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330MW对冲燃烧锅炉燃烧和污染物排放的数值模拟
发布时间：2013-09-26 08:56 来源：未知
本文对美国B&W公司330MW自然循环对冲燃烧锅炉在额定负荷、55%额定负荷两个工况下的温度场、颗粒场和NOx场进行了数值模拟，并与现场数据进行了对比验证。
1、锅炉结构
该锅炉是一种典型的对冲燃烧锅炉，结构如图1所示：单炉膛，平衡通风，固态排渣全悬吊结构，尾部双烟道呈L型。炉膛由膜式水冷壁构成。炉膛上部布屏式过热器，炉膛折焰角上方有两级高温过热器，水平烟道布置了垂直再热器。尾部竖井由隔墙分成前后两个烟道。前部布置水平再热器，后部布置水平过热器和省煤器。在分烟道出口设计了烟气调节挡板装置，用来调整前后烟道的烟气量，保证控制负荷范围内再热器的出口汽温。烟气通过调节挡板后汇集在一起经两个烟道引入左右各一的回转式空气预热器。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂�，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
2、计算网格和数值方法
由于炉膛的几何结构不规则，只有用非均匀网格才能较好的符合计算意图。计算中面网格采用三角形网格，体网格采用六面体／四面体混合网格，对燃烧器和炉膛出口附近网格进行了加密，共划分了30多万个网格。
本文采用FLUENT软件进行计算。数值模拟三维稳态工况，采用SIMPLE方法求解N-S方程，气固两相间的湍流计算采用RNG k-8湍流模型，煤粉颗粒的轨迹场采用基于拉格朗日的随机颗粒轨道方法，燃烧过程在考察颗粒在炉内的历史轨迹中记人。对于炉内燃烧时的辐射和对流换热采用Pl辐射模型；对煤粉挥发分的释放采用了双匹配速率模型；对于气相的湍流燃烧采用漩涡破碎模型；对于焦炭的燃烧采用了考虑多个表面反应的总体反应速率的非均相反应模型；对于氮氧化物的生成主要考虑了燃料氮和热力氮的生成以及氮氧化物的再燃效应。
3、结果和分析
3.1 流 场
在额定工况下从图2中可以清楚的看到前后墙的三层燃烧器喷入炉内的情形。从三层燃烧器喷出的气流在炉膛中心相碰并形成分界线，绝大部分向上流动，一部分向下。两侧燃烧器的一部分气流向侧墙冲刷，并形成一个涡。流场证明了此种锅炉一个显著的优点，即在采用墙式燃烧圆型燃烧器条件下，低速直流的煤粉空气混合物处在两股强大的二次风包围之中，由于煤粉难以从二次风中分离出来，因此很少有接触炉壁的机会，不易造成炉膛结焦。
图3为负荷降至55%后的流场图。与图2比较后可以看出此时流场与满负荷时有较高的相似性，这显然有利于低负荷下的稳定燃烧。
所计算的两种工况下炉膛出口水平流场如图4所示。图中流速较均匀，没有发现大的偏流的现象，这与浙江电力试验研究所的测试结果较吻合。由于在炉膛出口没有残余旋转，不会引起水平烟道过热器温度偏差。这一结论也可从后面的温度分布中得出。
3.2温度场
图5a为炉膛中心纵截面温度分布，图5b中计算值与实测值的对比表明温度场计算值与实验值吻合的较好，从而有力地证明了本计算结果的正确性。图中显示，炉膛中心处温度最高，达到1800K左右，燃烧器出口未着火处温度最低，而这两个区域之间为着火区，温度变化剧烈。图5c为BMCR工况下水平烟道温度场�？梢钥闯鲅唐露妊芈趴矶确较蚍植冀衔�，烟温偏差较小。
图6为55%额定负荷下的纵剖面温度场，与图
5比较可以看出，尽管炉膛最高温度仍有约1800K，但绝大部分区域温度水平还是低于额定负荷。
3.3颗粒场
图7为额定负荷工况和55%额定负荷工况时追踪颗粒数量为200时的颗粒轨迹图。此颗粒轨迹分布与流场分布图存在较好的对应关系。图中显示煤粉颗�；狙刂髌鞣较蛟硕�，路线较直较短，从而导致煤粉在炉内停留时间较短，不利于煤粉充分燃尽。大部分煤粉颗�？伤嫫髁鞒雎�，而部分煤粉颗粒由于重力作用会落入冷灰斗。
55%额定负荷时由于采用单侧燃烧器运行，煤粉分布不均较为严重，煤粉有可能附着在未投运燃烧器侧，从而加重该侧的结渣。由图中可以看出由于煤粉上升运动与水平运动的综合影响，炉膛前墙上部折焰角对面处煤粉附着尤为严重，存在较高的结渣危险。
4、结论
本文对330MW对冲锅炉在额定工况、55%额定负荷工况下的流场、温度场、颗粒场和NO，浓度场进行了模拟研究，模拟的结果与实际运行经验吻合较好。通过研究得出了一些有参考价值的数据和结论，对该锅炉的设计优化和安全运行具有较为重要的参考价值。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
