電廠鍋爐燃燒模擬

11電廠鍋爐燃燒模擬在我國以煤為主要燃料的電廠鍋爐,不僅造成了能源利用弊端,而且對環(huán)境也造成了格外惡劣的影響.使用高效、清潔的天燃?xì)忮仩t可有效地解決這一問題.以燃燒化石燃料為主的電力生產(chǎn)過程排放的CO2量超過CO2排放總量的30%,已經(jīng)成為最大的CO2排放源,但鑒于多方面因素的影響,化石燃料在能源構(gòu)造中的主導(dǎo)地位將會維持相當(dāng)長的時間,因此,操縱和減緩電力生產(chǎn)過程中CO2的排放對于削減溫室氣體的排放具有重要的理論和現(xiàn)實意義.承受富氧燃燒技術(shù),即O2/CO2燃燒技術(shù),就可以使燃燒后產(chǎn)生的煙氣中CO2含量到達(dá)95%以上,可直接將煙氣液化回收處理.富氧燃燒技術(shù)不僅能使分別和收集CO2簡潔進展,還能大幅削減NOx的排放量.隨著助燃?xì)怏w中氧氣濃度的增加,可提高鍋爐效率,是一種能綜合操縱污染物排放的型干凈節(jié)能燃燒技術(shù).爐和富氧燃燒技術(shù)兩者的優(yōu)點,有可能取得良好的效果.目前,自然氣富氧燃燒方面的爭論主要集中于O2/N2氣的燃燒方面.Qiu和Hyden等人覺察,當(dāng)氧氣濃度增加到28%時,能節(jié)約22%的燃?xì)?且富氧條件下能產(chǎn)生強勁的火焰.甲烷燃燒條件下,當(dāng)氧氣濃度增加到100%時,熄火拉伸率(extinctionstrinrte上.Wu等人覺察,在傳熱試驗中傳熱效率增加了536%,爐膛在溫度固定條件下的燃料消耗量削減261%.較高的氧氣濃度可以獲得較高的火焰溫度.隨著氧氣濃度的增加,NOx的排放量也隨之增加.煙氣中二氧化碳的含量也隨氧氣濃度直線增加.此外,隨著氧氣濃度的增加,溫度分布逐步變得不均勻,這是由于對流換熱系數(shù)發(fā)生了轉(zhuǎn)變.本文XX應(yīng)用數(shù)值分析的方法,以某電廠325MW自然氣鍋爐為爭論對象,爭論富氧燃燒條件下,氧氣體積分?jǐn)?shù)對爐內(nèi)燃燒特性的影響.模型與邊界條件我們所爭論的鍋爐為某電廠325MW塔式箱形自然氣鍋爐,為亞臨界自然循環(huán),承受一次中間再熱.燃燒方式為前后墻對沖燃燒,燃料為自然氣.燃燒器布置在爐膛水冷壁的前、后墻上,承受旋流燃燒器,共24只,前后墻各12只.一次風(fēng)在燃料著火之前與之混合,二次風(fēng)是燃燒器主要供風(fēng)局部.同一燃燒器的二次風(fēng)及分級風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向一樣,相鄰及相對兩個燃燒器的二次風(fēng)及分級風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向均相反.鍋爐的主要額定參數(shù):主蒸汽流量1065t/h;主蒸汽壓力174MP540℃;再熱蒸汽流量8828t/h;再熱蒸汽進/出口壓力366/346MP;再熱蒸汽進/出口溫度324/540℃;給水溫度271℃.自然氣成分:N2為014%;H2S為00039%;CO2為997%;C3H8362%;C4H101007%;C5H12015%;41987kJ/m3.由于計算模型為三維,對模型的XX格劃分大局部承受了六面體XX格,為了增加計算精度,燃燒器區(qū)域的XX格承受嵌套技術(shù)進展劃分,XX格分布相對其他區(qū)域較為密集.XX格總數(shù)為62萬個.XX格示意圖見圖1.湍流模型承受標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,燃燒計算承受渦團耗散模型,由于爐內(nèi)熱量傳遞90%來自于輻射換熱,因此,爐膛壁面熱負(fù)荷只考慮輻射換熱,輻射模型為P1模型.燃燒器噴口設(shè)置為速度入口,煙氣出口設(shè)置為自由出口.本文分別針對傳統(tǒng)燃燒方式及O2/CO2比例為21%~40%共計9個工況進展模擬計算,具體工況劃分見表1.一次風(fēng)無旋流,二次風(fēng)旋流數(shù)為10,分級風(fēng)旋流數(shù)為05.保持一二次風(fēng)率不變.旋流數(shù)為衡量旋轉(zhuǎn)射流的旋流強度的參數(shù),其物理意義為角動量的軸向通量與軸向動力的軸向通量之比值,旋流數(shù)的表達(dá)式為n=M/(KR0)(1)式中:R0為噴嘴半徑,m;M為角動量的軸向通量;K為軸向動量.其表達(dá)式分別為射流某截面上的切向分速度,m/s;p為靜壓力,MPρ為流體密度,kg/m3.無視靜壓沿半徑方向的變化,可得到旋流數(shù)的近似計算公式傳統(tǒng)燃燒方式下的溫度分布通過模擬計算得到了傳統(tǒng)燃燒方式下的爐內(nèi)溫度分布狀況.圖2為傳統(tǒng)燃燒方式下的爐膛溫度等值線圖,可以看出爐膛中間局部形成1899K以上的高溫區(qū)域,由中間向左右側(cè)墻方向上溫度漸漸降低,左右墻受熱根本對稱,火焰布滿度較好.在經(jīng)過水平布置的屏式過熱器和再熱器之后,煙氣溫度有明顯下降,并趨于均勻.富氧燃燒方式下的溫度分布通過對富氧條件下的爐內(nèi)燃燒過程進展數(shù)值計算,得到不同氧氣濃度下的爐內(nèi)溫度分布及壁面熱負(fù)荷分布狀況.圖3為氧氣濃度分別為21%、25%、29%、35%時的爐內(nèi)溫度場分布狀況.可以看出,隨著氧氣濃度的增加,整個爐膛的高溫區(qū)分布趨于集中,并且在燃燒器四周的溫度梯度增大,燃燒器噴口四周的溫度也呈上升趨勢.同時高溫區(qū)域距離爐膛前后墻的距離越來越近,當(dāng)氧氣29%時,后墻底層燃燒器四周的高溫火焰產(chǎn)生了貼壁燃燒的現(xiàn)象,會使局部水冷壁溫度過高,增加爆管的幾率.氧氣濃度的增大使得燃料燃燒速度加快,燃燒器區(qū)域溫度上升幅度較大,因此,本文對燃燒器所在截面溫度進展了比照.由圖4中可以看出,隨著氧氣濃度的增加,每層燃燒器所在的截面平均溫度值都呈上升趨勢,但各層截面溫度上升速度各有不同,但增幅都在300K以上.在氧氣濃度為29氧氣濃度小于27%時,底層燃燒器所在截面溫度最低,中間層燃27%時,轉(zhuǎn)變?yōu)轫攲尤紵魉诮孛鏈囟茸畹?中間層燃燒器所在截面溫度最高.這是由于隨著助燃?xì)怏w中氧氣濃度的提高,高溫區(qū)域趨于集中,煙氣在上的截面上煙氣的輻射換熱損失大于燃燒產(chǎn)生的熱量,造成了煙氣上升過程中溫度降低的現(xiàn)象.為了對富氧燃燒條件下爐膛內(nèi)的火焰布滿度隨氧氣濃度的增加而轉(zhuǎn)變的趨勢進展?fàn)幷?本文選取了頂層燃燒器的兩條直線上的溫度分布進展考察.選取頂層燃燒器所在橫截面的前后對稱軸及右側(cè)其次對燃燒器所在軸線作為爭論對象.兩條直線位置如圖5所示,line-1和line-2分別為頂層燃燒器所在截面的中心線,取各中心線上50個溫度點,計算相鄰之間溫度之差.Xline-1,Yline-2,每條線上等距離取50個點,可得出這些點溫度值的方差.圖6為兩條所考察的直線上由圖6中可以看出,line-1上的溫度方差大于line-2,說明在該截面上YX著氧氣濃度的增加,line-1上的溫度方差增大趨勢較為明顯,line-2Y溫度分布均勻度影響較大,而對X方向溫度分布的均勻度影響比較小.隨著氧氣濃度的增大line-1上的方差也增大,說明隨著氧氣濃度的增加,Y方向上的溫度分布均勻性越來越差,由此推斷火焰布滿度也越來越也差.圖7為爐膛煙氣出口溫度隨氧氣濃度變化曲線.由圖7中可以看出,隨著氧氣濃度的增加,曲線整體呈下降趨勢.但在氧氣濃度為27%和35%處,消滅小幅波動.曲線中最大值與最小值相差只有20K左右,相差不大.圖8為各截面平均溫度值比照.通過對不同氧氣濃度下沿爐膛高度方向的截面平均溫度分析可以得出,當(dāng)助燃?xì)怏w中氧氣濃度為25%時,各截面平均溫度的分布與傳統(tǒng)燃燒方式下的分布幾乎全都.結(jié)論通過數(shù)值模擬,對電廠自然氣鍋爐的爐內(nèi)燃過程進展計算分析,并對應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)時爐燃燒過程進展模擬爭論,對爐內(nèi)溫度分布狀況進比照分析,從而得出自然氣鍋爐富氧燃燒特性.富氧燃燒方式下隨著氧氣濃度的增大,整個膛的高