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文檔簡介
1、發(fā)展W型火焰鍋爐高效低NOx的燃燒技術(shù),優(yōu)化爐內(nèi)燃燒,是我國低揮發(fā)分煤的燃燒利用中一個急需解決的重要課題。詳細的試驗檢測和準確的燃燒過程數(shù)值模擬是正確分析爐內(nèi)的煤粉燃燒過程,揭示爐內(nèi)NOx的生成機理,準確把握不同因素對爐內(nèi)燃燒特性的影響的關(guān)鍵,能夠為爐內(nèi)的燃燒優(yōu)化和發(fā)展新型W型火焰鍋爐高效低NOx燃燒技術(shù)提供指導(dǎo)和依據(jù)。本文通過基于圖像處理的燃燒檢測技術(shù)對W型火焰鍋爐內(nèi)的燃燒進行檢測,并對爐內(nèi)燃燒過程進行詳細的數(shù)值模擬分析,研究了優(yōu)化爐
2、內(nèi)燃燒的技術(shù),并在電站鍋爐上通過改造進行了實踐。本文的主要研究內(nèi)容如下:
W型火焰鍋爐燃燒過程的檢測研究。通過使用基于圖像處理的爐內(nèi)燃燒過程檢測技術(shù),對FosterWheeler(FW)技術(shù)W型300MW和600MW級的鍋爐進行檢測。對一臺300MW級W型火焰鍋爐進行了沿爐膛高度方向的溫度和火焰發(fā)射率的檢測,得到了爐內(nèi)火焰溫度和發(fā)射率沿爐膛高度方向上分布的主要規(guī)律。對一臺600MW級W型火焰鍋爐進行三維溫度場重建的研究,并
3、將三維重建溫度分布的信息與采用便攜式圖像溫度檢測系統(tǒng)以及紅外高溫計的檢測結(jié)果進行了比較,結(jié)果顯示檢測結(jié)果的差別在10%以內(nèi),表明檢測結(jié)果的可靠性。檢測結(jié)果表明W型火焰鍋爐目前存在的飛灰含碳量高,NOx排放超標(biāo)等問題與實際燃燒過程中火焰中心偏上,煤粉停留時間不足,爐內(nèi)空氣分級燃燒不足有直接關(guān)系。
對FW技術(shù)的W型火焰鍋爐燃燒過程進行數(shù)值模擬研究并提出一種提高NOx預(yù)測準確性的方法。通過建立適合W型火焰鍋爐特點的貼體網(wǎng)格,采用
4、Computational Fluid Dynamics(CFD)方法對一臺310MWW型火焰鍋爐內(nèi)的燃燒過程進行了模擬,得到了典型的爐內(nèi)溫度分布,速度場和顆粒軌跡等,并通過將模擬得到流場和沿爐膛高度方向的溫度分布結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比,表明了模擬方法和結(jié)果的可靠性。以此為基礎(chǔ)分析了目前爐內(nèi)燃燒中存在的一些主要問題和原因。通過將CFD燃燒過程模擬得到燃燒器出口的升溫曲線,結(jié)合具有氮釋放預(yù)測能力的化學(xué)滲透脫揮發(fā)分(Chemical Per
5、colation Devolatilization)CPD模型,計算得到煤粉在燃燒過程中揮發(fā)分氮和焦炭氮的比例,以及揮發(fā)分中NOx的前驅(qū)物HCN和NH3的份額。用這些參數(shù)取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗參數(shù),取得了對NOx生成的預(yù)測的更高精度。
在以上研究的基礎(chǔ)上,對四種不同運行條件下的W型火焰鍋爐燃燒優(yōu)化開展了數(shù)值模擬研究。通過CFD數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場燃燒調(diào)整試驗,研究了乏氣比例的調(diào)整、C風(fēng)(油槍風(fēng))比例調(diào)整和混煤摻燒方式調(diào)整對爐內(nèi)燃燒過程
6、和NOx排放的影響。研究不同燃燒調(diào)整方式對動量比、煤粉著火、火焰下沖深度、煤粉燃盡和NOx排放的影響,給出了優(yōu)化運行的指導(dǎo)意見。由于常規(guī)的燃燒優(yōu)化方式不能從根本上解決爐內(nèi)空氣分級不足造成NOx排放高的問題,通過數(shù)值模擬研究拱上燃盡風(fēng)的實施方案,指出在拱上實施高速燃盡風(fēng),能夠在保證煤粉燃盡的同時有效降低NOx排放。
由于常規(guī)的燃燒優(yōu)化方式對W型火焰鍋爐的高效低NOx運行只能起到有限的作用,而且往往難以兼顧穩(wěn)燃、高效和低NOx
7、燃燒的要求,所以研究了在F層二次風(fēng)風(fēng)箱中加入下傾的導(dǎo)流葉片,使得占二次風(fēng)60-70%的F風(fēng)以一個下傾的角度進入下爐膛,從而改進爐內(nèi)的燃燒。該技術(shù)可以在不改變拱上動量的情況下,增加向下/水平動量比,還能通過下傾的二次風(fēng)對下行的一次風(fēng)起到引射作用,這樣可以保證主要的二次風(fēng)不會直接水平?jīng)_擊下沖的煤粉氣流,使得二次風(fēng)逐漸沿一次風(fēng)火焰行程補充氧量,有利于延長火焰行程,擴大下爐膛還原區(qū),有利于煤粉燃盡和降低NOx排放。通過燃燒過程數(shù)值模擬優(yōu)化F層二
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