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行业新闻

生物质燃烧机的二次风对锅炉燃烧特性影响

生物质燃烧机的二次风对锅炉燃烧特性影响

摘要:为了研究超超临界锅炉炉内燃烧特性,采用CFX- ~S(FII聊软件对1台1000 MW超超临界双切圆燃烧方式锅炉的流场、温度场和炉内氧量及污染物浓度的变化进行了数值模拟得到了在不同燃烧器投运方式以及不同的二次风配风方式下锅炉炉内的温度变化和氧量、C() NO等沿高度方向的浓度变化。分析表明,生物质燃烧机投运方式会影响炉内温度水平和烟气中a)和N)的浓度,而二次风配风方式主要对出口处烟气的CO和NO浓度变化有较明显的影响。

O引  言

    国家的能源结构决定了在相当长的一段时间内火电以燃煤为主的格局。发展洁净煤发电技术对节约资源、降低排放、保护生态、提高能源利用效率,具有重大的现实和深远意义。超超临界电技术作为其主要代表之一,由于蒸汽压力和蒸汽温度较高,能够大幅度捉高循环热效率,降低发电煤耗。

    近年来,1 000 MW超超临界机组多采用分层布置的PM型生物质燃烧机和MACTt49,.j烧技术,以降低NO的排放‘”。n型生物质燃烧机是在生物质燃烧机内将煤粉气流分为浓淡两股气流,浓煤粉气流在上,淡煤粉气流在下。MACT燃烧技术是一种实现炉内脱氮的技术其特点是:在主生物质燃烧机区过量空气系数为0 8进行缺氧燃烧;在主生物质燃烧机上方布置一层火上风(over flame a}r  OFA:b  OFA风一般占总风量的15%,其作用是使主燃烧区上方的碳氢等物质被活化。在OFA风上方布置有辅助风(auxilialY a}r AA),AA风分4层布置,以使主生物质燃烧机区未燃尽成分进一步燃烧旧。目前国内对影响此类型锅炉燃烧特性的因素的研究尚浅。以此为研究对象,分析该燃烧技术的燃烧特性以及污染物排放控制的机理,对锅炉的安全、经济运行具有重要意义

    对于锅炉炉内燃烧过程,现场实验研究困难很大,而数值模拟可以详细反映炉内的燃烧过程‘卜101,所以本文采用CFX- TASCFI_CW对所选炉燃烧过程进行数值模拟,对锅炉在额定负荷下不同生物质燃烧机投运方式和不同二次风配风方式下的燃烧特性进行了研究。

1研究对象与计算工况

1.1研究耐象

    本文所研究的锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司引进三菱重工业株式会社技术设计的采用兀型布置、单炉膛、PM型生物质燃烧机和MAC型低NO分级送风燃烧系统、反向双切圆燃烧方式的超超临界直流锅炉。炉膛自下而上分为主燃区、还原区和燃尽区,其中18.4~30 2m之间是主燃区,30.2~32. 8m之间是还原区,32 8m以上是燃尽区。炉膛尺寸为15 670X 66 600X 34 220  (rrrn),生物质燃烧机共6层(自上而下依次为F F D CBA层),每层8只。锅炉的结构示意图见图1。制粉系统采用配置6台中速磨煤机的正压直吹式制粉系统

1.2计算模型

    采用CFX- TASCFIOVV软件对锅炉炉内燃烧及其产物的各组分浓度进行了数值模拟,使用ICEVI软件划分网格,共生成1.08X l06个网格。湍流流动采用k_e双方程模型,燃烧反应采用多步涡团耗散模型,颗粒项采用拉格朗日颗粒轨道模型,辐射传热采用D ifP Sjor~~型。

    反应式(1)表示空气中的N高温下氧化成热力型Np燃料中的N-部分通过热解成HⅢ随挥发分释放,  HCN容易被氧化成N{;另一部分N随焦炭燃烧释放生成NH,N{可进一步被氧化为NQ烟气中的NO缺氧环境下会通过反应(5)、(6)被还原

1.3计算工况

    本文计算了如表2所示的两类工况的燃烧过程。计算以额定负荷工况为基础工况,该工况下,燃烧神华煤、炉膛的过量空气系数为1. 15\咐加风率为15%、燃尽风率为12%、投运上5层BG DF.F:E4~烧器、生物质燃烧机摆角与水平呈零度,锅炉给煤量为95. 33 k9/p总风量为858. 71  k9/,s -次风总量为176. 89 k9/,s浓相和淡相风量分别为103.1 k9/;s  83. 95 k9/≯风温为348K二次风总量为  664. 64 k9/,s其中AA二次风为128. 81 k9/s OFA-.次风为85. 87  k9/§主燃区二次风为449. 96 k9/,s风温均为607K

2.模拟结果与分析

2.1炉膛内的流场和温度场分布

    在锅炉炉膛的大屏区域烟气的充满度较好,但是在炉膛的后墙生物质燃烧机中部区域容易出现烟气冲刷和结渣现象,这是因为此位置正好是两个切圆在膛中心线上正冲的位置,形成了两个小漩涡区域,所以在此区域的气流比较横截面的其它区域的气流而言在竖直方向上的速度相对大一些。由于炉膛折焰角的影响,炉膛温度最高的区域稍微偏向前墙且由于流场偏向炉膛的后墙生物质燃烧机中部区域,所以在这个区域炉膛中心纵截面处等温线分布也呈现与沆场一致的情况

2.2生物质燃烧机投运方式的影响

    在额定负荷下,锅炉投运投运上五层BCDEF生物质燃烧机。锅炉本身设计有6层生物质颗粒燃烧机,其投运方式有多种,本文计算了投入ABCDECF5层环口BG DEF(5层)两种方式。图3分别为在额定负荷两种生物质颗粒燃烧机投运方式下沿高度方向温度和个各组分的变化曲线.从图3(a)中曲线可以看出,,在28m以下区域,投运上5层生物质颗粒燃烧机对应烟气温度远低于投运下5层生物质颗粒燃烧机对应的烟气温度,这是因为投运下5层生物质颗粒燃烧机时,燃料在底层燃烧使烟气温度上升。由于投运下5层生物质颗粒燃烧机时,煤粉在锅炉内的停留时间变长,所以煤粉燃烧也更完全,所以,在燃尽区以及炉膛出口烟温也较投运下5层生物质颗粒燃烧机时偏高。

    由于在主燃区空气过量系数小于l在投入下5层生物质颗粒燃烧机时,煤粉在30 m以下区域主要进行缺氧燃烧,所以烟气中的氧量相对于投运上5层燃烧器时更低,而不完全燃烧产物00会更高,如图3(b)、(6)所示。

    如图3(d)所示,投运下5层生物质颗粒燃烧机比投运上5层生物质颗粒燃烧机能大大减少NO的生成量。这是因为投运下5层生物质颗粒燃烧机时,下部生物质颗粒燃烧机对应的二次风没有闭,其送入的空气会使上部煤粉得到较多的氧气,这由于削弱了二次风的分级配风效应,造成燃型K)陕速生成,Nq农度偏高。与之相比,投运T5层生物质颗粒燃烧机日寸,二次风依然以分级配风形式投入,燃料型NO生成会得到控制。此外,投运下5层生物质颗粒燃烧机,相当于增大了还原区的范围,这使得NO的控制效果更加明显。

2.3二次风配风方式的影响

    二次风在煤粉气流着火后混入,供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量,以保证煤粉完全燃烧。其配风方式不仅影响燃烧稳定性和燃烧效率,还关系到结渣、火焰中心高度的变化、炉膛出口烟温的控制以及NO浓度的变化。本文通过控制二次风风门,调节二次风总量的300,设计了5种配风方式,包括均匀开度的均等式配风、上大下小的倒宝塔式配风、上小下大的宝塔式配风、中间小的漏斗式配风以及中间大的中鼓式配风如图4所示。

    在额定负荷下,改变二次风的配风方式,得到炉膛内烟气温度和各组分随高度变化的曲。

    在主燃区,即28 m以下区域,随着高度的增加,燃料的逐渐投入,烟气温度大幅升高,在主燃烧区之上,由于没有煤粉继续投入,温度开始下降。在30 n1处,即OFA风送入前温度下降到一个最低点。而随着OFA风的送入,温度有小幅上升。这说明虽然OFA风的迭入对烟气的冷却作用小于其对未燃尽成分的助燃作用。到33 m以上区域,炉内燃烧已基本完全,AA风的冷却作用会比较明显,温度呈下降趋势。从图5(a)中看出,倒宝塔配风时,最上层二次风给风最大,其冷却作用也最强出口烟温也最低。

    从图5(b)、(0)可以看出,随着燃料的投入,烟气中氧量会下降而不完全燃烧产物CO会上升。随着高度的增加,由于风量的不断补充,烟气中氧有一个缓慢上升的过程并最终趋于稳定,一部分OO在此过程中继续燃烧使烟气中的CO下降,而在漏斗配风时,由于28 n处进入的空气量最少,使其烟气中∞上升最快,且下降最慢。

    在26 m以下区域,随着煤粉不断的投入,NO浓度随炉高迅速增加。对于倒宝塔配风、中鼓配风以及均等配风由于氧量较低,火焰温度较低,热力型NO祁燃料型NO的生成量相对较小,如图5(d)所示。从26 m到38 m区域,除倒宝塔配风外,NO浓度均下降约200 mg/nf。对于N涨度下降的原因,首先考虑投入风量的稀释作用,因为即使在漏斗配风方式下,在此段投入的风量也占总风量的40p,单纯的空气稀释作用也能使NO明显下降。此外,在该区段对应耳F~J组生物质颗粒燃烧机,而由于主燃区处于缺氧燃烧状态,由煤粉提供的e H等元素会还原烟气中的NQ因此在这两种因素的综合作用下烟气中N(浓度呈下降趋势。在38 m以上区段,由于没有因空气的投入使烟气被稀释,且煤中碳氢化合物等可燃成分己基本燃尽,其对NO的还原作用消失,而烟气中残留的氧会在高温烟气环境中促进NO的生成,在各种配风方式下NO浓度均缓慢增加。

3结  论

    (1)生物质颗粒燃烧机投运方式会影响锅炉炉内的燃烧特性。在额定负荷下,投运上层生物质颗粒燃烧机会使炉内火焰中心较投运下层生物质颗粒燃烧机时偏高,同时炉内高温区也随之移动。

    (2)生物质颗粒燃烧机的投运方式是影响NO生成的一个重要因素,投入下部生物质颗粒燃烧机时烟气中Nq农度远小于投入上部生物质颗粒燃烧机。这是由于投运下部生物质颗粒燃烧机时燃料在炉膛内的行程比较长,有利于二次风分级配风,而投运上部生物质颗粒燃烧机时,由于底部二次风风门没有关闭.削弱了二次风的配风效应。并且,投运下部生物质颗粒燃烧机,相当于增大了还原区的空间,有利于N()的还原。

    (3)生物质颗粒燃烧机二次风配风方式对炉膛内温度水平的影响不大,而对烟气出口处畋)和NO浓度的影响明显。采用倒宝塔配风和中鼓配风,出口CO浓度相对较低,而漏斗配风时出口处NO浓度最低。

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点击次数:  更新时间:2017-08-15 21:35:12  【打印此页】  【关闭