟采用百叶窗分离器。由于其未进行过多的几何尺寸设计,在建立相应的冷态模化系统后,着重进行了性能优化试验。试验台模化比例为1:2.5,分别研究了阻塞比、各级叶片倾角、叶片缺省对此百叶窗相关性能的影响。实验结果表明:阻塞比对百叶窗分离器工作性能影响最大;此百叶窗在阻塞比为0.72,各级叶片倾角为30°时,第2、3级叶片设置为可调节叶片的情况下工作性能最优。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.1.1 W 型火焰锅炉结构特征
• 1.1.2 W 型火焰燃烧技术所面临的问题
• 1.2 W 火焰锅炉燃烧技术的研究现状
• 1.2.1 W 型火焰锅炉问题解决方案
• 1.2.2 国内外W 型火焰锅炉研究进展
• 1.3 W 型火焰锅炉“多次引射分级燃烧”高效低NOx 技术机理
• 1.4 百叶窗在W 型火焰锅炉上研究意义
• 1.4.1 百叶窗在“多次引射分级燃烧”技术上重要性
• 1.4.2 哈工大对百叶窗所做的研究介绍
• 1.4.3 用于W 型火焰锅炉的百叶窗与水平浓淡燃烧技术的区别
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 百叶窗分离器冷态单相试验系统
• 2.1 采用百叶窗分离器的W 型火焰锅炉机组原型介绍
• 2.2 冷态模化试验原则
• 2.3 百叶窗分离器的结构参数与性能参数
• 2.3.1 百叶窗分离器的结构参数
• 2.3.2 百叶窗分离器的性能参数
• 2.4 百叶窗分离器单相试验系统
• 2.4.1 百叶窗分离器的试验装置
• 2.4.2 冷态试验系统仪器原理
• 2.4.3 百叶窗分离器系统试验方法
• 2.5 笛形管的标定
• 2.6 本章小结
• 第3章 百叶窗分离器内部流场数值模拟研究
• 3.1 Fluent 软件简介及应用
• 3.2 百叶窗分离器数值模拟所涉及的物理模型
• 3.2.1 k-ε双方程模型简介
• 3.2.2 气固两相小滑移模型简介
• 3.2.3 气固两相颗粒随机轨道模型简介
• 3.3 Fluent 数值模拟的准备工作
• 3.4 百叶窗分离器二维和三维模拟结果比较
• 3.5 百叶窗分离器单相模拟分析
• 3.5.1 百叶窗分离器内速度场分布
• 3.5.2 百叶窗分离器内静压分布
• 3.6 百叶窗分离器两相模拟分析
• 3.6.1 百叶窗分离器随机轨道模型模拟
• 3.6.2 百叶窗分离器欧拉模型模拟
• 3.7 百叶窗分离器试验与模拟结果不同原因
• 3.8 本章小结
• 第4章 百叶窗分离器结构参数对工作性能影响
• 4.1 660MW 锅炉百叶窗分离器冷态单相试验结果分析
• 4.1.1 叶片倾角对气相性能参数的影响
• 4.1.2 来流速度对其气相性能的影响
• 4.2 350MW 锅炉百叶窗分离器冷态单相试验结果分析
• 4.2.1 阻塞比对气相性能的影响
• 4.2.2 叶片倾角对气相性能的影响
• 4.2.3 叶片缺省对其气相性能的影响
• 4.3 模拟结果与实测结果对比分析
• 4.3.1 660MW 锅炉的百叶窗分离器
• 4.3.2 350MW 锅炉的百叶窗分离器
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的科研成果
• 致谢