600MW切圆锅炉燃烧器布置方式优化及其硫化氢生成特性研究

发布时间：2017-05-12 20:22

  本文关键词：600MW切圆锅炉燃烧器布置方式优化及其硫化氢生成特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：四角切圆煤粉燃烧锅炉是我国电站中应用最广泛、最成熟的炉型,大约占装机总容量的70%以上。但由于我国动力用煤煤种多变,再加上四角切圆煤粉锅炉本身的固有缺陷以及煤粉燃烧器本身结构的原因等,经常导致四角切圆煤粉锅炉出现炉内结渣和高温腐蚀等问题。相比于四角切圆煤粉燃烧锅炉,四墙切圆煤粉燃烧锅炉以其煤粉气流易着火和燃烧稳定性好,能有效防止结渣、高温腐蚀及爆管现象等优点,受到越来越广泛的关注。本文以一台600 MW四角切圆煤粉燃烧锅炉为数值模拟对象的原型,在保持假想切圆直径不变的情况下将炉膛改造为四墙切圆燃烧炉膛,得到共计13种不同的切圆布置方式,建立计算模型并对其进行网格划分。采用CFD商业软件Fluent对不同切圆布置方式下的炉内燃烧过程进行了数值模拟。将四角切圆布置方式下的部分模拟结果与锅炉的设计参数进行了对比,验证了数值模拟结果的准确性。随后从炉膛速度场、炉膛温度场、炉内组分浓度场、壁面热流密度、炉膛出口速度及温度、炉内旋流数、实际切圆直径以及硫化氢生成特性等方面对不同切圆布置方式下的炉内燃烧特性进行了分析对比。结果表明,燃烧器四墙中置切圆布置方式下,随着炉膛截面高度的增加,炉内未发生高速气流冲刷墙面的情况。炉内平均无因次切圆直径符合锅炉的设计煤种。高温火焰中心比其它布置方式相对较低,有利于降低飞灰含碳量和减少排烟热损失,且底层燃烧器煤粉气流着火性好,燃烧切圆大小合理,高温区面积较大。此外,该布置方式避免了局部区域处于还原性气氛进行缺氧燃烧,降低了炉内发生结渣的可能性,也能够抑制贴壁区域H2S生成,从而有效地抑制了恶劣的高温腐蚀的发生。壁面受热不均等问题也得到了有效的缓解,降低了出现传热恶化的可能。在炉膛出口处残余旋转相对比较不明显,速度和温度分布对称性好,可有效防止高温过热器的超温爆管。本文的研究对切圆锅炉的燃烧器布置方式提供了重要而有意义的参考依据。通过对各种切圆布置方式下炉内燃烧特性的对比分析,推荐使用燃烧器四墙中置切圆布置方式。
【关键词】：数值模拟 切圆锅炉 燃烧器布置 高温腐蚀 硫化氢
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM621.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-16
• 1.1.1 切圆燃烧锅炉11-15
• 1.1.2 高温腐蚀15-16
• 1.2 国内外研究现状16-20
• 1.3 本文的研究意义及内容20-23
• 2 煤燃烧相关理论及硫化物型高温腐蚀23-31
• 2.1 煤燃烧的过程概述23-25
• 2.1.1 煤燃烧基本原理23-24
• 2.1.2 煤燃烧动力工况24-25
• 2.2 煤粉炉内燃烧过程的概述25-27
• 2.3 硫化物型高温腐蚀27-29
• 2.3.1 原子态硫引起的高温腐蚀27-28
• 2.3.2 H_2S气体引起的高温腐蚀28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 模拟对象与数值模型及方法介绍31-47
• 3.1 数值模拟对象简介31-33
• 3.2 网格划分33-35
• 3.3 计算模型的选择35-43
• 3.3.1 基本守恒方程35-36
• 3.3.2 气相湍流模型36-37
• 3.3.3 颗粒运动模型37-38
• 3.3.4 煤粉燃烧模型38-41
• 3.3.5 辐射模型41-42
• 3.3.6 硫化物生成模型42-43
• 3.4 边界条件的设定43-45
• 3.5 计算方法及具体方案45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 数值模拟结果及分析47-77
• 4.1 模拟的准确性验证47-48
• 4.2 炉膛速度场分析48-50
• 4.3 炉膛温度场分析50-54
• 4.4 炉内组分浓度分布54-58
• 4.5 炉膛壁面热流密度分析58-62
• 4.6 炉膛出口速度、温度分析62-65
• 4.7 炉内旋流数分析65-67
• 4.8 实际切圆直径分析67-68
• 4.9 硫化氢生成特性分析68-74
• 4.10 本章小结74-77
• 5 总结与展望77-81
• 5.1 全文总结77-79
• 5.2 工作展望79-81
• 参考文献81-87
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果87-91
• 学位论文数据集91

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