偏转二次风系统600MW燃煤锅炉NO_x排放特性及数值
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发布时间:2018-09-18
环境科学学报偏转次风系统600贼,燃煤锅炉,1排放特性及数值模拟周昊,孙平,岑可法浙江大学热能工程研究所,杭州310027次风和01风反切消旋,在炉膛截面水平方向和炉膛高度方向形成分级燃烧。运行结果明,该燃烧器布置方式能抑制炉内结渣,减轻炉膛出口扭转残余并能降低,1排放量。通过工况试验,将锅炉的氮氧化物排放水平降低到国家标准限定值以下。采用数值计算对该炉炉内流动传热燃烧和氮氧化物生成过程进行模拟。
燃烧器角布置切圆燃烧燃煤锅炉在我国得到广泛应用,具有燃烧效率高,运行技术成熟等优点。国家标准规定,大型燃煤锅炉的氮氧化物排放量应低于65083.近年来,炉内偏转次风系统被广泛地应用于大型角切圆燃烧锅炉,基本原理为将部分或全部次风偏离次风,在次风和炉膛水冷壁之间形成层风膜,达到风包粉的效果。结合角切圆燃烧锅炉中设置的顶部燃尽风喷嘴,形成炉内水平方向和高度方向的分级燃烧。为解决炉膛出口烟气偏差问,往往将炉膛下部的次风正切,而将炉膛上部的次风和燃尽风反切消旋。
分级燃烧是锅炉降低N0x排放的有效方法之,以往研究多集中于加装燃尽风对降低N0x的影响。本文通过对某600MW锅炉进行多工况i式验,摸索偏转次风系统的N0x排放特性,并采用数值计算对该炉炉内流动传热燃烧和氮氧化物生成过程进行模拟,将模拟结果与试验结果比照,为采用偏转次风系统降低N0x排放提供设计和运行参考。
收穑日期20000103;修订日期2000基金项目国家重点基础研究专项经费资助1研究对象介绍炉为亚临界次再热汽包锅炉,角布置切向摆动式燃烧器,可在上下方向士20范围内摆动,以调节再热汽温。满负荷条件下投用瓦层次风,层备用1.锅炉原设计燃烧器安装角度1后采用次风偏转技术进行了燃烧系统改造次风人已。,瓦层按原设计气流方向正向偏转17,次风瓦,反向偏转17.,燃尽风0人0已反向偏转23.5.
2热态试验进行了现场锅炉热态,1排放与燃烧调整实验,获得锅炉的,1排放特性并为下步数值模拟试验提供必要的数据验证。主要试验工况包括不同配风,不同负荷,不同煤种等条件下烟气,1排放浓度飞灰可燃物等有关项目工况23,4,5,10,为平混和澳煤掺烧,工况1267,8,9为平混和俄煤掺烧工况23,45,10,为平混和澳煤掺烧,工况1267,8,9为平混和俄煤掺烧工况试验目的负荷,次风投停方式次风配风方式风门开度,下层上层燃烧器摆动燃料标准工况水平效果水平次风水平配比方式水平燃烧器上摆摆动下摆改变负荷常规中等负荷运行方式常规较低负荷运行方式改变燃料水平3试验结果分析3.1燃尽风配风变化对,1排放量的影响改变锅炉的燃尽风配比,试验结果明对NOx排放量影响很大,标准工况下NOx排放量为746.3mgm3;保持OFA开度不变,开大OFRNOx排放量有所下降,但飞灰含碳量增加,增幅达51.而08全关,1排放量和飞灰含碳量均比标准工况增加。在此基础上继续减小,开度,1的排放量剧增至906.5爪83.全关,8时,1排放量比,开度30OFB全关时反而有所下降,但这并不说明燃尽风全关比有燃尽风时NOx排放量小,这种情况是由于全关0九08工况下炉内处于低氧燃烧条件省煤器后氧量为2.76,而标准工况为3.3炉内低氧燃烧抑制了燃料NOx的生成量。
3.2改变次风配比对NOx排放的影响出于锅炉安全运行的考虑,未进行很大的次风量分配变动试验,仅就通过次风量在高度方向上的分级送入和水平方向上的分级送入进行了试验,改变幅度较小,但试验结果明,改变次风配比对降低NOx排放效果显著,3中工况67.通过次风分级使NOx排放量比标准工况下降了16.9,而炉内燃烧稳定,飞灰含碳量基本无变化。
3.3燃烧器摆动对NOx排放量的影响为避免燃烧器摆角过大产生冷灰斗结渣和过热器金属超温现象,燃烧器摆角变化量较小。
试验结果明,燃烧器摆动对NOx排放量有定影响,燃烧器上摆后,火焰中心上移,火焰中心与燃尽风之间的间隔减小。同时燃尽风刚性减弱,与燃烧产物的混合效果变差,这些因素及其它的可能因素导致NOx排放量增加。燃烧器下摆对NOx排放量影响不大。
3.4煤种变化对NOx排放量的影响改变进入8层次风口的煤种,由澳煤改变为俄煤,而同时保证进入人0层次风口的煤种为平混煤不变。澳煤和俄煤的主要差别为澳煤的挥发分和含氮量都大于俄煤,而灰分小于俄煤。燃用澳煤时锅炉的狱1排放量为746.3爪8爪3,燃用俄煤时为659.3爪8爪3.
由上述,可知现燃尽风配比已处于比较合适的位置,进步开大燃尽风量对降低NOx排放量贡献已不是很大,同时会带来飞灰含碳量过大的问。而改变次风配比降低NOx效果明显,在燃用平混和俄煤时,600MW负荷条件下通过调试已能获得620.2mgm3的NOx排放效果由工况4和工况5的比较分析可知,通过低氧燃烧控制炉膛出口过量空气系数在1.05左右可以获得较好的抑制NOx效果。如能优化次风送入方式和低氧燃烧方式,在燃用平混和俄煤600MW负荷条件下NOx排放量可以降低到600mgm3以下,力争通过燃烧调整手段达到降低NOx排放量25的效果。
4数值模拟方法采用数值模拟方法对该600肘评锅炉炉内流动传热燃烧污染物释放进行了数值模拟,发挥数值模拟在锅炉设计调试方面的优势。对于切圆燃烧锅炉炉内气流旋转,最常用的标准ke方程模拟炉内流动存在困难,应用了RNGke模型对炉内流动进行数值模拟。RNGk模型与标准模型的主要差别在于对标准模型对RNGke模型,其系数取值来自重整化群理论RNGke模型引入尺度n=SKe,可以很好地应用于带有强曲
率影响的快速畸变流动中,可以用来处理各向异性的湍流流动。10模型系数均来自重整化群理论的计算,系数以显式形式给出使用起来也比较方便。
采用蒙特卡洛方法模拟炉内辐射换热,并用有限差分方法计算对流换热和导热,获得炉内温度场分布。采用拉格朗日方法处理气固两相间的作用,随颗粒在炉内的运动轨迹计入颗粒的燃烧过程,采用脉动频谱随机轨道模型FSRT模型考虑颗粒的湍流耗散,颗粒燃烧过程包括煤粉热解模型碳的非均相反应模型气相湍流燃烧等231.
将流动传热和燃烧的计算过程耦合计算,获得不同工况下的炉内流场温度场气相场和煤粉燃烧规律。
风流场。5为600肘评负荷下某燃烧器层横截面温度场,可燃烧器出口附近存在高温区,能保证次风良好着火燃烧。
而对颗粒运动轨迹的数值计算明,尽管次风大角度正切,4改造后4层次风截面
流场但炉内颗粒并无明显的刷墙现象,实际锅炉运行也说明无明显Fig.4Tlinumrialsimulatimresuh结渣现象发生。6为燃烧器截面的CO2和NOI体积浓度分faKXHVawfiddmfumc布,可在燃烧器区域附近,由于挥发分大量析出,挥发分中氮成分被迅速氧化成HCN等中间产物,并进步转化成NO,该区域NO浓度大致在600800ppm.计算获得标准工况下NOx排放浓度为735mgm3,而实测为746.3mgm3均折算到6氧量。
拟结果尺炉深5结论1大型角切圆燃烧锅炉采用下部次风正切,上部次风和燃尽风反切的次风偏转系统,能在炉膛水冷壁附近形成高氧环境,同时颗粒不贴壁,有利于防止结渣,是种适合于大型燃煤角切圆锅炉采用的燃烧系统。2顶部燃尽风对锅炉NOx排放具有很大的影响,需要通过热态试验摸索合适的燃尽风配风,寻求NOx排放和锅炉燃烧经济性飞灰含碳量之间的平衡。3低氧燃烧对锅炉降低NOx排放的效果非常明显。4采用偏转次风系统形成炉内水平方向的空气分级,对降低NOx排放效果显著。5采用RNGKe模型模拟角切圆炉内流场可行,结果令人满意。6计入对流的蒙特卡洛方法对炉内换热进行模拟的结果与试验比较基本吻合。而在流场和温度场计算基础上结合炉内颗粒运动过程和燃烧过程的计算结果获得了炉内的燃烧污染物生成的规律,模拟结果与试验结果比较效果较好。
1池作和,周昊,等。次风反切系统的数值模拟和多相流动特性分析口。中国电机工程学报,1998,18,2134139岑可法,樊建人。燃烧流体力学厘。北京水利电力出版社。1991岑可法,樊建人。工程气固多相流理论及计算。杭州浙江大学出版社。1990