脫硫系統(tǒng)對鍋爐內(nèi)爆影響的數(shù)值計(jì)算和模擬試驗(yàn)研究.pdf

1、煙氣脫硫裝置已經(jīng)成為除了鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)三大主機(jī)以外，電廠又一個(gè)主要設(shè)備。電站煤粉鍋爐加裝煙氣脫硫系統(tǒng)后，必須串聯(lián)增壓風(fēng)機(jī)或者采用高壓頭引風(fēng)機(jī)，才能將煙氣排出系統(tǒng)。鍋爐“內(nèi)爆”是指當(dāng)鍋爐熄火或者高壓頭引風(fēng)機(jī)誤操作時(shí)，鍋爐系統(tǒng)內(nèi)瞬間產(chǎn)生的負(fù)壓太高，超過爐墻承受壓力，并對爐墻造成破壞的鍋爐事故。國內(nèi)鍋爐由于加裝脫硫系統(tǒng)而采用高壓頭引風(fēng)機(jī)，這增大了“內(nèi)爆”發(fā)生的可能性。 本文建立了鍋爐全系統(tǒng)的三維數(shù)學(xué)模型，對帶有脫硫系統(tǒng)鍋爐的“內(nèi)

2、爆”進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究，以及對有、無脫硫系統(tǒng)的1025t/h鍋爐的“內(nèi)爆”分別進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，系統(tǒng)地研究了脫硫系統(tǒng)對鍋爐“內(nèi)爆”的影響，提高了“內(nèi)爆”的認(rèn)知水平，為“內(nèi)爆”防范提供了有益的建議。 考慮了對流受熱面管道、煙氣變物性、風(fēng)機(jī)等因素對流場的影響，建立了包含爐膛和煙道的全系統(tǒng)三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型。計(jì)算區(qū)域以燃燒器出口為入口邊界，以風(fēng)機(jī)出口為出口邊界。應(yīng)用多孔介質(zhì)算法對煙道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化處理。假設(shè)豎井煙道和水平煙道為各向同性

3、多孔介質(zhì)，空氣預(yù)熱器為各向異性多孔介質(zhì)，引入體積孔隙率表征煙道和空氣預(yù)熱器內(nèi)換熱面的存在和所占的體積份額。對多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程和能量方程進(jìn)行修正，使其符合煙氣在煙道和空氣預(yù)熱器內(nèi)流動(dòng)和換熱的特征。湍流模型采用k-ε模型，輻射換熱采用P-1模型，煤粉顆粒運(yùn)動(dòng)采用拉格朗日模型。 建立了單引風(fēng)機(jī)布置、負(fù)壓運(yùn)行的燃?xì)庠囼?yàn)爐。試驗(yàn)從快速斷燃料、延時(shí)斷燃料、不同負(fù)荷下快速斷燃料、快速斷燃料的同時(shí)關(guān)小進(jìn)氣閥門、同時(shí)切斷燃料和風(fēng)機(jī)電源等工況，對

4、鍋爐加裝脫硫系統(tǒng)前、后的壓力特性進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。研究得出：快速切斷燃料后，系統(tǒng)在0.3s內(nèi)產(chǎn)生最大負(fù)壓，其中爐膛負(fù)壓變化幅度最大，引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓變化幅度最小；切斷燃料用的時(shí)間越長，爐膛產(chǎn)生的最大負(fù)壓越小，且來得越晚；切斷燃料的同時(shí)減少進(jìn)風(fēng)量，增大爐膛產(chǎn)生的最大負(fù)壓；同時(shí)切斷燃料和引風(fēng)機(jī)電源，爐膛產(chǎn)生的最大負(fù)壓不會(huì)因風(fēng)機(jī)斷電而減小。比較加裝脫硫系統(tǒng)前、后的模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：由于排煙阻力增大而采用高壓頭引風(fēng)機(jī)，使?fàn)t膛在各工況下產(chǎn)生

5、的最大負(fù)壓都增大。 運(yùn)用建立的數(shù)學(xué)模型對試驗(yàn)工況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，誤差較小，證明可以應(yīng)用此模型對鍋爐“內(nèi)爆”進(jìn)行深入研究。以1025t/h鍋爐為計(jì)算對象，對鍋爐“內(nèi)爆”進(jìn)行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值研究。研究得出：熄火后，煙氣溫度的下降、水蒸氣含量的減少、二氧化碳含量的減少引起的煙氣質(zhì)量的降低、送風(fēng)速度小于引風(fēng)機(jī)引風(fēng)速度，導(dǎo)致了鍋爐在0.45s內(nèi)產(chǎn)生最高負(fù)壓。爐膛由于其煙氣溫度和組分變化最快，產(chǎn)生的負(fù)壓最大，其值大于引風(fēng)

6、機(jī)全壓頭，但隨斷煤時(shí)間加長，此規(guī)律將發(fā)生改變。鍋爐負(fù)荷越低，熄火后爐膛產(chǎn)生的最大負(fù)壓值越小，“內(nèi)爆”產(chǎn)生的可能性越小。 鍋爐容量越小，熄火后爐膛產(chǎn)生的最大負(fù)壓值越小。鍋爐主燃料跳閘后，關(guān)閉一次風(fēng)，加大了鍋爐“內(nèi)爆”產(chǎn)生的可能性。以加裝了脫硫塔的1025t/h鍋爐為計(jì)算對象，對鍋爐“內(nèi)爆”進(jìn)行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值研究。研究結(jié)果表明：加裝脫硫系統(tǒng)后，采用高壓頭引風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致熄火后爐膛產(chǎn)生的最大負(fù)壓值增大，且產(chǎn)生的時(shí)間提早，更容易產(chǎn)生“內(nèi)爆”事