偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)系統(tǒng)600MW燃煤鍋爐NO_x排放特性及數(shù)值

　環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)偏轉(zhuǎn)次風(fēng)系統(tǒng)600賊，燃煤鍋爐，1排放特性及數(shù)值模擬周昊，孫平，岑可法浙江大學(xué)熱能工程研究所，杭州310027次風(fēng)和01風(fēng)反切消旋，在爐膛截面水平方向和爐膛高度方向形成分級(jí)燃燒。運(yùn)行結(jié)果明，該燃燒器布置方式能抑制爐內(nèi)結(jié)渣，減輕爐膛出口扭轉(zhuǎn)殘余并能降低，1排放量。通過(guò)工況試驗(yàn)，將鍋爐的氮氧化物排放水平降低到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定值以下。采用數(shù)值計(jì)算對(duì)該爐爐內(nèi)流動(dòng)傳熱燃燒和氮氧化物生成過(guò)程進(jìn)行模擬。 　　燃燒器角布置切圓燃燒燃煤鍋爐在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，具有燃燒效率高，運(yùn)行技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，大型燃煤鍋爐的氮氧化物排放量應(yīng)低于65083.近年來(lái)，爐內(nèi)偏轉(zhuǎn)次風(fēng)系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于大型角切圓燃燒鍋爐，基本原理為將部分或全部次風(fēng)偏離次風(fēng)，在次風(fēng)和爐膛水冷壁之間形成層風(fēng)膜，達(dá)到風(fēng)包粉的效果。結(jié)合角切圓燃燒鍋爐中設(shè)置的頂部燃盡風(fēng)噴嘴，形成爐內(nèi)水平方向和高度方向的分級(jí)燃燒。為解決爐膛出口煙氣偏差問(wèn)，往往將爐膛下部的次風(fēng)正切，而將爐膛上部的次風(fēng)和燃盡風(fēng)反切消旋。 　　分級(jí)燃燒是鍋爐降低N0x排放的有效方法之，以往研究多集中于加裝燃盡風(fēng)對(duì)降低N0x的影響。本文通過(guò)對(duì)某600MW鍋爐進(jìn)行多工況i式驗(yàn)，摸索偏轉(zhuǎn)次風(fēng)系統(tǒng)的N0x排放特性，并采用數(shù)值計(jì)算對(duì)該爐爐內(nèi)流動(dòng)傳熱燃燒和氮氧化物生成過(guò)程進(jìn)行模擬，將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比照，為采用偏轉(zhuǎn)次風(fēng)系統(tǒng)降低N0x排放提供設(shè)計(jì)和運(yùn)行參考。 　　收穡日期20000103；修訂日期2000基金項(xiàng)目國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助1研究對(duì)象介紹爐為亞臨界次再熱汽包鍋爐，角布置切向擺動(dòng)式燃燒器，可在上下方向士20范圍內(nèi)擺動(dòng)，以調(diào)節(jié)再熱汽溫。滿(mǎn)負(fù)荷條件下投用瓦層次風(fēng)，層備用1.鍋爐原設(shè)計(jì)燃燒器安裝角度1后采用次風(fēng)偏轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行了燃燒系統(tǒng)改造次風(fēng)人已。，瓦層按原設(shè)計(jì)氣流方向正向偏轉(zhuǎn)17，次風(fēng)瓦，反向偏轉(zhuǎn)17.，燃盡風(fēng)0人0已反向偏轉(zhuǎn)23.5. 　　2熱態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)鍋爐熱態(tài)，1排放與燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn)，獲得鍋爐的，1排放特性并為下步數(shù)值模擬試驗(yàn)提供必要的數(shù)據(jù)驗(yàn)證。主要試驗(yàn)工況包括不同配風(fēng)，不同負(fù)荷，不同煤種等條件下煙氣，1排放濃度飛灰可燃物等有關(guān)項(xiàng)目工況23，4，5，10，為平混和澳煤摻燒，工況1267，8，9為平混和俄煤摻燒工況23，45，10，為平混和澳煤摻燒，工況1267，8，9為平混和俄煤摻燒工況試驗(yàn)?zāi)康呢?fù)荷，次風(fēng)投停方式次風(fēng)配風(fēng)方式風(fēng)門(mén)開(kāi)度，下層上層燃燒器擺動(dòng)燃料標(biāo)準(zhǔn)工況水平效果水平次風(fēng)水平配比方式水平燃燒器上擺擺動(dòng)下擺改變負(fù)荷常規(guī)中等負(fù)荷運(yùn)行方式常規(guī)較低負(fù)荷運(yùn)行方式改變?nèi)剂纤?試驗(yàn)結(jié)果分析3.1燃盡風(fēng)配風(fēng)變化對(duì)，1排放量的影響改變鍋爐的燃盡風(fēng)配比，試驗(yàn)結(jié)果明對(duì)NOx排放量影響很大，標(biāo)準(zhǔn)工況下NOx排放量為746.3mgm3；保持OFA開(kāi)度不變，開(kāi)大OFRNOx排放量有所下降，但飛灰含碳量增加，增幅達(dá)51.而08全關(guān)，1排放量和飛灰含碳量均比標(biāo)準(zhǔn)工況增加。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)減小，開(kāi)度，1的排放量劇增至906.5爪83.全關(guān)，8時(shí)，1排放量比，開(kāi)度30OFB全關(guān)時(shí)反而有所下降，但這并不說(shuō)明燃盡風(fēng)全關(guān)比有燃盡風(fēng)時(shí)NOx排放量小，這種情況是由于全關(guān)0九08工況下?tīng)t內(nèi)處于低氧燃燒條件省煤器后氧量為2.76，而標(biāo)準(zhǔn)工況為3.3爐內(nèi)低氧燃燒抑制了燃料NOx的生成量。 　　3.2改變次風(fēng)配比對(duì)NOx排放的影響出于鍋爐安全運(yùn)行的考慮，未進(jìn)行很大的次風(fēng)量分配變動(dòng)試驗(yàn)，僅就通過(guò)次風(fēng)量在高度方向上的分級(jí)送入和水平方向上的分級(jí)送入進(jìn)行了試驗(yàn)，改變幅度較小，但試驗(yàn)結(jié)果明，改變次風(fēng)配比對(duì)降低NOx排放效果顯著，3中工況67.通過(guò)次風(fēng)分級(jí)使NOx排放量比標(biāo)準(zhǔn)工況下降了16.9，而爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，飛灰含碳量基本無(wú)變化。 　　3.3燃燒器擺動(dòng)對(duì)NOx排放量的影響為避免燃燒器擺角過(guò)大產(chǎn)生冷灰斗結(jié)渣和過(guò)熱器金屬超溫現(xiàn)象，燃燒器擺角變化量較小。 　　試驗(yàn)結(jié)果明，燃燒器擺動(dòng)對(duì)NOx排放量有定影響，燃燒器上擺后，火焰中心上移，火焰中心與燃盡風(fēng)之間的間隔減小。同時(shí)燃盡風(fēng)剛性減弱，與燃燒產(chǎn)物的混合效果變差，這些因素及其它的可能因素導(dǎo)致NOx排放量增加。燃燒器下擺對(duì)NOx排放量影響不大。 　　3.4煤種變化對(duì)NOx排放量的影響改變進(jìn)入8層次風(fēng)口的煤種，由澳煤改變?yōu)槎砻?，而同時(shí)保證進(jìn)入人0層次風(fēng)口的煤種為平混煤不變。澳煤和俄煤的主要差別為澳煤的揮發(fā)分和含氮量都大于俄煤，而灰分小于俄煤。燃用澳煤時(shí)鍋爐的獄1排放量為746.3爪8爪3，燃用俄煤時(shí)為659.3爪8爪3. 　　由上述，可知現(xiàn)燃盡風(fēng)配比已處于比較合適的位置，進(jìn)步開(kāi)大燃盡風(fēng)量對(duì)降低NOx排放量貢獻(xiàn)已不是很大，同時(shí)會(huì)帶來(lái)飛灰含碳量過(guò)大的問(wèn)。而改變次風(fēng)配比降低NOx效果明顯，在燃用平混和俄煤時(shí)，600MW負(fù)荷條件下通過(guò)調(diào)試已能獲得620.2mgm3的NOx排放效果由工況4和工況5的比較分析可知，通過(guò)低氧燃燒控制爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)在1.05左右可以獲得較好的抑制NOx效果。如能優(yōu)化次風(fēng)送入方式和低氧燃燒方式，在燃用平混和俄煤600MW負(fù)荷條件下NOx排放量可以降低到600mgm3以下，力爭(zhēng)通過(guò)燃燒調(diào)整手段達(dá)到降低NOx排放量25的效果。 　　4數(shù)值模擬方法采用數(shù)值模擬方法對(duì)該600肘評(píng)鍋爐爐內(nèi)流動(dòng)傳熱燃燒污染物釋放進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)揮數(shù)值模擬在鍋爐設(shè)計(jì)調(diào)試方面的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于切圓燃燒鍋爐爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)，最常用的標(biāo)準(zhǔn)ke方程模擬爐內(nèi)流動(dòng)存在困難，應(yīng)用了RNGke模型對(duì)爐內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。RNGk模型與標(biāo)準(zhǔn)模型的主要差別在于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)RNGke模型，其系數(shù)取值來(lái)自重整化群理論RNGke模型引入尺度n=SKe，可以很好地應(yīng)用于帶有強(qiáng)曲率影響的快速畸變流動(dòng)中，可以用來(lái)處理各向異性的湍流流動(dòng)。10模型系數(shù)均來(lái)自重整化群理論的計(jì)算，系數(shù)以顯式形式給出使用起來(lái)也比較方便。 　　采用蒙特卡洛方法模擬爐內(nèi)輻射換熱，并用有限差分方法計(jì)算對(duì)流換熱和導(dǎo)熱，獲得爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布。采用拉格朗日方法處理氣固兩相間的作用，隨顆粒在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)入顆粒的燃燒過(guò)程，采用脈動(dòng)頻譜隨機(jī)軌道模型FSRT模型考慮顆粒的湍流耗散，顆粒燃燒過(guò)程包括煤粉熱解模型碳的非均相反應(yīng)模型氣相湍流燃燒等231. 　　將流動(dòng)傳熱和燃燒的計(jì)算過(guò)程耦合計(jì)算，獲得不同工況下的爐內(nèi)流場(chǎng)溫度場(chǎng)氣相場(chǎng)和煤粉燃燒規(guī)律。 　　風(fēng)流場(chǎng)。5為600肘評(píng)負(fù)荷下某燃燒器層橫截面溫度場(chǎng)，可燃燒器出口附近存在高溫區(qū)，能保證次風(fēng)良好著火燃燒。 　　而對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)值計(jì)算明，盡管次風(fēng)大角度正切，4改造后4層次風(fēng)截面流場(chǎng)但爐內(nèi)顆粒并無(wú)明顯的刷墻現(xiàn)象，實(shí)際鍋爐運(yùn)行也說(shuō)明無(wú)明顯Fig.4Tlinumrialsimulatimresuh結(jié)渣現(xiàn)象發(fā)生。6為燃燒器截面的CO2和NOI體積濃度分faKXHVawfiddmfumc布，可在燃燒器區(qū)域附近，由于揮發(fā)分大量析出，揮發(fā)分中氮成分被迅速氧化成HCN等中間產(chǎn)物，并進(jìn)步轉(zhuǎn)化成NO，該區(qū)域NO濃度大致在600800ppm.計(jì)算獲得標(biāo)準(zhǔn)工況下NOx排放濃度為735mgm3，而實(shí)測(cè)為746.3mgm3均折算到6氧量。 　　擬結(jié)果尺爐深5結(jié)論1大型角切圓燃燒鍋爐采用下部次風(fēng)正切，上部次風(fēng)和燃盡風(fēng)反切的次風(fēng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，能在爐膛水冷壁附近形成高氧環(huán)境，同時(shí)顆粒不貼壁，有利于防止結(jié)渣，是種適合于大型燃煤角切圓鍋爐采用的燃燒系統(tǒng)。2頂部燃盡風(fēng)對(duì)鍋爐NOx排放具有很大的影響，需要通過(guò)熱態(tài)試驗(yàn)摸索合適的燃盡風(fēng)配風(fēng)，尋求NOx排放和鍋爐燃燒經(jīng)濟(jì)性飛灰含碳量之間的平衡。3低氧燃燒對(duì)鍋爐降低NOx排放的效果非常明顯。4采用偏轉(zhuǎn)次風(fēng)系統(tǒng)形成爐內(nèi)水平方向的空氣分級(jí)，對(duì)降低NOx排放效果顯著。5采用RNGKe模型模擬角切圓爐內(nèi)流場(chǎng)可行，結(jié)果令人滿(mǎn)意。6計(jì)入對(duì)流的蒙特卡洛方法對(duì)爐內(nèi)換熱進(jìn)行模擬的結(jié)果與試驗(yàn)比較基本吻合。而在流場(chǎng)和溫度場(chǎng)計(jì)算基礎(chǔ)上結(jié)合爐內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程和燃燒過(guò)程的計(jì)算結(jié)果獲得了爐內(nèi)的燃燒污染物生成的規(guī)律，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較效果較好。 　　1池作和，周昊，等。次風(fēng)反切系統(tǒng)的數(shù)值模擬和多相流動(dòng)特性分析口。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1998，18，2134139岑可法，樊建人。燃燒流體力學(xué)厘。北京水利電力出版社。1991岑可法，樊建人。工程氣固多相流理論及計(jì)算。