專利名稱：前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法和一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國的能源結(jié)構(gòu)在較長時(shí)期內(nèi)仍然以煤炭為主。由于大量燃煤被用于發(fā)電，所釋放的NOx (氮氧化物)占全國總排量的很大比例，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。因此，鍋爐燃燒過程中的NOx排放量應(yīng)盡量降低。由于我國煤炭長期以來被過度開采，煤炭儲備開始顯現(xiàn)不足，煤炭供應(yīng)出現(xiàn)緊張狀況。因此，在降低NOx排放的同時(shí)，如何讓燃料高效的燃燒，使鍋爐燃燒效率提高，也是電廠關(guān)心的一個(gè)重要問題。在火力發(fā)電中，鍋爐運(yùn)行好壞與爐內(nèi)空氣動力場情況有著緊密聯(lián)系。較好的爐內(nèi)空氣動力場不僅可以保證鍋爐安全可靠地運(yùn)行，又保證了電廠的經(jīng)濟(jì)性。燃燒器是影響爐內(nèi)空氣動力場的關(guān)鍵設(shè)備，不同類型的燃燒器在爐內(nèi)生成不同的空氣動力場。燃燒器分為兩種:直流燃燒器和旋流燃燒器。直流燃燒器一般應(yīng)用于四角切圓鍋爐，適用于中小型機(jī)組；而旋流燃燒器一般應(yīng)用于對沖旋流燃燒鍋爐，應(yīng)用于大型機(jī)組。與直流燃燒器相比，旋流燃燒器的穩(wěn)燃性好、燃燒經(jīng)濟(jì)性高、煙溫偏差小、機(jī)組大型化等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但NOx生成量較高，有些機(jī)組仍達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。旋流燃燒器由于煤粉與氣流混合強(qiáng)烈，爐內(nèi)流場過快的溫升以及局部過量的氧氣，使得煤粉燃燒強(qiáng)度較高，導(dǎo)致氮氧化物大量生成。在電廠的實(shí)際運(yùn)行中，通過改變二次風(fēng)配分的方式實(shí)現(xiàn)低NOx排放和改善燃燒效率是一種重要手段。目前對于前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)的一般做法是根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，由于人工經(jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)確度并不高，有時(shí)會引起爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)，導(dǎo)致燃燒器出口被燒壞，或局部受熱面結(jié)焦，嚴(yán)重時(shí)還會造成鍋爐滅火，降低電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性降低；此外，目前的做法無法對鍋爐配置合理的二次風(fēng)，從而影響了鍋爐的燃燒效率；并且人工配風(fēng)的方式會造成在燃燒過程中產(chǎn)生大量的污染物，對環(huán)境造成很大的破壞。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明提供了一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法和一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)。一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，包括以下步驟:根據(jù)前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照旋流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項(xiàng)流動過程、輻射傳熱過程、揮發(fā)分析出過程、焦炭燃燒過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型對煤粉燃燒過程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例；在所述鍋爐運(yùn)行時(shí)，按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法建立與煤粉燃燒所形成的各個(gè)理化過程相對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值模擬的方法獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例，并按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。本發(fā)明在數(shù)值模擬過程中耗時(shí)短，計(jì)算成本低，實(shí)現(xiàn)過程中不需電廠現(xiàn)場的調(diào)控配合，并且模擬結(jié)果具有很好的可視性?？朔巳斯づ滹L(fēng)所產(chǎn)生的準(zhǔn)確度不高，容易會引起爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定的問題，提高了鍋爐的燃燒效率，同時(shí)可大大降低燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)模型建立模塊、數(shù)學(xué)模型建立模塊、模擬模塊和配風(fēng)模塊；所述結(jié)構(gòu)模型建立模塊，用于根據(jù)前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照旋流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；所述數(shù)學(xué)模型建立模塊，用于根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項(xiàng)流動過程、輻射傳熱過程、揮發(fā)分析出過程、焦炭燃燒過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學(xué)模型；所述模擬模塊，用于根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型對煤粉燃燒過程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例；所述配風(fēng)模塊，用于在所述鍋爐運(yùn)行時(shí)，按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)建立與煤粉燃燒所形成的各個(gè)理化過程相對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值模擬的方法獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例，并按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。本發(fā)明在數(shù)值模擬過程中耗時(shí)短，計(jì)算成本低，實(shí)現(xiàn)過程中不需電廠現(xiàn)場的調(diào)控配合，并且模擬結(jié)果具有很好的可視性。克服了人工配風(fēng)所產(chǎn)生的準(zhǔn)確度不高，容易會引起爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定的問題，提高了鍋爐的燃燒效率，同時(shí)可大大降低燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。


圖1為本發(fā)明前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法的流程示意圖；圖2為鍋爐結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為鍋爐結(jié)構(gòu)前視圖；圖4為旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為鍋爐的網(wǎng)格劃分區(qū)域示意圖；圖6為不同工況下爐高各截面02濃度分布示意圖；圖7為不同工況下爐高各截面NOx濃度分布示意圖；圖8為不同工況下爐膛出口截面NOx平均濃度示意圖9為不同工況下爐高各截面CO濃度分布示意圖；圖10為不同工況下爐膛出口截面CO平均濃度示意圖；圖11為不同工況下爐膛出口截面CO和NOx平均濃度趨勢圖；圖12為本發(fā)明前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及取得的效果，下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案，進(jìn)行清楚和完整的描述。請參閱圖1，為本發(fā)明前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法的流程示意圖。本發(fā)明前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，包括以下步驟:SlOl根據(jù)前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照旋流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；S102根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項(xiàng)流動過程、輻射傳熱過程、揮發(fā)分析出過程、焦炭燃燒過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學(xué)模型；S103根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型對煤粉燃燒過程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例；S104在所述鍋爐運(yùn)行時(shí)，按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。以DG2060/26.15—112型鍋爐為例，根據(jù)電廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立整個(gè)爐膛的數(shù)學(xué)模型。在保證煤粉穩(wěn)定燃燒和鍋爐安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，改變旋流燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度，對燃燒器進(jìn)行全爐膛區(qū)域的冷態(tài)模擬，得出內(nèi)外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度的可調(diào)范圍；在鍋爐安全運(yùn)行的前提下，即提高了鍋爐燃燒效率，又保證NOx排放量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。作為其中一個(gè)實(shí)施例，在所述建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型的步驟中，所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括爐膛寬度、爐膛高度、頂棚拐點(diǎn)標(biāo)高、水平煙道深、旋流燃燒器的個(gè)數(shù)、相鄰旋流燃燒器的間距、爐膛入口的邊界條件和爐膛出口的邊界條件。這樣可建立起鍋爐的完整網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)圖，并且根據(jù)設(shè)參數(shù)建?？杀ＷC建模的準(zhǔn)確性。步驟SlOl中，對整個(gè)鍋爐進(jìn)行建模。對電廠660麗鍋爐BMCR (Boiler MaximumContinuous Rate，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)工況進(jìn)行建模，構(gòu)建模型時(shí)，旋流燃燒器、爐膛、屏式過熱器及入、出口邊界條件等條件均為鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)。以廣東省汕尾電廠DG2060/26.15-112型鍋爐為例，該電廠裝設(shè)有2臺660MW燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。鍋爐為超超臨界參數(shù)、變壓直流爐、對沖燃燒方式(旋流式燃燒器)、固體排渣、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊、n型結(jié)構(gòu)。鍋爐主要界限尺寸見表I。表I鍋爐主要界限尺寸
權(quán)利要求
1.一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照旋流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型； 根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項(xiàng)流動過程、輻射傳熱過程、揮發(fā)分析出過程、焦炭燃燒過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學(xué)模型； 根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型對煤粉燃燒過程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例； 在所述鍋爐運(yùn)行時(shí)，按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，其特征在于，在所述建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型的步驟中，所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括爐膛寬度、爐膛高度、頂棚拐點(diǎn)標(biāo)高、水平煙道深、旋流燃燒器的個(gè)數(shù)、相鄰旋流燃燒器的間距、爐膛入口的邊界條件和爐膛出口的邊界條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，其特征在于，在所述建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項(xiàng)流動過程、輻射傳熱過程、揮發(fā)分析出過程、焦炭燃燒過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學(xué)模型的步驟之后，包括采用熱態(tài)試驗(yàn)對建立的所述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證的步驟: 對所述鍋爐進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)，獲取熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果； 采用所述數(shù)學(xué)模型對所述鍋爐進(jìn)行熱態(tài)模擬，獲取熱態(tài)模擬結(jié)果； 將所述熱態(tài)模擬結(jié)果與所述熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證所述數(shù)學(xué)模型是否滿足預(yù)設(shè)性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，其特征在于，如果所述熱態(tài)模擬結(jié)果與所述熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果之間的差距小于或者等于預(yù)設(shè)差值，則判斷所述數(shù)學(xué)模型滿足預(yù)設(shè)性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，其特征在于，所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例為一個(gè)數(shù)值范圍，在該數(shù)值范圍內(nèi)選取燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例數(shù)值，對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，其特征在于，在所述對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)的步驟之后，包括以下步驟: 在所述鍋爐的運(yùn)行過程中，當(dāng)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例數(shù)值大于所述數(shù)值范圍的最大值或者小于所述數(shù)值范圍的最小值時(shí)，則發(fā)出告警信號。
7.一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于，包括結(jié)構(gòu)模型建立模塊、數(shù)學(xué)模型建立模塊、模擬模塊和配風(fēng)模塊； 所述結(jié)構(gòu)模型建立模塊，用于根據(jù)前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照旋流燃燒器、冷灰斗區(qū)域、燃燒器區(qū)域、燃燒器上方區(qū)域和屏式過熱器區(qū)域的結(jié)構(gòu)，建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型； 所述數(shù)學(xué)模型建立模塊，用于根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的氣相湍流流動過程、氣固兩項(xiàng)流動過程、輻射傳熱過程、揮發(fā)分析出過程、焦炭燃燒過程和氮氧化物生成過程的數(shù)學(xué)模型； 所述模擬模塊，用于根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型對煤粉燃燒過程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例； 所述配風(fēng)模塊，用于在所述鍋爐運(yùn)行時(shí)，按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括爐膛寬度、爐膛高度、頂棚拐點(diǎn)標(biāo)高、水平煙道深、旋流燃燒器的個(gè)數(shù)、相鄰旋流燃燒器的間距、爐膛入口的邊界條件和爐膛出口的邊界條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于，所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例為一個(gè)數(shù)值范圍，所述配風(fēng)模塊用于在該數(shù)值范圍內(nèi)選取燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例數(shù)值，對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于，還包括告警模 塊，所述告警模塊用于在所述鍋爐的運(yùn)行過程中，當(dāng)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例數(shù)值大于所述數(shù)值范圍的最大值或者小于所述數(shù)值范圍的最小值時(shí)，發(fā)出告警信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)方法，包括建立所述鍋爐的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型；根據(jù)所述網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)模型，建立煤粉燃燒所形成的各個(gè)過程的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)建立的所述數(shù)學(xué)模型對煤粉燃燒過程進(jìn)行模擬，獲取所述鍋爐內(nèi)氣體濃度分布滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)時(shí)燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例；在所述鍋爐運(yùn)行時(shí)，按照所述燃盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例對所述鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)的配風(fēng)。此外，還公開了一種前后對沖旋流燃燒煤粉鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)系統(tǒng)。本發(fā)明克服了人工配風(fēng)所產(chǎn)生的準(zhǔn)確度不高，容易會引起爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定的問題，提高了鍋爐的燃燒效率，同時(shí)可大大降低燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。
文檔編號F23N3/00GK103148507SQ20131010889
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者李德波 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院