電力燃燒鍋爐及基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種電力燃燒鍋爐及其基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明的電力燃燒鍋爐，通過(guò)獨(dú)特的燃燒器和燃燒制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及各種一二次風(fēng)、燃盡風(fēng)噴口的設(shè)置，使得SOFA風(fēng)占的比例提高，通過(guò)增加SOFA風(fēng)來(lái)降低NOx排放濃度，而且不需要過(guò)多硬件結(jié)構(gòu)改造，成本不高。由于采用增加SOFA風(fēng)來(lái)降低NOx排放濃度，對(duì)該電廠低氮改造后燃燒特性規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格對(duì)比驗(yàn)證，保證數(shù)值模擬有效性。得到了速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分場(chǎng)和污染物分布規(guī)律，以及在不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度下，燃燒器區(qū)域以及沿著爐膛高度方向NOx分布規(guī)律，并通過(guò)數(shù)值模擬測(cè)試，得到了最佳的SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電力燃燒鍋爐及基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力燃燒鍋爐的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種電力燃燒鍋爐，以及所述電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境治理的嚴(yán)峻形勢(shì)，對(duì)NOx的排放限制將日益嚴(yán)格。目前國(guó)內(nèi)外電站鍋爐控制NOx技術(shù)主要有2種:一種是控制生成，主要是在燃燒過(guò)程中通過(guò)各種技術(shù)手段改變煤的燃燒條件，從而減少NOx的生成量，即各種低NOx技術(shù)；二是生成后的轉(zhuǎn)化，主要是將已經(jīng)生成的NOx通過(guò)技術(shù)手段從煙氣中脫除掉，如選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)。
[0003]研究表明:使用再燃改造后爐膛溫度分布更加均勻，再燃噴口附件形成了還原性氣氛，降低了 NOx濃度。采用大渦數(shù)值模擬方法(LES)對(duì)一臺(tái)220t/h四角切圓鍋爐在3組不同分速條件下?tīng)t內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和NOx排放特性進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明采用LES方法，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果吻合比較好。
[0004]在1025t/h鍋爐上通過(guò)燃燒調(diào)整降低NOx，不同氧量工況下?tīng)t內(nèi)火焰平均溫度基本不變，隨著氧量增加，燃料型NOx急劇增加，鍋爐效率升高，隨上三次風(fēng)比例增加，NOx和鍋爐效率都下降，隨著燃盡風(fēng)擋板開(kāi)度增大，爐內(nèi)火焰平均溫度下降，NOx排放濃度下降，鍋爐效率變化較小，不同配風(fēng)方式下，束腰型配風(fēng)方式的鍋爐效率最高，NOx排放量最低，均勻配風(fēng)工況下NOx排放濃度增加。采用數(shù)值模擬方法研究燃煤電站鍋爐影響NOx排放的因素，研究表明:過(guò)量空氣系數(shù)是影響NOx生成的重要因素之一，NOx排放濃度隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增大而增加，改變二次風(fēng)配風(fēng)方式也能夠影響NOx生成。燃盡風(fēng)噴口位置對(duì)NOx的還原效果、出口煙氣溫度以及煤粉焦炭轉(zhuǎn)化率影響較大。NOx主要產(chǎn)生于燃燒初期，當(dāng)燃料與02混合不充分時(shí)會(huì)發(fā)生NOx的還原反應(yīng)，從爐膛整體上看，燃料型NOx的生成速率明顯大于熱力型NOx，主燃區(qū)和燃盡區(qū)NOx反應(yīng)速率的主要控制因素分別為02體積分?jǐn)?shù)和焦炭燃燒速率。燃煤揮發(fā)分和含氮量高的煤，NOx析出速度也比較高，較細(xì)的煤粉有利于降低NOx的生成，機(jī)組負(fù)荷下降20%，NOx下降6.74%，倒寶塔配風(fēng)有利于降低NOx生成。燃盡風(fēng)可以有效控制燃料型NO的排放，在100%負(fù)荷下效果更顯著。
[0005]利用在線運(yùn)行參數(shù)預(yù)測(cè)了鍋爐NOx排放濃度。針對(duì)一臺(tái)330MW機(jī)組鍋爐，基于鍋爐在線運(yùn)行參數(shù)和NOx排放濃度測(cè)量值，采用多元線性回歸方法，對(duì)鍋爐NOx排放濃度與主要運(yùn)行參數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。機(jī)組負(fù)荷、鍋爐運(yùn)行氧量、各層燃燒器熱負(fù)荷對(duì)NOx排放濃度的作用最顯著，并根據(jù)在線數(shù)據(jù)提出了預(yù)測(cè)鍋爐NOx排放濃度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值得偏差大都在10%范圍內(nèi)。通過(guò)建立電廠燃煤鍋爐NOx排放計(jì)算模型。該數(shù)學(xué)模型的建立是從鍋爐運(yùn)行因素出發(fā)，通過(guò)分析各種運(yùn)行因素對(duì)鍋爐效率和NOx排放濃度的影響，歸納出影響鍋爐效率和NOx排放質(zhì)量濃度的綜合性影響因素-爐內(nèi)風(fēng)分配，從而建立鍋爐NOx排放質(zhì)量濃度的多元回歸計(jì)算模型。
[0006]然而，目前各種電站鍋爐控制減少NOx的技術(shù)都不完善，或者效果不夠理想，或者成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有各種電站鍋爐控制減少NOx的技術(shù)都不完善，或者效果不夠理想，或者成本較高的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種電力燃燒鍋爐，通過(guò)獨(dú)特的燃燒器和燃燒制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及各種一二次風(fēng)、燃盡風(fēng)噴口的設(shè)置，增加SOFA風(fēng)來(lái)降低NOx排放濃度，能夠有效降低NOx的排放，而且不需要改變太多硬件結(jié)構(gòu)，成本不高。
[0008]一種電力燃燒鍋爐，包括4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器和燃燒制粉系統(tǒng)；所述4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器按切圓燃燒方式布置在電力燃燒鍋爐的爐膛下部的四個(gè)切角處，形成切圓燃燒方式；每個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器的軸線與爐膛前、后墻夾角分別為43°和35° ;每個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器在高度方向上布置2個(gè)燃盡風(fēng)噴口，6個(gè)一次風(fēng)噴口和7個(gè)供給燃料燃燒空氣用的二次風(fēng)噴口，所述一次風(fēng)噴口和二次風(fēng)噴口呈均等配風(fēng)方式的間隔布置，并且各種噴口可上下擺動(dòng)，所述燃盡風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-5°?30° ;所述二次風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-30°?30° ; —次風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-20。?20° ;所述4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器分為6層，且每一層包括4個(gè)一次風(fēng)噴口，分別與同一臺(tái)磨煤機(jī)連接、供粉，投則同投，停則同停；所述燃燒器還包括4對(duì)分離燃盡風(fēng)，以水平對(duì)沖方式安裝；所述燃燒制粉系統(tǒng)為中速磨直吹式，包括6臺(tái)磨煤機(jī)，6臺(tái)磨煤機(jī)各自構(gòu)成基本獨(dú)立的6個(gè)制粉子系統(tǒng),并分別與每層燃燒器的一次風(fēng)噴口相對(duì)應(yīng)。
[0009]本發(fā)明的電力燃燒鍋爐中，通過(guò)獨(dú)特的燃燒器和燃燒制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及各種一二次風(fēng)、燃盡風(fēng)噴口的設(shè)置，使得SOFA風(fēng)占的比例提高，通過(guò)增加SOFA風(fēng)來(lái)降低NOx排放濃度，能夠有效降低NOx的排放，而且不需要改變太多硬件結(jié)構(gòu)，成本不高。
[0010]本發(fā)明提出一種所述電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟:
[0011]建立電力燃燒鍋爐仿真模型，包括:采用標(biāo)準(zhǔn)k_ ε湍流模型模擬氣相湍流；采用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)模型模擬組分運(yùn)輸和燃燒:采用單混合分?jǐn)?shù)/概率密度模型模擬純煤燃燒，采用雙混合分?jǐn)?shù)/概率密度模型模擬污泥摻燒燃燒；采用顆粒隨機(jī)軌道模型模擬煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)；采用雙方程平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型模擬煤的熱解；采用動(dòng)力/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型模擬焦炭燃燒；采用Pi法計(jì)算輻射傳熱，離散方法均采用一階迎風(fēng)格式；中心風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)都采用質(zhì)量入口邊界條件；入口處質(zhì)量流量、風(fēng)溫根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；對(duì)燃盡風(fēng)和周界風(fēng)本體根據(jù)其實(shí)際尺寸構(gòu)建其入口模型；燃盡風(fēng)和周界風(fēng)也采用質(zhì)量入口邊界條件，質(zhì)量流量數(shù)值根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及變工況條件計(jì)算得到；出口邊界條件采用壓力出口，壓力設(shè)置為-SOPa ;爐膛壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面方程，無(wú)滑移邊界條件，熱交換采用第二類(lèi)邊界條件，即溫度邊界條件，給定壁面溫度和輻射率，壁面溫度為690Κ，壁面輻射率為
0.8 ;根據(jù)所述電力燃燒鍋爐仿真模型進(jìn)行冷態(tài)計(jì)算，獲得初步收斂程度的流場(chǎng)，再進(jìn)行熱態(tài)計(jì)算，直至收斂；對(duì)于離散方程組的壓力和速度耦合采用SIMPLE算法求解，求解方程采用逐線迭代法及低松馳因子；分別模擬分離燃盡分的風(fēng)門(mén)開(kāi)度為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%時(shí)的工況；獲取各個(gè)工況下的溫度場(chǎng)分布、速度場(chǎng)分布、組份場(chǎng)分布以及污染物分布；根據(jù)所述各個(gè)工況下的溫度場(chǎng)分布、速度場(chǎng)分布、組份場(chǎng)分布以及污染物分布，獲取各個(gè)工況下分離燃盡風(fēng)的最佳開(kāi)度值；根據(jù)所述最佳開(kāi)度值調(diào)節(jié)所述電力燃燒鍋爐的分離燃盡分的風(fēng)門(mén)開(kāi)度。
[0012]由于采用增加SOFA風(fēng)來(lái)降低NOx排放濃度，對(duì)該電廠低氮改造后燃燒特性規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格對(duì)比驗(yàn)證，保證數(shù)值模擬有效性。得到了速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分場(chǎng)和污染物分布規(guī)律，以及在不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度下，燃燒器區(qū)域以及沿著爐膛高度方向NOx分布規(guī)律，并通過(guò)數(shù)值模擬測(cè)試，得到了最佳的SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度。本發(fā)明為該電廠低氮改造后效果檢測(cè)，以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)整方式，提供了非常重要的依據(jù)。
[0013]在一種實(shí)施方式中，對(duì)于離散方程組的壓力和速度耦合采用SIMPLE算法求解時(shí)，對(duì)NO和HCN的計(jì)算殘差小于10 8，其余各項(xiàng)計(jì)算殘差小于10 6O
[0014]測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)NO和HCN的計(jì)算殘差小于10_8，其余各項(xiàng)計(jì)算殘差小于10_6，可大大提高數(shù)值模擬結(jié)果的精確度，提高對(duì)SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)的控制精度，使控制更有效率。
[0015]在一種實(shí)施方式中，采用162萬(wàn)網(wǎng)格精度進(jìn)行仿真模擬，建立所述電力燃燒鍋爐仿真模型。
[0016]通過(guò)模擬試驗(yàn)可得，對(duì)電力燃燒鍋爐仿真模型采用162萬(wàn)網(wǎng)格劃分，能夠提高計(jì)算的精度，燃燒器出口與爐膛的連接面設(shè)置為interface，防止兩個(gè)兩個(gè)面的網(wǎng)格質(zhì)量和網(wǎng)格形狀差異較大而引起誤差。
[0017]在一種實(shí)施方式中，采用紅外溫度測(cè)量方法，得到所述電力燃燒鍋爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爐膛出口溫度，以及爐膛出口 NOx濃度的實(shí)際測(cè)量值；根據(jù)所述電力燃燒鍋爐的溫度場(chǎng)分布和污染物分布的數(shù)值模擬結(jié)果，將所述電力燃燒鍋爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爐膛出口溫度以及爐膛出口 NOx濃度的數(shù)值模擬結(jié)果與對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量值對(duì)比；如果數(shù)值模擬結(jié)果中的爐膛出口溫度與對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量值誤差范圍在10%以?xún)?nèi)，且NOx濃度與對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量值比較誤差在1.7%以?xún)?nèi)，則判斷數(shù)值模擬結(jié)果準(zhǔn)確。
[0018]通過(guò)將數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)際檢測(cè)值的嚴(yán)格對(duì)比驗(yàn)證，保證數(shù)值模擬結(jié)果有效性，確?？刂频臏?zhǔn)確度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明電力燃燒鍋爐一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明電力燃燒鍋爐的4對(duì)分離燃盡風(fēng)的布置方式示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法的流程示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法中網(wǎng)格劃分和燃燒器噴口布置圖；
[0023]圖5為數(shù)值模擬得到不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度下最下層二次風(fēng)溫度云圖；
[0024]圖6為數(shù)值模擬得到不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度下最下層一次風(fēng)溫度云圖；
[0025]圖7為模擬得到了爐膛中心截面溫度場(chǎng)分布圖；
[0026]圖8為爐膛橫截面平均溫度沿著爐膛高度方向分布圖；
[0027]圖9為燃燒器區(qū)域溫度分布圖；
[0028]圖10為不同SOFA風(fēng)開(kāi)度下?tīng)t膛出口溫度變化示意圖；[0029]圖11為不同SOFA風(fēng)開(kāi)度下最下層二次風(fēng)速度云圖；
[0030]圖12為不同SOFA風(fēng)開(kāi)度下最下層一次風(fēng)速度云圖；
[0031]圖13為02濃度沿著高度方向分布圖；
[0032]圖14為燃燒器區(qū)域02濃度分布圖；
[0033]圖15為不同SOFA風(fēng)開(kāi)度下?tīng)t膛出口 02濃度變化示意圖；
[0034]圖16為CO濃度沿著高度方向分布圖；
[0035]圖17為燃燒器區(qū)域CO濃度分布圖；
[0036]圖18為NOx濃度沿著高度方向分布圖；
[0037]圖19為燃燒器區(qū)域NOx濃度分布圖；
[0038]圖20為計(jì)算得到不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度下?tīng)t膛出口 NOx濃度變化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明電力燃燒鍋爐一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]所述電力燃燒鍋爐，包括4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器和燃燒制粉系統(tǒng)；
[0041]所述4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器按切圓燃燒方式布置在電力燃燒鍋爐的爐膛下部的四個(gè)切角處，形成切圓燃燒方式；每個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器的軸線與爐膛前、后墻夾角分別為43°和35° ;每個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器在高度方向上布置2個(gè)燃盡風(fēng)噴口，6個(gè)一次風(fēng)噴口和7個(gè)供給燃料燃燒空氣用的二次風(fēng)噴口，所述一次風(fēng)噴口和二次風(fēng)噴口呈均等配風(fēng)方式的間隔布置，并且各種噴口可上下擺動(dòng)，所述燃盡風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-5°?30° ;所述二次風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-30°?30° ;—次風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-20°?20° ;
[0042]所述4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器分為6層，且每一層包括4個(gè)一次風(fēng)噴口，分別與同一臺(tái)磨煤機(jī)連接、供粉，投則同投，停則同停；所述燃燒器還包括4對(duì)分離燃盡風(fēng)，以水平對(duì)沖方式安裝；
[0043]所述燃燒制粉系統(tǒng)為中速磨直吹式，包括6臺(tái)磨煤機(jī)，6臺(tái)磨煤機(jī)各自構(gòu)成基本獨(dú)立的6個(gè)制粉子系統(tǒng)，并分別與每層燃燒器的一次風(fēng)噴口相對(duì)應(yīng)。
[0044]在本實(shí)施方式中，該電力燃燒鍋爐為660麗，亞臨界壓力、一次再熱、單汽包、控制循環(huán)、四角噴燃雙切圓燃燒燃煤鍋爐。采用露天布置，燃燒制粉系統(tǒng)為中速磨直吹式，采用直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器。4個(gè)直流擺動(dòng)式燃燒器按切圓燃燒方式布置爐膛四角。燃燒器分6層，每一同層燃燒的4個(gè)一次風(fēng)(煤粉氣流)噴口與同一臺(tái)磨煤機(jī)連接、供粉，投則同投，停則同停。6臺(tái)磨煤機(jī)各自構(gòu)成基本獨(dú)立的6個(gè)制粉子系統(tǒng)，并與6層燃燒器一次風(fēng)噴咀相對(duì)應(yīng)，5層投運(yùn)已能滿(mǎn)足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(MCR)的需要。4組燃燒器分別布置在爐膛下部四個(gè)切角處，形成典型的切圓燃燒方式，燃燒器總高度為11.266m，燃燒器軸線與爐膛前、后墻夾角分別為43°和35°角。每組燃燒器在高度方向上上方布置2個(gè)燃盡風(fēng)噴咀(OFA、0FB)，6個(gè)一次風(fēng)噴咀(A、B、C、D、E和F)和7個(gè)供給燃料燃燒空氣用的二次風(fēng)噴咀(AA、AB、BC、⑶、DE、EF和FF)，一次風(fēng)噴咀和二次風(fēng)噴咀呈均等配風(fēng)方式的間隔布置。各種噴咀可以上下擺動(dòng)，其擺動(dòng)限定范圍:燃盡風(fēng)噴咀為-5°?30° ;二次風(fēng)噴咀為-30°?30° ;一次風(fēng)噴咀為-20°?20°。
[0045]鍋爐高約57m，且爐膛橫截面為長(zhǎng)方形，寬16.44m，深19.558m，見(jiàn)圖1 (a)所示。圖I (b)為燃燒器橫截面圖。共有6層一次風(fēng)，6層二次風(fēng)和2層緊湊型燃盡風(fēng)(CCOFA)。制粉系統(tǒng)為直吹式制粉系統(tǒng)，共6層磨煤機(jī)，5運(yùn)I備。在本發(fā)明中，最上層磨煤機(jī)停運(yùn)。4對(duì)分離燃盡風(fēng)(SOFA)以水平對(duì)沖方式安裝，以進(jìn)一步降低鍋爐NOx排放，布置方法見(jiàn)圖2。由于總風(fēng)量沒(méi)有變化，且二次風(fēng)中一部分分配到SOFA風(fēng)，使得二次風(fēng)噴口改造，面積變小，但除了最上層CCOFA的高度有所變化，其余一二次風(fēng)噴口高度均沒(méi)有改變。SOFA開(kāi)度100%情況下，SOFA風(fēng)與CCOFA風(fēng)占到總二次風(fēng)的37.2%，僅SOFA風(fēng)就為26.8%，與一般電力燃燒鍋爐的20.4% (僅CC0FA)有了很大的提升。
[0046]本發(fā)明的電力燃燒鍋爐中，通過(guò)獨(dú)特的燃燒器和燃燒制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及各種一二次風(fēng)、燃盡風(fēng)噴口的設(shè)置，使得SOFA風(fēng)占的比例提高，通過(guò)增加SOFA風(fēng)來(lái)降低NOx排放濃度，能夠有效降低NOx的排放，而且不需要改變太多硬件結(jié)構(gòu)，成本不高。
[0047]請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法的流程示意圖。
[0048]所述電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法包括以下步驟:
[0049]S101，建立電力燃燒鍋爐仿真模型，包括:采用標(biāo)準(zhǔn)k_ ε湍流模型模擬氣相湍流；采用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)模型模擬組分運(yùn)輸和燃燒:采用單混合分?jǐn)?shù)/概率密度模型模擬純煤燃燒，采用雙混合分?jǐn)?shù)/概率密度模型模擬污泥摻燒燃燒；采用顆粒隨機(jī)軌道模型模擬煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)；采用雙方程平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型模擬煤的熱解；采用動(dòng)力/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型模擬焦炭燃燒；采用Pi法計(jì)算輻射傳熱，離散方法均采用一階迎風(fēng)格式；中心風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)都采用質(zhì)量入口邊界條件；入口處質(zhì)量流量、風(fēng)溫根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；對(duì)燃盡風(fēng)和周界風(fēng)本體根據(jù)其實(shí)際尺寸構(gòu)建其入口模型；燃盡風(fēng)和周界風(fēng)也采用質(zhì)量入口邊界條件，質(zhì)量流量數(shù)值根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及變工況條件計(jì)算得到；出口邊界條件采用壓力出口，壓力設(shè)置為-SOPa ;爐膛壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面方程，無(wú)滑移邊界條件，熱交換采用第二類(lèi)邊界條件，即溫度邊界條件，給定壁面溫度和輻射率，壁面溫度為690Κ，壁面輻射率為0.8 ；
[0050]S102，根據(jù)所述電力燃燒鍋爐仿真模型進(jìn)行冷態(tài)計(jì)算，獲得初步收斂程度的流場(chǎng)，再進(jìn)行熱態(tài)計(jì)算，直至收斂；對(duì)于離散方程組的壓力和速度耦合采用SIMPLE算法求解，求解方程采用逐線迭代法及低松馳因子；
[0051]S103,分別模擬分離燃盡分的風(fēng)門(mén)開(kāi)度為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%時(shí)的工況；
[0052]S104，獲取各個(gè)工況下的溫度場(chǎng)分布、速度場(chǎng)分布、組份場(chǎng)分布以及污染物分布；
[0053]S105，根據(jù)所述各個(gè)工況下的溫度場(chǎng)分布、速度場(chǎng)分布、組份場(chǎng)分布以及污染物分布，獲取各個(gè)工況下分離燃盡風(fēng)的最佳開(kāi)度值；
[0054]S106，根據(jù)所述最佳開(kāi)度值調(diào)節(jié)所述電力燃燒鍋爐的分離燃盡分的風(fēng)門(mén)開(kāi)度。
[0055]在步驟SlOl中，采用標(biāo)準(zhǔn)k_ ε湍流模型模擬氣相湍流；采用混合分?jǐn)?shù)/概率密度(PDF)函數(shù)模型模擬組分運(yùn)輸和燃燒:采用單PDF模型模擬純煤燃燒，采用雙PDF模型模擬污泥摻燒燃燒；采用顆粒隨機(jī)軌道模型模擬煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)；煤的熱解采用雙方程平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型；焦炭燃燒則采用動(dòng)力/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型；輻射傳熱計(jì)算采用Pl法，離散方法均采用一階迎風(fēng)格式。中心風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)都采用質(zhì)量入口邊界條件；入口處質(zhì)量流量、風(fēng)溫根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)燃盡風(fēng)和周界風(fēng)本體也進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，根據(jù)其實(shí)際尺寸構(gòu)建其入口模型；燃盡風(fēng)和周界風(fēng)也采用質(zhì)量入口邊界條件，質(zhì)量流量數(shù)值根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及變工況條件計(jì)算得到。出口邊界條件采用壓力出口，壓力設(shè)置為-80Pa ;爐膛壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面方程，無(wú)滑移邊界條件，熱交換采用第二類(lèi)邊界條件，即溫度邊界條件，給定壁面溫度和輻射率，壁面溫度為690K，壁面輻射率為0.8。
[0056]煤粉顆粒直徑按照Rosin-Rammler方法分布。Rosin-Rammler分布假定在顆粒直
徑d與大于此直徑的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Yd之間存在指數(shù)關(guān)系:Yrf 二 fT (i//7)\ J為平均
直徑，η為分布指數(shù)。最小粒徑5 μ m,最大粒徑250 μ m,平均粒徑60 μ m,分布指數(shù)1.5,那么，煤粉質(zhì)量百分比含量與煤粉粒徑之間的關(guān)系見(jiàn)表1，煤質(zhì)信息見(jiàn)表2。
[0057]表1煤粉質(zhì)量含量與粒徑的關(guān)系
【權(quán)利要求】
1.一種電力燃燒鍋爐，其特征在于，包括4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器和燃燒制粉系統(tǒng)； 所述4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器按切圓燃燒方式布置在電力燃燒鍋爐的爐膛下部的四個(gè)切角處，形成切圓燃燒方式；每個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器的軸線與爐膛前、后墻夾角分別為43°和35° ;每個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器在高度方向上布置2個(gè)燃盡風(fēng)噴口，6個(gè)一次風(fēng)噴口和7個(gè)供給燃料燃燒空氣用的二次風(fēng)噴口，所述一次風(fēng)噴口和二次風(fēng)噴口呈均等配風(fēng)方式的間隔布置，并且各種噴口可上下擺動(dòng)，所述燃盡風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-5°~30° ;所述二次風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-30°~30° ;一次風(fēng)噴口的擺動(dòng)范圍為-20°~20° ； 所述4個(gè)直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器分為6層，且每一層包括4個(gè)一次風(fēng)噴口，分別與同一臺(tái)磨煤機(jī)連接、供粉，投則同投，停則同停；所述燃燒器還包括4對(duì)分離燃盡風(fēng)，以水平對(duì)沖方式安裝； 所述燃燒制粉系統(tǒng)為中速磨直吹式，包括6臺(tái)磨煤機(jī)，6臺(tái)磨煤機(jī)各自構(gòu)成基本獨(dú)立的6個(gè)制粉子系統(tǒng)，并分別與每層燃燒器的一次風(fēng)噴口相對(duì)應(yīng)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括以下步驟: 建立電力燃燒鍋爐仿真模型，包括:采用標(biāo)準(zhǔn)k- ε湍流模型模擬氣相湍流；采用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)模型模擬組分運(yùn)輸和燃燒:采用單混合分?jǐn)?shù)/概率密度模型模擬純煤燃燒，采用雙混合分?jǐn)?shù)/概率密度模型模擬污泥摻燒燃燒；采用顆粒隨機(jī)軌道模型模擬煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)；采用雙 方程平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型模擬煤的熱解；采用動(dòng)力/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型模擬焦炭燃燒；采用Pl法計(jì)算輻射傳熱，離散方法均采用一階迎風(fēng)格式；中心風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)都采用質(zhì)量入口邊界條件；入口處質(zhì)量流量、風(fēng)溫根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；對(duì)燃盡風(fēng)和周界風(fēng)本體根據(jù)其實(shí)際尺寸構(gòu)建其入口模型；燃盡風(fēng)和周界風(fēng)也采用質(zhì)量入口邊界條件，質(zhì)量流量數(shù)值根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及變工況條件計(jì)算得到；出口邊界條件采用壓力出口，壓力設(shè)置為-80Pa ;爐膛壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面方程，無(wú)滑移邊界條件，熱交換采用第二類(lèi)邊界條件，即溫度邊界條件，給定壁面溫度和輻射率，壁面溫度為690K，壁面輻射率為0.8 ； 根據(jù)所述電力燃燒鍋爐仿真模型進(jìn)行冷態(tài)計(jì)算，獲得初步收斂程度的流場(chǎng)，再進(jìn)行熱態(tài)計(jì)算，直至收斂；對(duì)于離散方程組的壓力和速度耦合采用SIMPLE算法求解，求解方程采用逐線迭代法及低松馳因子； 分別模擬分離燃盡分的風(fēng)門(mén)開(kāi)度為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%時(shí)的工況； 獲取各個(gè)工況下的溫度場(chǎng)分布、速度場(chǎng)分布、組份場(chǎng)分布以及污染物分布； 根據(jù)所述各個(gè)工況下的溫度場(chǎng)分布、速度場(chǎng)分布、組份場(chǎng)分布以及污染物分布，獲取各個(gè)工況下分離燃盡風(fēng)的最佳開(kāi)度值； 根據(jù)所述最佳開(kāi)度值調(diào)節(jié)所述電力燃燒鍋爐的分離燃盡分的風(fēng)門(mén)開(kāi)度。
3.如權(quán)利要求2所述的電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于: 對(duì)于離散方程組的壓力和速度耦合采用SMPLE算法求解時(shí)，對(duì)NO和HCN的計(jì)算殘差小于10_8，其余各項(xiàng)計(jì)算殘差小于10_6。
4.如權(quán)利要求2所述的電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于: 采用162萬(wàn)網(wǎng)格精度進(jìn)行仿真模擬，建立所述電力燃燒鍋爐仿真模型。
5.如權(quán)利要求2所述的電力燃燒鍋爐的基于數(shù)值模擬技術(shù)的分離燃盡風(fēng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于: 采用紅外溫度測(cè)量方法，得到所述電力燃燒鍋爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爐膛出口溫度，以及爐膛出口 NOx濃度的實(shí)際測(cè)量值； 根據(jù)所述電力燃燒鍋爐的溫度場(chǎng)分布和污染物分布的數(shù)值模擬結(jié)果，將所述電力燃燒鍋爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爐膛出口溫度以及爐膛出口 NOx濃度的數(shù)值模擬結(jié)果與對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量值對(duì)比； 如果數(shù)值模擬結(jié)果中的爐膛出口溫度與對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量值誤差范圍在10%以?xún)?nèi)，且NOx濃度與對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量值比較誤差在1.7%以?xún)?nèi)，則判斷數(shù)值模擬結(jié)果準(zhǔn)確。
【文檔編號(hào)】F23L9/00GK103968371SQ201410045149
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月7日
【發(fā)明者】李德波, 徐齊勝, 沈躍良 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院