600MW超超临界墙式切圆锅炉炉内燃烧过程数值模拟

墙式切圆燃烧是一种新型的切圆燃烧方式，本文在计算流体力学(CFD)软件Fluent6.3平台上，分别模拟燃用烟煤和褐煤的600Mw墙式切圆锅炉炉内燃烧过程。计算中气相湍流流动模型采用可实现的k-ε双方程模型，气固两相流动模型采用随机轨道模型，辐射换热模型采用P-1辐射模型，挥发分燃烧模型采用混合分数PDF方法，焦炭燃烧采用扩散动力模型。 本文的第一部分模拟了墙式切圆烟煤锅炉的空气动力场、温度分布、炉内组分分布、SOFA风率对氮氧化物生成以及炉膛出口烟温偏差的影响和壁面热负荷分布。结果表明：炉内切圆形成良好，充满度高，炉内温度较高的区域集中靠近壁面附近，在炉膛内部不存在温度较低区域，炉内燃尽程度高。主燃烧区氧浓度较低，在靠近喷口不远处氧气就会耗尽，而炉内CO浓度较高，有利于降低氮氧化物的生成。组织空气分级低氮燃烧技术的关键为主燃区焦炭燃烧在缺氧条件下进行，SOFA区域氧浓度不能太高，合理的优化主燃区与SOFA区氧量配比是关键。SOFA风率的增加炉内温度分布趋于均匀，炉瞠出口N0浓度并不是随着SOFA风率的增大而单调减小，而是在25％SOFA风率下，N0x排放量最小。炉瞠出口烟温偏差在15% SOFA风率下为最大60K，烟温偏差不大。壁面热负荷沿宽度方向的分布呈现V形，W形和U形。 本文的第二部分模拟采用了考虑热解成分的非预混燃烧方法，通过与未考虑水分的模拟方法比较可知：一次风射流温度梯度减小，氧浓度梯度减小，主燃区横截面高温区范围减小，考虑水分对于一次风的射流衰减产生重要的影响。通过与热力计算的比较可知：传统燃料定义方法在炉膛出口烟气成分上与热力计算相吻合。通过对元宝山3#炉的模拟与实验值的对比可知，实验值与模拟值吻合良好，证明了数值模拟的可靠性。 本文第三部分采用第二部分的新方法来模拟褐煤燃烧，模拟结果表明：切圆规整，火焰充满度好，水分影响了煤粉初期的燃烧，但较大的高温区仍能够保证煤粉的充分燃尽。水平浓淡燃烧方式降低炉膛出口NO浓度约10％。增大一次风速后，煤粉着火距离增大，不利于煤粉的着火，并且平均温度降低不利于煤粉的燃尽，炉膛出口NO浓度增加，因此优先选择较低一次风率。墙式切圆锅炉能有效的控制炉内切圆直径的大小。减小切圆直径后，炉内高温区变大，燃烧更加集中，炉膛出口温度有所增加，炉膛壁面贴壁风速减小。