《300MW 机组煤粉燃烧器的改造与研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《300MW 机组煤粉燃烧器的改造与研究.doc（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、精品论文300MW 机组煤粉燃烧器的改造与研究郭仁宁，杨柳，马健 辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新(123000) E-mail: yangliu420163.,com摘要：随着煤炭供应的日趋紧张，煤质随时都会发生很大的变化，面对这样的问题，能最大限度降低煤质变化对锅炉运行燃烧带来的不利影响，实现锅炉的优化运行。本文对铁岭发 电厂 4 号锅炉燃烧器进行改造，解决煤质变化带来的不利影响和低负荷运行下稳燃的能力。 利用 FLUENT 软件进行数值模拟，分别对气相的数值计算采用容积法离散基本方程数值模 拟，气相控制方程采用 simple 算法上迎风差分格式，颗粒相采用拉格朗日法进行计算，并 利
2、用 simple 算法进行二者的耦合。由于模型结构的不规则性，所以采用非结构化的网格划 分格式，分别对改造后的燃烧器气相速度矢量分布和颗粒相的分布进行分析。 关键词：撞击块；浓淡分离比；可调浓度；气固两相；simple 算法中文分类号：TK223.231. 前言铁岭发电厂 300MW 机组是哈尔滨锅炉厂引进美国 CE 公司优化设计、制造的HG-1021/18.2-YM4 型锅炉，该炉为一次中间再热亚临界自然循环单汽包炉。锅炉中的燃烧 器采用浓淡分离宽调节比（WR）煤粉燃烧器，WR 型燃烧器主要由缩放通道、水平浓淡分 离隔板、摆动喷嘴组成。其结构如图 1：图 1 WR 型煤粉燃烧器结构Fig 1
3、 WR style coal burner structure在渐缩管段，使一次风粉气流加速，防止煤粉在水平管段沉积，并使煤粉向浓淡分隔 板的两侧集中，提高喷嘴出口钝体回流区边缘的煤粉浓度，有利于煤粉着火,。在扩放管段 一次风粉气流速度降低使煤粉着火较为稳定，一次风粉进人一次风喷嘴的弯头时，由于离心 作用被分成上浓下淡两相，两相气流中间用隔板分开， 在喷嘴出口，煤粉在高浓度区首先 着火，燃后点燃低浓度区，呈浓淡燃烧方式，由于低负荷时煤粉平均浓度较低，这种燃烧方 式可以起到较好的稳燃作用，扩大了燃烧器适应负荷的范围，这也是煤粉燃烧器的基本特点。2. 燃烧器的改造2.1 改造前存在的问题铁岭发电厂
4、 4 号机组自采用 WR 型浓淡分离燃烧器以来，运行工况一直比较稳定，但 是，随着全球能源危机不断上升，我国煤的储量也在不断减少，国家采取煤量限制开采的措 施，这就导致今年的煤价急剧上涨，所以，为了维持电厂的效益，煤质随时都可能发生很大 的变化，这就对锅炉的稳定运行带来很大的不利影响。另一方面，随着电厂调峰力度的加大，- 5 -目前的燃烧器也不能满足调峰能力的要求，在低负荷运行下无法达到稳燃的目的。2.2 改造方案为了解决这样的两种问题，本文对 WR 型燃烧器进行结构上的改造，如图 2：图 2 可调煤粉燃烧器的结构Fig 2 Adjustable coal burner structure在结
5、构上增加了可调撞击块，这样就能满足浓淡煤粉的二次分离，一次煤粉气流经过分离弯 头的分离作用，为了进一步提高浓淡分离比，下部的淡侧气流经过撞击块的阻挡，利用煤粉 的惯性作用，部分煤粉进入浓侧。另外，缩短了分离隔板的长度，这样就避免了煤粉在隔板 的滞留时间，更能有效防止煤粉在在分离隔板的沉积。3. 数值模拟本文对改造后的可调浓淡燃烧器利用 fluent 软件进行数值模拟，采用气固两相离散相 模型，分别对气相的数值计算采用容积法离散基本方程数值模拟，气相控制方程采用 simple 算法上迎风差分格式，颗粒相采用拉格朗日法进行计算，并利用 simple 算法进行二者的耦 合。计算精度达到 10-3 数
6、量级，能够满足模型所需的精度要求。由于模型结构的不规则性， 所以采用非结构化的网格划分格式。网格划分的结构如图 3 所示:3.1 边界条件图 3 燃烧器内非结构化网格的划分Fig 3 The unstructured grid in burner在模拟过程当中，煤粉气流的进口速度 26m/s,出口压力采取一个大气压力，煤粉颗粒的流量为 0.2kg/s,平均煤粉颗粒直径为 40m3.2 数学模型及数值解法为了能有效的对改造后的燃烧器内流场的数值模拟，必须首先建立多相流动理论模型， 并相应的给出描述其运动规律的基本微分方程组，然后再求解这些方程组，一般说来，我们 总是先建立气相流动模型并求解之的此
7、基础上再把颗粒相加上去。3.2.1 气相流动的数学模型本文气相流动采用 RNG k- 方程模型，这一模型的预测能力比较强。对于高雷诺数重 振化理论的湍流动能和耗散率 输运方程是：k + uk = (v + vT ) k + G jktx jx j k x2 1 + u = v v + T+ CG C 0 Gtj xx 1 kk2 k1 + 3kk式中：jj Gk 为湍流生成相，Gk = 2vT Sij Sij ，S S = 1 ui + u j ij ijSij 为应变力张量，2 x jxi k ， 分别为 k 和 的普朗特常数，对于高雷诺数条件下，vT = C k 2, = Sk，1 = 4
8、.38, = 0.012 ， C = 0.085 ， C1 = 1.42 , C2 = 1.68 , k = 0.7179 ， = 0.7179 。3.2.2 颗粒相流动的数学模型颗粒相流动采用随机轨道模型，在直角坐标系下颗粒的运动方程为：d 2 x2= dup =(ug + u u p ) + Fx dtdt rp mpF yd 2 ydv2g=1 (v+ v vp ) +dt dt r mp由于所要分析的几何模型是二维的，所以没有 Z 坐标系下的颗粒运动方程。式中， d 2Cp p D r =18uf, f = 24 ,Red p 为颗粒的直径， CD 为湍流脉动下的颗粒阻力系数。3.3
9、模拟结果及分析图 4 燃烧器内部的颗粒速度矢量分布Fig4 The speed of coal particle in burner3.4 结果分析图 5 燃烧器内的颗粒浓度分布Fig 5 Coal particle concentration distribution in burner通过对改造后的燃烧器的数值模拟，对颗粒速度及浓度的分布情况，可以定性的分析出改造后的燃烧器哦浓淡分离比要比改造前的大的多，这就大大提高了锅炉在低负荷下运行 的能力，对于不同煤质的变化情况，可以调节撞击块高度来改变浓侧煤粉的浓度，以便在低 负荷下能够稳定燃烧。通过这一改造，使四号机组在 50%的负荷不投油情况下
10、能够稳定燃 烧。另外，在燃烧器内增加撞击块以后，浓淡两侧的颗粒速度差增大，浓侧煤粉的速度大于 淡侧煤粉的速度，部分煤粉颗粒通过撞击块以后，速度有所下降，导致燃烧器内的煤粉颗粒 速度不同，这样就增加了煤粉在炉膛的燃烧时间，能够充分得到燃烧。4. 结论本文通过对 WR 型燃烧器的改造，并利用 fluent 软件进行模拟分析，得出煤粉气流速 度及浓度的变化情况，证明了煤粉气流在可调燃烧器内低负荷下的稳燃能力，在锅炉实际运 行中，对于不同煤质带来的变化，起到一定的稳燃和节能作用，为今后的燃烧器改造与研究 提供了理论依据。参考文献1 夏振海等.可调浓度煤粉浓淡燃烧器的数值模拟燃烧科学与技术,2000,6
11、 3 215 217 2 冯俊凯,沈幼庭。锅炉原理及计算,北京:科学出版社,19953 Fluent Inc,FLUENT users guide 20004 张泽,吴少华,姚政等.水平浓淡风粉燃烧器调节特性的的数值模拟及工业性的实验研究J.中国电机工程学报,2000,20（2）:51-555 张振杰,苏东等。铁岭发电厂 300MW 锅炉特性剖析.东北电力技术.1996Coal Burner Transformation and Research for 300 MW UnitsGUO Renning, YANG Liu, MA JianMechanical Engineering and L
12、iaoning Technical University fuxin (123000)AbstractAlong with the coal supply shot day by day. The quality of coal can change very much momentarily. In view of such question, we can reduce the change of coal and adverse effect which brings to the boileroperation. it realizes boilers optimized moveme
13、nt. This article makes the transformation to Tieling power plant 4th boiler burner; it solves the adverse effect that the coal changes and the ability of steady burning under the low load. It uses FLUENT to simulate, Respectively on the gas volume using the numerical method of discrete numerical sim
14、ulation of the basic equation, The gas equations uses simplealgorithm on the wind difference scheme, The particle uses Lagrange calculation. And it uses of simplealgorithm of the two coupling. Because the model is irregular structure, it uses the unstructured grid format. This article analysis gas and particle velocity vector distribution.Key words: Hit Block; Shades than Separation; Adjustable Density Gas-Solid Two-Phase; simple algorithm作者简介: 郭仁宁(1956 - )，辽宁沈阳人，教授，硕士，1982年毕业于原阜新矿业学院流体 机械工程专业，现从事流体机械的科研与教学工作。