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燃烧器安装位置的微小变化对炉膛出口的影响

发表时间：2020/12/30 来源：《建筑科技》2020年7月上作者：杨树理

[导读] 在电厂发电中，燃烧器发挥着重要的作用，它是能源燃烧产生动能的重要场所，且它的工作情况对燃烧的状态有着直接的影响

湖南中国能源建设集团湖南火电建设有限公司杨树理

摘要：在电厂发电中，燃烧器发挥着重要的作用，它是能源燃烧产生动能的重要场所，且它的工作情况对燃烧的状态有着直接的影响，如果燃烧器的安装位置存在微小的变化，是否会对炉膛的出口产生影响，是否会对燃烧器的性能以及运行状态造成不利，为了对此类情况进行研究，文章就主要针对燃烧器安装位置的微小变化对炉膛出口的影响进行分析，希望对燃烧器相关工作提供参考。
关键词：燃烧器；安装位置；微小变化；炉膛出口；性能影响
        前言：燃烧器是电厂重要的设备，它和电厂发电效益有着直接关系，当燃烧器出现安装位置的微小变化，如燃烧器的喷口存在中心标高的不一致等，需不需要对其实施调整和处理，是工作中需要重点研究的内容。数值模拟的技术得到了快速发展，为此研究活动提供了良好的技术手段，它能够促进对燃烧器内在运行规模的深刻了解，而如何借助此技术进行燃烧器安装位置的微小变化对炉膛出口影响分析，就是本文主要研究的内容。
        1.研究项目情况
        本文研究项目是某电厂内锅炉,锅炉主要的参数包括：在过热器的蒸汽流量方面最大连续的蒸发量1913t/h，额定工况1816t/h；在过热器的出口压力方面最大为25.4MPa,额定是25.28MPa；在过热器的出口温度方面最大是571℃，额定是571℃；在再热蒸汽的流量方面，最大连续的蒸发量1585t/h额定工况1570t/h；在再热蒸汽的进口压力方面，最大为4.38MPa，额定是4.18MPa；在再热蒸汽的出口压力方面，最大为4.19MPa，额定是4.00MPa；在再热蒸汽的进口温度方面，最大为311℃，额定是306℃；在再热蒸汽的出口温度方面，最大为569℃，额定是569℃；在给水温度方面，最大是283℃，额定是280℃。
        此锅炉炉膛的断面尺寸是宽22.1902m、深15. 6295m，水平的烟道深5. 3325m，尾部的前烟道深4.84m，且尾部的后烟道深8. 29m，而水冷壁的下集箱具有8m标高，顶棚管的标高是67. 76m.对燃烧器采取前后墙的布置，并使用对冲燃烧的方式。
        在此机组内，选择6台中速的磨煤机，并布置于前后墙且每一台的磨煤机和前或者后墙区域每层五只的燃烧器对应，则共有燃烧器30只。在锅炉30%-40%最大连续的蒸发量下，投10到15只的燃烧器，在40%-75%最大连续的蒸发量时，投15到20只的燃烧器，在75%-100%最大连续的蒸发量时，投20到25只的燃烧器。
        2.建模计算
        对炉膛模型通过全尺寸进行建模，一共存在512万个网格，且统一选择六面体的网格；对湍流方程选择RNG k-ε的方程；将煤粉颗粒当作离散相，选择DPM的模型；对辐射选择P1的模型；对燃烧选择组分输运的燃烧模型类型；对炉膛内水冷壁的热边界是按照经验进行条件设定，且按照热力计算对下炉膛的出口烟气具体温度实施标定。
        在流受热面进行传热计算中，借助锅炉厂家自主开发传热计算的程序计算。在污染物所生成计算的模型中，基于常规实施修正，借助所编写C语言NOx-udf来对模型实施修正，且通过固定C对Fluent所默认的氧化还原颗粒项实施替换，最后进行结果的存储和导出，来让计算结果和实际更加贴近[1]。
        在本文，通过Solidwork实施几何模型的建立，借助ICEM进行结构网格的绘制，使用FLUENT15. 0对数值实施计算。因为本文中除了A层、F层，其它燃烧器的安装位置存在的偏差十分小因此计算中只对A层、F层燃烧器的安装位置具有的偏差实施考虑。

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        3.计算的结果和分析
        在此电中，对其BMCR（最大连续的蒸发量）工况实施数值的模拟和计算，总共分作两个工况，其中1工况是三和四次风的旋流叶片为45°角度，燃烧器的安装位置选择设计值，2工况是三和四次风的旋流叶片为45°角度，燃烧器的安装位置依据实测进行安装[2]。
        3.1对单只旋流的燃烧器分析
        在燃烧器的出口附近区域内，一次风与二次风的射流间位置存在一个很大且稳定环形的回流区，它能够促进卷吸高温烟气、加热煤粒、析出水分和挥发分，且煤粉的着火和火焰和较为稳定，能够与燃烧器的喷口附近位置产生还原性的气氛，实现对NOx生成的抑制效果。
        在燃烧器的喷口，煤粉沿着径向以及周向都呈现不均匀性分布的情况。其中沿着径向的煤粉主要在一次风外缘集中，这是因为一次风的旋性产生离心力而导致的；而沿着周向的煤粉，主要在燃烧器的出口侧上方的位置集中，这是因为一次风粉按照斜向状态进入到一次风管内而煤粉的惯性导致煤粉主要集中于一次风粉的入射方向指向的区域中。
        3.2对结果的分析
        对燃烧器的截面速度具体分布云图进行模拟，得到两工况的速度场呈现出的分布状态是基本一样的。因为燃烧器的出口存在旋向状态，相邻的燃烧器存在射流间互相作用，且炉膛内流场影响，让各个燃烧器的出口流场呈现的分布并非完全一样。其燃尽的风射流具有很强穿透性，能够对炉膛内大部分的区域实现覆盖。
        对燃烧器的截面温度具体分布云图进行模拟，其中炉膛内高温的区域和煤粉燃烧的发生区域相对应。因为后墙顶层的燃烧器并未投入到运行中，让炉膛上部的高温火焰和后墙偏近，同时和前后墙靠近的侧墙存在的燃尽风具有很强穿透力，则要对喷口的总风量以及中心风量进行减少[3]。
        对炉膛中心的截面内NOx分布的规律进行模拟分析，得知两工况下氮氧化物的浓度分布也是基本一样的，且NO集中于燃烧器的喷口附近区域有良好富氧的环境内,而部分的NO是因为燃尽风在进入到炉膛后，因为燃料氮或者空气内的氮和燃尽风内的氧发生反应而产生的。在煤粉中，燃料氮一般是通过HCN形式跟随挥发分的挥发和固定碳的燃尽时得到析出。富氧的环境内,它会和氧继续发生氧化反应而产生NO，若处于贫氧的环境，它和NO会发生还原反应而产生N2，则在低氮燃烧的系统设计中，主要是对煤粉燃烧的初始阶段并于燃料氮会析出区域内，创设出贫氧的气氛，来对NO的生成产生抑制作用，并对产生NO所需还原反应的条件进行加强。
        对炉膛中心的截面速度衱温度具体分布图进行模拟，得到两工况的分布规律是相似的。通过模拟得知，炉膛内高温的区域和煤粉燃烧的发生区域是相互对应的，因为后墙顶层的燃烧器未投入到运行的状态，则炉膛内上部高温的火焰和后墙发生偏近[4]。
        根据本文对两个工况下燃烧器运行模拟的结果进行对比和分析，得到屏底烟气的温度变化十分微小仅仅是5K，而氧量的变化仅是0. 06% ，且氮氧化物的浓度基本上是一样的.则燃烧器的安装位置发生微小的变化，并不会对炉膛的出口产生很大的影响。
        结语：综上所述，本文选取某电厂项目，通过数值模拟的技术来针对燃烧器的安装位置发生微小变化会对炉膛的出口产生的影响进行研究，通过对工况1和工况2下的模拟情况实施对比，发现计算的结果并没有存在显著差别且炉膛出口的温度以及氧量基本未出现变化，且对NOx也产生很小的影响，则燃烧器安装位置存在微小误差，并不会对燃烧器的运行产生不利的影响,因此不需对其实施补救。
参考文献：
[1]赵晴川, 周新刚, 张徐东,等. 低氮燃烧器改造对屏式受热面高温腐蚀的影响[J]. 山东电力技术, 2016(4期):46-50.
[2]葛京鹏. 燃烧器定向燃烧技术研究与应用[J]. 机械制造与自动化, 2013, 042(005):189-193.
[3]谢宁, 宋洪鹏, 兰勇. 某电厂锅炉燃烧器及B层炉膛空气动力场特性鉴定[J]. 电站系统工程, 2019, 35(01):31-34.
[4]王玉. 制氢装置顶烧转化炉炉膛传热问题探讨[J]. 石油化工设备技术, 2018(5):25-27.