超超临界燃煤锅炉配风优化的数值试验与应用

发布时间：2020-08-31 15:51

　　超超临界燃煤发电是目前最为切实可行的节能减排发电技术。超超临界燃煤发电机组具有较高的热效率、较低供电的煤耗、以及超低排放等特点,因而受到广泛使用。但在实际的运行中,由于煤种、负荷变化锅炉运行经常偏离设计工况,缺少科学的优化指导方法,仅凭运行人员的经验调节风门开度,在一些条件下低NOx燃烧技术与提升锅炉热效率之间存在矛盾,会导致风门开度偏离最佳组合,难以实现在提高热效率的同时,有效控制污染物排放;同时常规的测量技术无法实现对炉膛的高温区域进行测量,导致运行人员无法及时、准确的了解炉内的燃烧状况。针对此问题,本文对超超临界墙式切圆锅炉配风优化开展了相关研究,旨在掌握锅炉风量的分配规律以及配风对炉内燃烧过程和污染物排放的影响规律,并在此基础上提出了风门开度的优化方法。建立了660MW超超临界墙式切圆锅炉的三维数理模型。物理模型上构建了完整的二次风风道及各风门挡板,旨在研究风道结构以及挡板开度对风量分配的影响;同时在炉膛上部构建了完整的受热面,旨在准确计算烟气与受热面的换热量,并获得准确的炉膛出口烟温。数学模型上,采用Realizable k-?双方程湍流模型模拟气相湍流流动,随机轨道模型描述煤粉颗粒的运动,P-1辐射模型来描述炉内辐射换热,双步竞争反应反应模型描述挥发分的析出,动力-扩散模型模拟焦炭燃烧,混合分数/概率密度函数模型模拟气相湍流燃烧。本文研究了风门挡板的阻力特性以及挡板开度对风门流量的影响。在此基础上,以风门挡板开度作为配风调节的手段,在BMCR负荷下,探究了当过量空气系数为1.10、1.15、1.20和1.25时,一次风入炉风速为20m/s、23m/s、26m/s和29m/s时,附加燃尽风风门开度为10%、40%、70%和100%,配风方式为正宝塔配风、均等配风、倒宝塔配风以及缩腰配风时,周界风风门开度为25%、35%、45%和55%时,磨煤机组合为ABCDEF、ABCDE、ABCEF、ABDEF、ACDEF以及负荷为660MW、560MW、460MW时,锅炉炉内燃烧特性和污染物排放特性的变化规律。依据数值模拟的结果,结合电厂实际运行情况,设计了100组数值试验,获得各工况下炉内速度场、温度场、组分浓度场的分布,以及高温过热器出口温度、组分浓度和飞灰含碳量,为构建锅炉燃烧特性的模型提供数据。在数值试验的基础上,提出了锅炉高效低污染燃烧的配风优化方法。建立了融合实际运行数据和数值试验数据的样本数据库,并在此基础上构建了以负荷、过量空气系数、煤质特性、配风方式等变量作为输入,锅炉燃烧效率、NOx含量作为输出的锅炉燃烧特性的神经网络模型,并采用遗传算法完成了锅炉高效低污染配风优化。基于数值试验、神经网络模型和遗传算法优化方法构建了“锅炉配风优化系统”,并嵌入对象锅炉的DCS系统,在现场成功投运。通过对对象锅炉进行性能测试试验,系统的可靠性、有效性得到了进一步验证。结果表明:在600MW、500MW、400MW时,系统投运后锅炉热效率分别提高0.50%、0.51%、0.52%,NOx含量分别减少10.51%、16.68%、16.72%。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM621.2
【部分图文】：

技术路线图,技术路线,课题研究

课题研究技术路线

锅炉结构,燃烧器布置,燃烧器

图 2-1 锅炉结构与燃烧器布置2.2.2 燃烧设备锅炉的制粉系统为中速磨正压直吹系统，磨煤机共 6 台。BMCR 时 5 台投运，一台备用。磨煤机出口煤粉细度 R90=19.6%。每台磨带一层燃烧器，每根一次风管道供至一只燃烧器。燃烧器采用墙式切圆燃烧大风箱结构，全摆动燃烧器。共设六层浓淡一次风口，三层油风室，十层辅助风室，一层燃尽风室。整个燃烧器与水冷壁固定连接，并随水冷壁一起向下膨胀，燃烧器共 24 组，布置于四面墙上，形成一个大切圆。燃烧器共 6 层煤粉喷口，每层与 1 台磨煤机相配，主燃烧器采用低 NOX 的煤粉燃烧器，每只煤粉喷嘴中间设有隔板，以增强煤粉射流刚性，在主燃燃烧器的上方为 OFA 喷嘴，在距上层煤粉喷嘴上方约 6.0m 处有四层附加燃尽风 AA（AdditionalAir）喷嘴，角式布置，它的作用是补充燃料后期燃烧所需要的空气，同时既有垂直分级又有水平分级燃烧达到降低炉内温度水平，抑制 NOx 的生成，此 AA 风与 OFA 风一起构成低 NOX 燃烧系统。

示意图,计算区域,网格划分,示意图

(a)锅炉整体网格示意图 (c)附加燃尽风区域截面网格示意图图 2-2 计算区域网格划分示意图2.5 模型的分析与验证本节深入分析了风门挡板的阻力特性，以及挡板开度对风门流量的影响在此基础上提出了一种计算二次风流量的方法，最终通过与工程试验结果进比，验证了建立模型的可靠性。2.5.1 数理模型的分析1）、二次风流动阻力分析图 2-3 为二次风风道结构图，二次风由送风机送入，经空气预热器加热入二次风风道，二次风风道分为 A、B 两侧，在侧墙两侧又分流，一部分进部附加燃尽风风道，另一部分进入燃烧器风箱，再由不同风室流入炉内形成切由图 2-4 可以看出，二次风从送风机到进入炉膛的压降△P，主要分为 6 个部第一部分为流经空预器产生的局部阻力引起的压降△P1；第二部分为二次风

【参考文献】