采用煤粉再燃技術(shù)爐內(nèi)流動(dòng)特性及工程應(yīng)用研究.pdf

1、煤粉再燃技術(shù)是一種低成本、相對(duì)高效的低氮氧化物（NOx）燃燒技術(shù)，適合我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。國(guó)家“十五”863計(jì)劃立項(xiàng)研究煤粉再燃低NOx燃燒技術(shù)，并在元寶山發(fā)電廠3號(hào)機(jī)組600MW鍋爐上進(jìn)行工程示范。本文圍繞這一課題開展了相應(yīng)的研究工作，針對(duì)元寶山3號(hào)鍋爐實(shí)施再燃改造方案，對(duì)爐內(nèi)再燃區(qū)和燃盡區(qū)氣固兩相流動(dòng)特性進(jìn)行冷態(tài)?；囼?yàn)研究，在此基礎(chǔ)上提出可行的再燃技術(shù)改造方案，并在元寶山3號(hào)爐上進(jìn)行工程應(yīng)用，改造后對(duì)鍋爐運(yùn)行進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)

2、，結(jié)果表明，再燃技術(shù)有效的降低了鍋爐NOx排放，達(dá)到了預(yù)期的改造目標(biāo)。
　　本文采用PDA測(cè)量系統(tǒng)，在元寶山3號(hào)鍋爐冷模試驗(yàn)臺(tái)上分別就主燃區(qū)過量空氣系數(shù)、主燃區(qū)二次風(fēng)水平擺角、主燃區(qū)不同的配風(fēng)方式、燃盡風(fēng)噴口上下擺角一定角度以及燃盡風(fēng)反切等因素，測(cè)量并分析了再燃區(qū)和燃盡區(qū)的氣固兩相流場(chǎng)特性。結(jié)果表明主燃區(qū)過量空氣系數(shù)由0.95逐漸減小到0.8時(shí)，爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)動(dòng)量的減小導(dǎo)致再燃區(qū)漩渦直徑逐漸增大；僅改變主燃區(qū)的配風(fēng)方式，如停用不同的

3、一次風(fēng)噴口，對(duì)再燃區(qū)以及燃盡區(qū)的空氣動(dòng)力場(chǎng)特性影響較?。欢物L(fēng)擺角的增大，爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度增大，再燃區(qū)和燃盡區(qū)射流剛性明顯減弱，當(dāng)擺角過大時(shí)氣流刷墻明顯易造成水冷壁結(jié)渣，同時(shí)爐膛充滿度以及氣團(tuán)間的傳熱傳質(zhì)較差，對(duì)煤粉的燃燒、NOx還原不利；燃盡風(fēng)噴口反切對(duì)射流的剛性影響不明顯；燃盡風(fēng)噴口上下擺動(dòng)5°，射流的剛性明顯減弱，向上擺動(dòng)10°，射流呈自由射流特性，向下擺動(dòng)10°時(shí)，射流剛性略有減弱，明顯強(qiáng)于射流向下擺動(dòng)5°工況，由于與下層主旋

4、氣流的劇烈沖撞，射流相對(duì)衰減較快；射流區(qū)域及噴口附近射流向火側(cè)和背火側(cè)存在一個(gè)相對(duì)較高的粒子濃度區(qū)間，同時(shí)由于受到離心分離的作用，在壁面附近也形成了相對(duì)高濃度區(qū)；粒子濃度分布的變化規(guī)律基本與氣流的速度場(chǎng)分布規(guī)律對(duì)應(yīng)，射流穿透性能較好時(shí)，濃度場(chǎng)分布相對(duì)均勻，爐膛充滿度較好，反之，高濃度區(qū)域貼壁易造成結(jié)渣；在射流最大速度區(qū)間，湍流強(qiáng)度較小，受到上游射流以及主旋氣流的沖擊造成湍流強(qiáng)度峰值分布在射流最大速度兩側(cè)；氣固兩相流體的湍流特性在不同方向

5、的差距也體現(xiàn)了湍流的各向異性的特點(diǎn)。沿徑向方向湍流擴(kuò)散能力較強(qiáng)，特別是在射流的向火側(cè)，說明沿徑向方向射流與外界的動(dòng)量和質(zhì)量交換能力較強(qiáng)。
　　對(duì)爐內(nèi)流動(dòng)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并對(duì)PDA氣固兩相流場(chǎng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，從定量上驗(yàn)證了采用合適的模型，F(xiàn)LUENT軟件對(duì)氣固兩相流場(chǎng)的模擬具有較高的準(zhǔn)確性，能滿足工業(yè)應(yīng)用。
　　在冷態(tài)試驗(yàn)以及數(shù)值模擬預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上提出了元寶山3號(hào)鍋爐的煤粉再燃技術(shù)改造方案。改造前對(duì)鍋爐正常運(yùn)

6、行和低氧燃燒運(yùn)行兩種工況進(jìn)行了基準(zhǔn)工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)表明低氧燃燒方式能大幅減小NOx排放，但鍋爐燃燒效率降低。改造后分別對(duì)不采用再燃僅采用爐內(nèi)空氣分級(jí)燃燒、采用H層噴口和采用G、H層噴口再燃進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明三種運(yùn)行工況都可以大大減小NOx排放，尤其是在采用兩層再燃噴口之后，NOx排放僅為243.3mg/m3(折算到O2=6％)。鍋爐的燃燒效率沒有明顯降低，而且結(jié)渣減輕，鍋爐可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
　　對(duì)工業(yè)試驗(yàn)工況進(jìn)行數(shù)值模擬對(duì)比