脫硫系統(tǒng)對鍋爐內爆影響的數(shù)值計算和模擬試驗研究.pdf

1、煙氣脫硫裝置已經(jīng)成為除了鍋爐、汽輪機和發(fā)電機三大主機以外，電廠又一個主要設備。電站煤粉鍋爐加裝煙氣脫硫系統(tǒng)后，必須串聯(lián)增壓風機或者采用高壓頭引風機，才能將煙氣排出系統(tǒng)。鍋爐“內爆”是指當鍋爐熄火或者高壓頭引風機誤操作時，鍋爐系統(tǒng)內瞬間產(chǎn)生的負壓太高，超過爐墻承受壓力，并對爐墻造成破壞的鍋爐事故。國內鍋爐由于加裝脫硫系統(tǒng)而采用高壓頭引風機，這增大了“內爆”發(fā)生的可能性。 本文建立了鍋爐全系統(tǒng)的三維數(shù)學模型，對帶有脫硫系統(tǒng)鍋爐的“內

2、爆”進行了模擬試驗研究，以及對有、無脫硫系統(tǒng)的1025t/h鍋爐的“內爆”分別進行了數(shù)值計算，系統(tǒng)地研究了脫硫系統(tǒng)對鍋爐“內爆”的影響，提高了“內爆”的認知水平，為“內爆”防范提供了有益的建議。 考慮了對流受熱面管道、煙氣變物性、風機等因素對流場的影響，建立了包含爐膛和煙道的全系統(tǒng)三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型。計算區(qū)域以燃燒器出口為入口邊界，以風機出口為出口邊界。應用多孔介質算法對煙道內部結構進行簡化處理。假設豎井煙道和水平煙道為各向同性

3、多孔介質，空氣預熱器為各向異性多孔介質，引入體積孔隙率表征煙道和空氣預熱器內換熱面的存在和所占的體積份額。對多孔介質的動量方程和能量方程進行修正，使其符合煙氣在煙道和空氣預熱器內流動和換熱的特征。湍流模型采用k-ε模型，輻射換熱采用P-1模型，煤粉顆粒運動采用拉格朗日模型。 建立了單引風機布置、負壓運行的燃氣試驗爐。試驗從快速斷燃料、延時斷燃料、不同負荷下快速斷燃料、快速斷燃料的同時關小進氣閥門、同時切斷燃料和風機電源等工況，對

4、鍋爐加裝脫硫系統(tǒng)前、后的壓力特性進行了模擬試驗研究。研究得出：快速切斷燃料后，系統(tǒng)在0.3s內產(chǎn)生最大負壓，其中爐膛負壓變化幅度最大，引風機入口負壓變化幅度最?。磺袛嗳剂嫌玫臅r間越長，爐膛產(chǎn)生的最大負壓越小，且來得越晚；切斷燃料的同時減少進風量，增大爐膛產(chǎn)生的最大負壓；同時切斷燃料和引風機電源，爐膛產(chǎn)生的最大負壓不會因風機斷電而減小。比較加裝脫硫系統(tǒng)前、后的模擬試驗數(shù)據(jù)，結果表明：由于排煙阻力增大而采用高壓頭引風機，使爐膛在各工況下產(chǎn)生

5、的最大負壓都增大。 運用建立的數(shù)學模型對試驗工況進行數(shù)值計算，計算值與試驗結果進行比較，誤差較小，證明可以應用此模型對鍋爐“內爆”進行深入研究。以1025t/h鍋爐為計算對象，對鍋爐“內爆”進行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值研究。研究得出：熄火后，煙氣溫度的下降、水蒸氣含量的減少、二氧化碳含量的減少引起的煙氣質量的降低、送風速度小于引風機引風速度，導致了鍋爐在0.45s內產(chǎn)生最高負壓。爐膛由于其煙氣溫度和組分變化最快，產(chǎn)生的負壓最大，其值大于引風

6、機全壓頭，但隨斷煤時間加長，此規(guī)律將發(fā)生改變。鍋爐負荷越低，熄火后爐膛產(chǎn)生的最大負壓值越小，“內爆”產(chǎn)生的可能性越小。 鍋爐容量越小，熄火后爐膛產(chǎn)生的最大負壓值越小。鍋爐主燃料跳閘后，關閉一次風，加大了鍋爐“內爆”產(chǎn)生的可能性。以加裝了脫硫塔的1025t/h鍋爐為計算對象，對鍋爐“內爆”進行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值研究。研究結果表明：加裝脫硫系統(tǒng)后，采用高壓頭引風機，導致熄火后爐膛產(chǎn)生的最大負壓值增大，且產(chǎn)生的時間提早，更容易產(chǎn)生“內爆”事