“W”型火焰锅炉低NOX燃烧的数值模拟研究与应用

作     者：熊赞 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈冬林;张正坤

授予年度：2021年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：“W”型火焰锅炉 NOX排放 低氮燃烧改造 数值模拟 工业试验 

摘      要：我国煤炭储量中15.6%为无烟煤,由于其具有碳化程度高、热值低和挥发分低的特点,主要用于火力发电。“W型火焰锅炉以其火焰行程长、着火区风量小、燃烧稳定性好和燃烧效率高的优点,适合燃用无烟煤。本文以某电厂600MW亚临界“W型火焰锅炉出现水冷壁爆管、燃烧稳定性差、炉膛结焦以及NOX排放浓度高等问题为背景,利用FLUENT软件对改造前后的炉内燃烧过程进行数值模拟,分析改造前后炉内速度场、温度场和组分浓度场的变化,并进行相应的燃烧改造工业试验。首先,建立锅炉燃烧数值模拟的数学模型,根据锅炉实际尺寸建立物理模型,并对物理模型进行网格划分、边界条件和壁面条件的设置。然后对锅炉BMCR工况进行数值模拟,通过对炉内速度场、温度场和组分浓度场的分析,研究炉内的燃烧特性和炉膛结渣等问题。数值模拟结果表明:原方案煤粉气流下冲较短距离即拐入上炉膛,火焰中心上移,煤粉颗粒燃烬程度差,改造方案速度场呈现完美的“W型,炉内火焰充满度好;原方案温度场分布不均匀,高温区域集中,改造方案温度场分布均匀,炉内平均温度降低;原方案NOX生成集中在燃烧器布置区和上炉膛近壁面处,改造方案由于加入燃烬风使得这两处的NOX生成量减少;改造方案的CO浓度场和O2浓度场也得到了一定程度的改善;改造方案对卫燃带的面积和位置进行了合理调整,解决了上炉膛欠氧燃烧时翼墙、侧墙和炉拱易结焦的问题。最后对改造前后的锅炉进行燃烧改造工业试验,并对初步性能试验结果和数值模拟结果进行比较分析,分析发现工业试验结果与数值模拟结果具有高度的吻合性。通过低氮燃烧改造,该电厂#1、#2炉炉内的速度场和温度场得到了一定程度的改善;从改造前后的测试数据来看,该电厂#1炉的NOX排放浓度由1453～1507mg/Nm3下降至754～812mg/Nm3,NOX排放浓度平均降低约697mg/Nm3;2#炉的NOX排放浓度由1265～1305mg/Nm3下降至550～595mg/Nm3,NOX排放浓度平均降低约713mg/Nm3。研究结果已应用于金竹山电厂“W型火焰锅炉低氮燃烧改造方案设计中,并将为以后同类型的锅炉低氮燃烧改造提供一些参考。