全烧高碱煤锅炉燃烧过程及NO_x生成数值模拟

发布时间：2020-11-15 15:45

　　 煤作为我国储量最丰富的化石能源,在我国能源结构中仍占主导地位。新发现的准东煤田资源储量丰富,易于开采,燃烧特性好。但是由于其碱金属含量较高,在现役锅炉燃用过程中出现了严重的受热面沾污等问题,机组不能长期稳定运行。目前最好的机组也只能做到满负荷时80%的高碱煤掺烧比例,建设的是坑口电厂却被迫远距离外运其它煤种来掺烧。所以开发设计能全负荷就地全烧高碱煤的炉型才是最有效的利用方式。本文作为国家科技支撑计划项目的主要研究内容之一,对课题组针对示范工程提出的600MW超临界对冲燃烧全烧准东高碱煤锅炉的初步设计进行数值模拟预测,以优化燃烧器的运行参数和炉膛关键设计参数,为最终设计方案的确定提供参考。首先,分析了准东煤的煤质特性、现役锅炉燃用过程中容易出现的问题及常用的解决办法,分析了开发设计能满负荷全烧准东高碱煤的意义,并提出了“全烧”对于对冲燃烧锅炉炉膛结构参数设计的技术要求。其次,对示范工程锅炉拟采用的单只燃烧器的燃烧过程进行了数值模拟分析,讨论了不同运行参数对其流动、燃烧过程的影响,包括温度场及火焰形状、回流区的大小及回流质量、“风包火”的燃烧状态及还原区内的气相组分变化及挥发份析出及焦炭燃尽过程等。为了尽可能防止全烧准东高碱煤时的近壁区结焦问题,通过分析得出了推荐的参数设计,分别为一次风速15m/s,外二次风速轴向速度25m/s,切向速度4.5m/s,中心风速5m/s。最后,对示范工程锅炉炉膛在不同的关键设计参数下的燃烧特性进行了数值模拟研究。利用ANSYS FLUENT平台实现了锅炉结构的参数化设计,在变结构模拟时无须重新划分网格,而是直接调整这些已定义好的结构参数即可;重点模拟了不同的燃尽高度、燃尽风喷口位置、燃尽风率对炉内燃烧过程及污染物生成的影响;模拟结果认为燃尽高度27米有利于全烧高碱煤目标的实现,主燃区上方8米开设燃尽风较为合适。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM621.2;X773
【部分图文】：

第１章绪论??题背景及研究的目的和意义??是国民经济发展的源动力，直接关系到国家的可持续发展和核心竞争??国现有的能源结构中，煤炭是中国基本能源和重要的化工原料。中国??数据显示，２０１５年中国煤炭产量占能源总产量的７２．１°／。，而煤炭消耗??费总量的６４％ｍ。虽然中国正在不断优化能源消费结构，增加天然气，??风能等可再生能源的能源消费份额，但煤炭在未来一段时期仍将主导??源生产和消费。据估计，到２０３５年，中国的煤炭消费量仍将占一次能??量的５０％以上ｔ２】。在我国一次能源结构中，煤炭将长期处于主导能源??。??来，我国新疆地区陆续发现了伊犁煤田、库拜煤田、准东煤田和吐哈??煤［ｍ５！。其中，准东煤田属大型煤田，是中国目前规模最大的整装准东煤田位于中国新疆准噶尔盆地东部，如图卜１所示。???——??

、、锅炉均无法以准东煤为单一煤种，必须采用掺烧的方法才能安全燃用。??对现役锅炉进行燃烧调整或者结构改造能提高一些掺烧比例，如果不加添??加剂的话，不可能实现全烧或者大比例掺烧。??近一两年投运的专门针对准东煤新设计的锅炉，在锅炉结构上有适当的优??化，确实能改善一些，但实际准东煤燃用比例大部分也只能达到７０％左右的水??平，某３６０ＭＷ机组大幅增大了炉膛尺寸，增加了吹灰器数量，可长期满负荷??燃用８０％以上准东煤。??（２）炉膛至空预器区域的所有受热面均可能发生结渣、沾污积灰。实际运??行情况表明，目前锅炉在准东煤比例过高时均出现炉膛水冷壁、屏区结渣（煤??粉炉），以及对流受热面沾污积灰（所有类型锅炉）等现象，吹灰器无法清除，??砸坏冷灰斗水冷壁及捞渣设备、除渣系统运行困难、影响汽温、堵塞烟道，严??重时被迫停炉清渣清灰。??（３）在炉膛、高温对流受热面区出现高温腐蚀现象。准东煤碱金属含量和??氯（Ｃ１）含量高，部分电厂在大量燃用准东煤时还出现水冷壁、过热器、再热??器受热面腐蚀、氯腐蚀等，导致管壁减薄和爆管。??

层缓缓往下流的现象。所以在全烧准东高碱煤的情况下，如何有效防止或者减??轻炉内结渣现象，对全烧高碱煤的炉型选取至关重要。??对于对冲燃烧煤粉锅炉这种炉型来说，炉内燃烧过程的关键环节，如着火、??稳燃、低污染、燃尽以及水冷壁的结渣和高温腐蚀问题十分依赖于燃烧器自身??的结构及工作特性，而不像四角切圆煤粉锅炉炉内燃烧过程更加依赖于各角各??层燃烧器间的相互配合所形成的总体效果。??故此，燃烧器是对冲燃烧煤粉锅炉的核心部件。??由上可知，对于示范工程全烧高碱煤对冲燃烧锅炉，非常有必要研宄这一??核心部件的燃烧过程。为此，本章将通过数值模拟方法对单只燃烧器的燃烧过??程进行分析，并研究不同运行参数对其流动、燃烧过程的影响。以进一步考查??在何种参数设计情况下，其出口射流的形状、射程、气氛等更适合全烧高碱煤??的这一特殊要求。??４．２示范工程旋流燃烧器介绍??４．２．１几种典型的旋流燃烧器??
【参考文献】

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本文编号：2884933