超临界W火焰锅炉劣质无烟煤燃烧及NOx释放特性研究

我国高煤电比例的电力结构难以改变,电煤供应矛盾凸显,劣质无烟煤用于发电已是必然,劣质无烟煤高效洁净燃烧技术备受关注。超临界W火焰锅炉容量大,参数高,效率高,通过提高炉膛热负荷、延长火焰行程、煤粉浓淡分离等技术,可提高锅炉热效率,降低锅炉污染物排放,是有效解决劣质无烟煤高效低污染发电的最佳途径。劣质无烟煤的品质低,燃烧性和环保性差,超临界W火焰锅炉技术必须基于良好的空气动力场特性、高效燃烧和低排放机理的研究,从而保证机组安全高效和环保。为此,本文对超临界W火焰锅炉炉内燃烧和污染物排放机理开展深入理论分析和数值模拟的研究。不仅为超临界W火焰锅炉设计和运行提供依据,具有重大使用价值,对煤粉高效燃烧和污染物控排也具有重要意义。 本文以600MW超临界W火焰锅炉为研究对象,基于100%负荷前后墙对称配风的基础工况,在煤粉浓度为0.525～0.938kg/kg、与基础工况一次风速比为0.81～1.25、前后墙配风比为6：5～5：6、燃尽风率为6%～15%及不同锅炉负荷的广泛参数范围内,利用Fluent模拟研究炉内空气动力场特性、煤粉燃烧过程及NO、释放特性,揭示超临界W火焰锅炉劣质煤燃烧特性及N0x释放规律。 本文系统研究了超临界W火焰锅炉炉内空气动力场特性,模拟发现：由于超临界W火焰锅炉独特的炉膛结构和配风特点,下炉膛“W”型流场形成的同时,炉内形成两对双漩涡结构,可增加煤粉在炉内停留时间,有利于煤粉燃尽。炉膛折焰角结构决定对称的配风不能形成对称的流场,前后墙配风方式可有效平衡折焰角结构的影响,前墙风速大于后墙时炉内流场对称性较好,前后墙配风比并非越大越好,前后墙配风比为1.05时炉内流场对称性最佳。拱上增设燃尽风可减少煤粉气流对喉口及前后墙的冲刷,避免结渣现象发生,燃尽风量过大或过小均不利于炉内最佳流场的形成,存在最佳燃尽风率 本文系统研究了超临界W火焰锅炉炉内煤粉燃烧机理及其影响机制,模拟发现：合理组织炉内煤粉燃烧可促进煤粉燃尽,提高机组效率。煤粉浓度对炉内煤粉燃烧过程影响显著,随煤粉浓度增加,下炉膛过量空气系数减小,炉膛整体温度水平先降低后升高,煤粉浓度过高,炉内不完全燃烧煤粉量增加,炉内温度水平又出现下降趋势。因燃尽风的投入,下炉膛氧气含量减少,随燃尽风率增加,不完全燃烧煤粉量增加,导致锅炉下炉膛整体温度水平逐渐下降,未完全燃烧的煤粉在上炉膛继续燃烧,造成上炉膛整体温度水平升高。随锅炉负荷降低,因进入炉膛的煤粉量减少,煤粉燃烧放热量减少,故炉膛整体温度水平逐渐下降。 本文系统研究了超临界w火焰锅炉炉内NOx释放规律,模拟发现：炉内NOx主要在煤粉燃烧前期距一次风喷口2～4m处大量生成并达到最大值,随煤粉浓度增加,炉内还原性气氛增强,生成的NOx被CO等还原性气体还原,故炉膛出口NOx排放量逐渐减少。炉膛前后墙配风方式对炉内流场对称性影响较大,而对炉内NOx释放影响不大。合理选择前后拱一次风速可有效控制炉内NOx生成,一次风速逐渐增加过程中,炉内NO、浓度先降低后升高,存在最佳一次风速。燃尽风的投入对炉内各物质含量及NOx释放影响显著,燃尽风率由6%增加到15%,炉膛出口N0x排放量由756mg/m3下降到502.9mg/m3。随锅炉负荷降低,下炉膛过量空气系数增加,炉内还原性气氛减弱,低负荷时炉膛出口NO排放量不降反升,锅炉负荷由100%下降到75%时,炉膛出口截面平均NO质量浓度由623.79mg/m3升高到716.5mg/m3。研究结果对超临界W火焰锅炉实际运行中燃烧调整及降低N0x排放有重要参考意义。