采用煤粉再燃技術(shù)爐內(nèi)流動特性及工程應用研究.pdf

1、煤粉再燃技術(shù)是一種低成本、相對高效的低氮氧化物（NOx）燃燒技術(shù)，適合我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)特點。國家“十五”863計劃立項研究煤粉再燃低NOx燃燒技術(shù)，并在元寶山發(fā)電廠3號機組600MW鍋爐上進行工程示范。本文圍繞這一課題開展了相應的研究工作，針對元寶山3號鍋爐實施再燃改造方案，對爐內(nèi)再燃區(qū)和燃盡區(qū)氣固兩相流動特性進行冷態(tài)?；囼炑芯?，在此基礎上提出可行的再燃技術(shù)改造方案，并在元寶山3號爐上進行工程應用，改造后對鍋爐運行進行工業(yè)性試驗

2、，結(jié)果表明，再燃技術(shù)有效的降低了鍋爐NOx排放，達到了預期的改造目標。
　　本文采用PDA測量系統(tǒng)，在元寶山3號鍋爐冷模試驗臺上分別就主燃區(qū)過量空氣系數(shù)、主燃區(qū)二次風水平擺角、主燃區(qū)不同的配風方式、燃盡風噴口上下擺角一定角度以及燃盡風反切等因素，測量并分析了再燃區(qū)和燃盡區(qū)的氣固兩相流場特性。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，爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)動量的減小導致再燃區(qū)漩渦直徑逐漸增大；僅改變主燃區(qū)的配風方式，如停用不同的

3、一次風噴口，對再燃區(qū)以及燃盡區(qū)的空氣動力場特性影響較??；二次風擺角的增大，爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強度增大，再燃區(qū)和燃盡區(qū)射流剛性明顯減弱，當擺角過大時氣流刷墻明顯易造成水冷壁結(jié)渣，同時爐膛充滿度以及氣團間的傳熱傳質(zhì)較差，對煤粉的燃燒、NOx還原不利；燃盡風噴口反切對射流的剛性影響不明顯；燃盡風噴口上下擺動5°，射流的剛性明顯減弱，向上擺動10°，射流呈自由射流特性，向下擺動10°時，射流剛性略有減弱，明顯強于射流向下擺動5°工況，由于與下層主旋

4、氣流的劇烈沖撞，射流相對衰減較快；射流區(qū)域及噴口附近射流向火側(cè)和背火側(cè)存在一個相對較高的粒子濃度區(qū)間，同時由于受到離心分離的作用，在壁面附近也形成了相對高濃度區(qū)；粒子濃度分布的變化規(guī)律基本與氣流的速度場分布規(guī)律對應，射流穿透性能較好時，濃度場分布相對均勻，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，湍流強度較小，受到上游射流以及主旋氣流的沖擊造成湍流強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。沿徑向方向湍流擴散能力較強，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量和質(zhì)量交換能力較強。
　　對爐內(nèi)流動過程進行了數(shù)值模擬研究，并對PDA氣固兩相流場測量結(jié)果進行了詳細的對比分析，從定量上驗證了采用合適的模型，F(xiàn)LUENT軟件對氣固兩相流場的模擬具有較高的準確性，能滿足工業(yè)應用。
　　在冷態(tài)試驗以及數(shù)值模擬預報基礎上提出了元寶山3號鍋爐的煤粉再燃技術(shù)改造方案。改造前對鍋爐正常運

6、行和低氧燃燒運行兩種工況進行了基準工業(yè)試驗，試驗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。改造后分別對不采用再燃僅采用爐內(nèi)空氣分級燃燒、采用H層噴口和采用G、H層噴口再燃進行工業(yè)性試驗，實驗表明三種運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，鍋爐可以長期穩(wěn)定運行。
　　對工業(yè)試驗工況進行數(shù)值模擬對比