W型火焰鍋爐燃燒檢測(cè)與優(yōu)化研究.pdf

1、發(fā)展W型火焰鍋爐高效低NOx的燃燒技術(shù)，優(yōu)化爐內(nèi)燃燒，是我國(guó)低揮發(fā)分煤的燃燒利用中一個(gè)急需解決的重要課題。詳細(xì)的試驗(yàn)檢測(cè)和準(zhǔn)確的燃燒過(guò)程數(shù)值模擬是正確分析爐內(nèi)的煤粉燃燒過(guò)程，揭示爐內(nèi)NOx的生成機(jī)理，準(zhǔn)確把握不同因素對(duì)爐內(nèi)燃燒特性的影響的關(guān)鍵，能夠?yàn)闋t內(nèi)的燃燒優(yōu)化和發(fā)展新型W型火焰鍋爐高效低NOx燃燒技術(shù)提供指導(dǎo)和依據(jù)。本文通過(guò)基于圖像處理的燃燒檢測(cè)技術(shù)對(duì)W型火焰鍋爐內(nèi)的燃燒進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)爐內(nèi)燃燒過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬分析，研究了優(yōu)化爐

2、內(nèi)燃燒的技術(shù)，并在電站鍋爐上通過(guò)改造進(jìn)行了實(shí)踐。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 W型火焰鍋爐燃燒過(guò)程的檢測(cè)研究。通過(guò)使用基于圖像處理的爐內(nèi)燃燒過(guò)程檢測(cè)技術(shù)，對(duì)FosterWheeler(FW)技術(shù)W型300MW和600MW級(jí)的鍋爐進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)一臺(tái)300MW級(jí)W型火焰鍋爐進(jìn)行了沿爐膛高度方向的溫度和火焰發(fā)射率的檢測(cè)，得到了爐內(nèi)火焰溫度和發(fā)射率沿爐膛高度方向上分布的主要規(guī)律。對(duì)一臺(tái)600MW級(jí)W型火焰鍋爐進(jìn)行三維溫度場(chǎng)重建的研究，并

3、將三維重建溫度分布的信息與采用便攜式圖像溫度檢測(cè)系統(tǒng)以及紅外高溫計(jì)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示檢測(cè)結(jié)果的差別在10％以內(nèi)，表明檢測(cè)結(jié)果的可靠性。檢測(cè)結(jié)果表明W型火焰鍋爐目前存在的飛灰含碳量高，NOx排放超標(biāo)等問(wèn)題與實(shí)際燃燒過(guò)程中火焰中心偏上，煤粉停留時(shí)間不足，爐內(nèi)空氣分級(jí)燃燒不足有直接關(guān)系。
　　 對(duì)FW技術(shù)的W型火焰鍋爐燃燒過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究并提出一種提高NOx預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的方法。通過(guò)建立適合W型火焰鍋爐特點(diǎn)的貼體網(wǎng)格，采用

4、Computational Fluid Dynamics(CFD)方法對(duì)一臺(tái)310MWW型火焰鍋爐內(nèi)的燃燒過(guò)程進(jìn)行了模擬，得到了典型的爐內(nèi)溫度分布，速度場(chǎng)和顆粒軌跡等，并通過(guò)將模擬得到流場(chǎng)和沿爐膛高度方向的溫度分布結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，表明了模擬方法和結(jié)果的可靠性。以此為基礎(chǔ)分析了目前爐內(nèi)燃燒中存在的一些主要問(wèn)題和原因。通過(guò)將CFD燃燒過(guò)程模擬得到燃燒器出口的升溫曲線，結(jié)合具有氮釋放預(yù)測(cè)能力的化學(xué)滲透脫揮發(fā)分(Chemical Per

5、colation Devolatilization)CPD模型，計(jì)算得到煤粉在燃燒過(guò)程中揮發(fā)分氮和焦炭氮的比例，以及揮發(fā)分中NOx的前驅(qū)物HCN和NH3的份額。用這些參數(shù)取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，取得了對(duì)NOx生成的預(yù)測(cè)的更高精度。
　　 在以上研究的基礎(chǔ)上，對(duì)四種不同運(yùn)行條件下的W型火焰鍋爐燃燒優(yōu)化開(kāi)展了數(shù)值模擬研究。通過(guò)CFD數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，研究了乏氣比例的調(diào)整、C風(fēng)(油槍風(fēng))比例調(diào)整和混煤摻燒方式調(diào)整對(duì)爐內(nèi)燃燒過(guò)程

6、和NOx排放的影響。研究不同燃燒調(diào)整方式對(duì)動(dòng)量比、煤粉著火、火焰下沖深度、煤粉燃盡和NOx排放的影響，給出了優(yōu)化運(yùn)行的指導(dǎo)意見(jiàn)。由于常規(guī)的燃燒優(yōu)化方式不能從根本上解決爐內(nèi)空氣分級(jí)不足造成NOx排放高的問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模擬研究拱上燃盡風(fēng)的實(shí)施方案，指出在拱上實(shí)施高速燃盡風(fēng)，能夠在保證煤粉燃盡的同時(shí)有效降低NOx排放。
　　 由于常規(guī)的燃燒優(yōu)化方式對(duì)W型火焰鍋爐的高效低NOx運(yùn)行只能起到有限的作用，而且往往難以兼顧穩(wěn)燃、高效和低NOx

7、燃燒的要求，所以研究了在F層二次風(fēng)風(fēng)箱中加入下傾的導(dǎo)流葉片，使得占二次風(fēng)60-70％的F風(fēng)以一個(gè)下傾的角度進(jìn)入下?tīng)t膛，從而改進(jìn)爐內(nèi)的燃燒。該技術(shù)可以在不改變拱上動(dòng)量的情況下，增加向下/水平動(dòng)量比，還能通過(guò)下傾的二次風(fēng)對(duì)下行的一次風(fēng)起到引射作用，這樣可以保證主要的二次風(fēng)不會(huì)直接水平?jīng)_擊下沖的煤粉氣流，使得二次風(fēng)逐漸沿一次風(fēng)火焰行程補(bǔ)充氧量，有利于延長(zhǎng)火焰行程，擴(kuò)大下?tīng)t膛還原區(qū)，有利于煤粉燃盡和降低NOx排放。通過(guò)燃燒過(guò)程數(shù)值模擬優(yōu)化F層二