水平濃淡煤粉燃燒器內(nèi)氣固流動(dòng)特性研究.pdf

1、近年來，隨著各國對(duì)氮氧化物排放的控制更加嚴(yán)格，大幅度降低電站鍋爐NOx排放量已成為科研院所急需解決的研究課題。水平濃淡燃燒技術(shù)作為先進(jìn)的煤粉燃燒技術(shù)可以同時(shí)解決鍋爐的燃燒效率、火焰穩(wěn)定性、防止結(jié)渣和水冷壁管的高溫腐蝕及低NOx排放問題。作為該技術(shù)的核心部件，百葉窗煤粉濃縮器已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電站鍋爐中。為了揭示百葉窗煤粉濃縮器內(nèi)的氣固流動(dòng)規(guī)律、充分發(fā)揮現(xiàn)有煤粉管道的濃縮作用，實(shí)現(xiàn)以較低的代價(jià)有效地降低煤粉鍋爐的NOx排放，本文研究了百葉窗煤

2、粉濃縮器內(nèi)的氣固流動(dòng)特性，以及細(xì)粒子在彎頭中的分離特性，研發(fā)并優(yōu)化了可換向百葉窗煤粉濃縮器，并在采用角部風(fēng)箱的微量油直接點(diǎn)火水平濃淡煤粉燃燒器中應(yīng)用。最后診斷了采用彎頭加扭板結(jié)構(gòu)的濃淡燃燒器的鍋爐中出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)定及高溫腐蝕現(xiàn)象，提出了燃燒設(shè)備改造方案。
　　在百葉窗煤粉濃縮器冷態(tài)單相實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，采用恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀測(cè)量了濃縮器內(nèi)氣相時(shí)均速度和脈動(dòng)速度分布。采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、可實(shí)現(xiàn)k-ε模型、RNG k-ε模型和RSM模型模擬了濃縮

3、器內(nèi)流場(chǎng)分布，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。四種湍流模型可以準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)百葉窗煤粉濃縮器內(nèi)的時(shí)均速度分布，但在預(yù)報(bào)濃縮器內(nèi)湍流動(dòng)能方面，可實(shí)現(xiàn)k-ε模型和RSM模型相比標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和RNG k-ε模型，獲得了與實(shí)驗(yàn)值吻合較好的結(jié)果。以玻璃微珠為示蹤粒子，利用片光源和高速攝影技術(shù)對(duì)濃縮器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了示蹤實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在濃縮器濃側(cè)靠近葉片的區(qū)域，有一條濃度較高的粉流顆粒帶。濃縮器實(shí)際運(yùn)行中，高濃度的煤粉顆粒長(zhǎng)期沖刷葉片表面，將導(dǎo)致葉片的磨損問題

4、。
　　在百葉窗煤粉濃縮器氣固兩相?；瘜?shí)驗(yàn)臺(tái)上，采用PDA（粒子動(dòng)態(tài)分析儀）測(cè)量了濃縮器內(nèi)氣固兩相流場(chǎng)，重點(diǎn)分析了濃縮器典型截面、葉片表面附近及濃側(cè)出口區(qū)域的兩相流場(chǎng)分布。結(jié)果表明，葉片表面附近顆粒與葉片的碰撞反彈是形成濃縮器內(nèi)顆粒濃縮的本質(zhì)所在；葉片只濃縮葉片附近區(qū)域的顆粒，而對(duì)遠(yuǎn)離葉片的濃側(cè)區(qū)域則影響較?。粷鈧?cè)壁面磨損區(qū)域主要發(fā)生在末級(jí)葉片喉口到距喉口0.7D（D為濃縮器的寬度）范圍內(nèi)，在濃縮器的應(yīng)用中需考慮此處的防磨措施。<

5、br>　　采用可實(shí)現(xiàn) k-ε模型和顆粒隨機(jī)軌道模型對(duì)百葉窗煤粉濃縮器進(jìn)行了氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬研究，并與PDA實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了兩相流模型的合理性。對(duì)葉片缺級(jí)條件下的濃縮器流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。采用預(yù)測(cè)磨損率的半經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)葉片的磨損進(jìn)行了預(yù)報(bào)，并進(jìn)行了葉片磨損的工業(yè)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：葉片磨損嚴(yán)重的區(qū)域發(fā)生在葉片的下部；后級(jí)葉片比前級(jí)葉片磨損速度快；同一級(jí)葉片上，葉片后端磨損嚴(yán)重。
　　針對(duì)現(xiàn)有采用水平濃淡燃燒技術(shù)、小油槍

6、煤粉直接點(diǎn)火技術(shù)的鍋爐中，鍋爐兩個(gè)角的油槍（雙爐膛鍋爐中是4個(gè)角的油槍）受空間的限制只能布置在淡煤粉氣流側(cè)而無法實(shí)現(xiàn)鍋爐有效點(diǎn)火以及浪費(fèi)燃料油的問題，提出了可換向百葉窗煤粉濃縮器。采用數(shù)值模擬方法對(duì)可換向百葉窗煤粉濃縮器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并確定了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。對(duì)某電廠＃6爐下層煤粉燃燒器改造后的一次風(fēng)噴口速度分布進(jìn)行了測(cè)量，濃淡風(fēng)速比滿足設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了可換向百葉窗煤粉濃縮器的可靠性。
　　在氣固兩相?；瘜?shí)驗(yàn)臺(tái)上，采用PDA測(cè)量了彎

7、頭內(nèi)及彎頭下游典型截面上的氣固兩相流場(chǎng)，分析了彎頭的氣固分離性能。通過數(shù)值模擬及動(dòng)量矩分析等手段，對(duì)某煤粉燃燒鍋爐爐內(nèi)出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)及高溫腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這主要是因?yàn)樵撳仩t采用彎頭加扭板型燃燒器，其出口濃側(cè)存在反向動(dòng)量矩，導(dǎo)致爐內(nèi)整體動(dòng)量矩與切圓的設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)方向相反，從而在爐內(nèi)形成反轉(zhuǎn)切圓。通過采用百葉窗式水平濃淡風(fēng)燃燒器，消除了燃燒器出口的反向動(dòng)量，改造后鍋爐燃燒穩(wěn)定，大大降低了爐內(nèi)高溫腐蝕現(xiàn)象，燃燒效率提高，從而獲得較明顯的經(jīng)