水平濃淡煤粉燃燒器內(nèi)氣固流動特性研究.pdf

1、近年來，隨著各國對氮氧化物排放的控制更加嚴(yán)格，大幅度降低電站鍋爐NOx排放量已成為科研院所急需解決的研究課題。水平濃淡燃燒技術(shù)作為先進(jìn)的煤粉燃燒技術(shù)可以同時解決鍋爐的燃燒效率、火焰穩(wěn)定性、防止結(jié)渣和水冷壁管的高溫腐蝕及低NOx排放問題。作為該技術(shù)的核心部件，百葉窗煤粉濃縮器已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電站鍋爐中。為了揭示百葉窗煤粉濃縮器內(nèi)的氣固流動規(guī)律、充分發(fā)揮現(xiàn)有煤粉管道的濃縮作用，實現(xiàn)以較低的代價有效地降低煤粉鍋爐的NOx排放，本文研究了百葉窗煤

2、粉濃縮器內(nèi)的氣固流動特性，以及細(xì)粒子在彎頭中的分離特性，研發(fā)并優(yōu)化了可換向百葉窗煤粉濃縮器，并在采用角部風(fēng)箱的微量油直接點火水平濃淡煤粉燃燒器中應(yīng)用。最后診斷了采用彎頭加扭板結(jié)構(gòu)的濃淡燃燒器的鍋爐中出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)定及高溫腐蝕現(xiàn)象，提出了燃燒設(shè)備改造方案。
　　在百葉窗煤粉濃縮器冷態(tài)單相實驗臺上，采用恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀測量了濃縮器內(nèi)氣相時均速度和脈動速度分布。采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、可實現(xiàn)k-ε模型、RNG k-ε模型和RSM模型模擬了濃縮

3、器內(nèi)流場分布，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比。四種湍流模型可以準(zhǔn)確地預(yù)報百葉窗煤粉濃縮器內(nèi)的時均速度分布，但在預(yù)報濃縮器內(nèi)湍流動能方面，可實現(xiàn)k-ε模型和RSM模型相比標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和RNG k-ε模型，獲得了與實驗值吻合較好的結(jié)果。以玻璃微珠為示蹤粒子，利用片光源和高速攝影技術(shù)對濃縮器內(nèi)流場進(jìn)行了示蹤實驗。結(jié)果表明，在濃縮器濃側(cè)靠近葉片的區(qū)域，有一條濃度較高的粉流顆粒帶。濃縮器實際運行中，高濃度的煤粉顆粒長期沖刷葉片表面，將導(dǎo)致葉片的磨損問題

4、。
　　在百葉窗煤粉濃縮器氣固兩相?；瘜嶒炁_上，采用PDA（粒子動態(tài)分析儀）測量了濃縮器內(nèi)氣固兩相流場，重點分析了濃縮器典型截面、葉片表面附近及濃側(cè)出口區(qū)域的兩相流場分布。結(jié)果表明，葉片表面附近顆粒與葉片的碰撞反彈是形成濃縮器內(nèi)顆粒濃縮的本質(zhì)所在；葉片只濃縮葉片附近區(qū)域的顆粒，而對遠(yuǎn)離葉片的濃側(cè)區(qū)域則影響較?。粷鈧?cè)壁面磨損區(qū)域主要發(fā)生在末級葉片喉口到距喉口0.7D（D為濃縮器的寬度）范圍內(nèi)，在濃縮器的應(yīng)用中需考慮此處的防磨措施。<

5、br>　　采用可實現(xiàn) k-ε模型和顆粒隨機(jī)軌道模型對百葉窗煤粉濃縮器進(jìn)行了氣固兩相流動的數(shù)值模擬研究，并與PDA實驗結(jié)果進(jìn)行了對比，驗證了兩相流模型的合理性。對葉片缺級條件下的濃縮器流場進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。采用預(yù)測磨損率的半經(jīng)驗公式對葉片的磨損進(jìn)行了預(yù)報，并進(jìn)行了葉片磨損的工業(yè)實驗。結(jié)果表明：葉片磨損嚴(yán)重的區(qū)域發(fā)生在葉片的下部；后級葉片比前級葉片磨損速度快；同一級葉片上，葉片后端磨損嚴(yán)重。
　　針對現(xiàn)有采用水平濃淡燃燒技術(shù)、小油槍

6、煤粉直接點火技術(shù)的鍋爐中，鍋爐兩個角的油槍（雙爐膛鍋爐中是4個角的油槍）受空間的限制只能布置在淡煤粉氣流側(cè)而無法實現(xiàn)鍋爐有效點火以及浪費燃料油的問題，提出了可換向百葉窗煤粉濃縮器。采用數(shù)值模擬方法對可換向百葉窗煤粉濃縮器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并確定了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。對某電廠＃6爐下層煤粉燃燒器改造后的一次風(fēng)噴口速度分布進(jìn)行了測量，濃淡風(fēng)速比滿足設(shè)計要求，驗證了可換向百葉窗煤粉濃縮器的可靠性。
　　在氣固兩相模化實驗臺上，采用PDA測量了彎

7、頭內(nèi)及彎頭下游典型截面上的氣固兩相流場，分析了彎頭的氣固分離性能。通過數(shù)值模擬及動量矩分析等手段，對某煤粉燃燒鍋爐爐內(nèi)出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)及高溫腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這主要是因為該鍋爐采用彎頭加扭板型燃燒器，其出口濃側(cè)存在反向動量矩，導(dǎo)致爐內(nèi)整體動量矩與切圓的設(shè)計旋轉(zhuǎn)方向相反，從而在爐內(nèi)形成反轉(zhuǎn)切圓。通過采用百葉窗式水平濃淡風(fēng)燃燒器，消除了燃燒器出口的反向動量，改造后鍋爐燃燒穩(wěn)定，大大降低了爐內(nèi)高溫腐蝕現(xiàn)象，燃燒效率提高，從而獲得較明顯的經(jīng)