（热能工程专业论文）富氧微油点火燃烧器的数值模拟与应用研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 与传统煤粉锅炉点火技术相比，微油直接点火技术以节约9 5 的燃油量实现煤 粉的稳定点火与燃烧，现在已广泛应用于燃煤电站。深入研究微油点火技术对燃煤 电站的节能及经济性具有重要意义。本文采用计算流体力学( c f d ) 软件f l u e n t 进 行数值模拟的方法，对原燃烧器中煤的富氧燃烧特性进行分析，验证贫煤在其中稳 定燃烧的可行性。然后对原燃烧器进行改造，增设加氧结构。由模拟结果初步计算 加氧结构尺寸，通过对比四种加氧方式，选定最优加氧方式，并对其结构参数进行 优化。在改造后的燃烧器中，通过对贫煤燃烧的模拟，优化其运行参数，增加煤种 适应性，降低发电成本。研究结果为燃烧器改造与设计提供参考和依据。 关键词：微油点火，数值模拟，煤粉燃烧器，富氧燃烧，贫煤 a b s t r a c t c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lp u l v e r i z e dc o a lb o i l c ri g n i t i o n ，t l l et i n y - o i li g n i t i o n b u m e rw h i c hc a nh a v et h ep u l v e r i z e d - c o a lf i r es t e a d i l yi sw i d e l yu s e di nc o a l f i r e d p o w e rp l a n tn o w t h i st e c l u l 0 1 0 9 yc o u l dl e a dt oc u td o w n9 5 o ft h et r a d i t i o n a l 向e l o i l c o n s u m p t i o n s o 允n h e rr e s e a r c ho nt b j st e c h n o l o g yi sv e r yi m p o r t a n tf o ro i l s a v i n g a n do p t i m a lo p e r a t i o no fp o w c rp l a n t f l u e n tw a su s e dt oa i l a l y s i sm eq u a l i t yo f o x y g e n e i l r i c h e dc o m b u s t i o no fc o a li nt h eb u m s o 觞t ov e r i 匆t h ef e a s i b i l i t yf o r m e a g e rc o a lt ob u mi nb 啪e rs t e a d i l y t h e nt h eo p t i m u ms t m c t u r eo ft h eb u m e rh a d b e e ns n l d i e d t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a ti ti sb e t t e rt o 印p e n d 姐a d d i n g - o x y g e nt l l b e t ot h eb u m e r f i n a l l y ； t h e a d d i n g o x y g e nt u b es i z ew a so p t i i n i z e d b a s e do nt h e s i m u l a t i o nr e s u l t so f1 0 a nm e a g e rc o a lt i n y - o i li g n i t i o nb u m e r ，t h eo p t i m u mo p e r a t i n g p a r 锄e t e r so fb u m i n gs y s t e mw e r eg o ts oa st or a i s et h es u i t a b i l i t ) ro fc o a l t y p e ，w h i c h w i l lc u tt h ec o s to fp o w e rp l a n to p e r a t i o nc o u l db ec u td o w n t h ee n t i r eo u t c o m eo f p 印e rc o u l db eb a s eo ft h eo p t i m u md e s i g no ri m p r o v 锄e n to ft h et i n y - o i li g n i t i o n b u m e r p e n gg u os h e n g ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f f uz h o n g g u a n g k e yw o r d s ：t i n y o i li g n i t i o n ，n u m e r i c a ls i m u i a t i o n ， p u l v e r i z e dc o a lb u r n e r ， o x y g e n - e n r i c h e dc o m b u s t i o n ，m e a g e rc o a l 华北电力大学硕士学位论文 1 1能源现状 第一章绪论弟一早三；酉可匕 目前我国能源需求量持续增长，并且能源发展面临诸多挑战。改革开放以来， 中国经济增长速度很快，g d p 每年增长达9 6 。能源作为驱动经济发展的主要因 素，其消费量也因中国经济的持续快速发展的带动而急剧上升【2 1 。2 0 0 8 年，中国一 次能源总产量为2 6 亿吨标准煤，消费总量为2 8 5 亿吨标准煤，是世界第一大能源 生产国和第二大能源消费国。在能源一次性消费中，煤炭占7 0 2 ，石油占18 4 ， 天然气占3 ，水电占6 6 ，仍然是以煤为主的能源结构。煤炭、石油和天然气等 能源在中国都存在缺口，其中石油供不应求的问题最为突出，与持续膨胀的石油需 求相比，中国的原油自给能力几乎达到了极限，但国际石油市场暂时和局部的供应 短缺，以及油价的异常波动，都将对中国的能源和经济安全造成越来越大的影响和 冲击。 同时，经济增长是电力资源需求增长的主要驱动力，经济增长速度与经济结构 直接影响电力需求增长速度。我国目前电力结构中，火电占较大比例，截至2 0 0 8 年底，火电占总容量7 5 8 7 。火电的直接能量来源是煤和石油，煤的消耗是锅炉燃 烧过程中一直存在的，油的消耗主要在点火阶段和低负荷稳燃过程。煤粉锅炉点火 和稳燃要消耗大量燃油，造成优质燃油的消耗日益增大。据统计【3 】1 2 5 m w 机组锅 炉启动一次需要耗油1 5 吨，而3 0 0 m w 机组启动一次需要耗油1 0 0 吨；一台 6 0 0 m w 机组锅炉点火和助燃的燃料油超过3 0 0 吨，一台3 0 0 m w 机组一年助燃耗 油约1 5 0 0 0 吨。电厂节油已成为国家节能降耗的工作重点，在2 0 0 8 年国务院关 于进一步加强节油节电工作的通知中明确指出“所有火电厂( 包括新建电厂) 燃 煤锅炉都要采用等离子无油、小油枪等微油点火技术和低负荷稳燃技术，降低油 耗一。针对煤粉锅炉，研究和应用无油或微油点火有重要的经济及战略意义。 电煤的生产和运输与用电需求的矛盾越来越突出，已经成为我国当前经济发展 的瓶颈。我国火力发电厂目前大部分都燃用烟煤，由于优质的烟煤价格越来越高， 导致发电成本提高，而火电上网电价体制较复杂，目前价格调整难度较大，电厂的 经济效益下降。因此燃用较便宜的贫煤等低挥发分煤对火电生产具有较大的现实经 济意义【4 1 。 1 2 电站锅炉节油技术 火力发电用油主要用于锅炉点火启动和低负荷稳燃，因此火电锅炉节油主要考 华北电力大学硕士学位论文 虑点火和低负荷稳燃两个方面。目前，已成功研制并应用多种微( 无) 油点火技术 及低负荷稳燃技术。 1 预燃室点火技术【5 l 预燃室点火技术是部分煤粉气流先在预燃室中点燃，然 后由其燃烧产生热量去加热炉膛并最终点燃锅炉的主煤粉流，使其稳定燃烧。这样 用煤粉预燃热量代替了油枪热量，实现了锅炉点火节油。 2 小油枪点火技术【6 】小油枪的容量较小，这是因为与放置在二次风燃烧器中 的油枪相比，小油枪点火技术是将油枪安装在一次风燃烧器中，油枪的发热量全部 用于煤粉气流的加热和点燃。小油枪的投用主要是在锅炉冷启动或者锅炉低负荷稳 燃时，虽然小油枪点火技术还要燃用部分燃油，但它具有较少的改造工作量、较小 的附加阻力、低负荷稳燃、较好的节油效果和安全可靠等优点，有进一步研究的价 值。 3 无油直接点火技术无油点火技术就是彻底不采用燃油点火系统，而代之以 热壁面、电弧、等离子体、激光等热源，点燃煤粉气流，实现锅炉点火和低负荷稳 燃，其中包括：高能电弧无油点火技术、等离子无油直接点火燃烧器【7 】技术等。目 前，由于等离子点火能量较小使其煤种适应性不好，并且日常维护工作量大，等离 子体直接点火技术仍需进行研究和改进【8 】。 4 微油气化燃烧直接点火技术微油气化燃烧直接点燃煤粉技术，主要是通过 雾化燃油燃烧能量先点燃部分煤粉，然后再用这部分煤粉燃烧热量去点燃下级煤 粉，逐渐放大热量分级燃烧。该技术目前是一种比较成熟的技术【9 】，节油率最高可 达9 5 以上。 多年来，国内外在煤粉气流着火与稳燃问题上从基础理论方面【1 0 】【l l 】进行了研 究。在低负荷稳燃技术上，通常是利用回流卷吸高温烟气提高煤粉气流温度，或是 提高区域煤粉浓度使煤粉易于着火且燃烧稳定，使燃烧器达到“三高( 高温、高 煤粉浓度、高氧浓度或适当高氧浓度) ，实现锅炉低负荷运行过程中的稳燃，从而 节约稳燃用油。目前，一系列的新型燃烧器改造技术：钝体、船体、犁型、大速差、 双通道、浓淡燃烧器等，都是基于上述原理【l 2 1 。 1 3 燃烧数值模拟技术 1 3 1燃烧科学的发展 燃烧是一种复杂的流动现象，实际燃烧过程是一个复杂的物理和化学过程，各 种因素都决定着燃料燃烧的效果。从十八世纪拉瓦锡发现氧气之后，人们才真正认 识的燃烧的化学本质。二十世纪开始形成燃烧科学的完整体系，并不断发展【13 1 。发 展到今天，燃烧学的研究分为以下几个阶段1 4 】：基于化学热力学建立了燃烧的热力 2 华北电力大学硕士学位论文 学平衡理论；基于化学动力学观点建立燃烧动态过程理论；湍流燃烧理论；用于研 究燃烧过程和喷气推进技术的化学反应流体力学；计算机技术和激光诊断技术的出 现，使燃烧理论、数值方法、燃烧场的非接触测试技术相结合，使燃烧学有了飞跃 式发展；研究对象实际工程化，逐步形成计算燃烧学【1 4 1 。 1 3 2 燃烧过程数值模拟 计算机的出现促进了燃烧学与数值方法的结合。燃烧过程的数值计算以计算机 为桥梁，把燃烧理论、实验和燃烧器设计三者有机地结合起来，已经形成了较为成 熟的研究内容和研究方法。大致可分为如下内容【1 3 】： 1 构造基本方程和理论模型 数值模拟的第一步是由燃烧过程所遵循的基本规律：质量守恒定律、牛顿第二 定律、能量转换和守恒定律、组分转换和平衡定律等，构造基本守恒方程，即连续 方程、动量方程、能量方程、组分方程等。对于实际的湍流燃烧过程，上述基本方 程通常是不封闭的，人们不得不由物理概念或某些假设出发，提出模拟理论。不同 的模化方法就构成了不同的模型。 需要模化的分过程有：湍流流动、湍流燃烧、辐射换热、多相流动和燃烧等。 对这些分过程的不断改进和发展是数值模拟的一个主要研究方向。 “ 2 数值方法 燃烧过程的控制方程具有数目多、非线性和相互耦合的特点，这就决定了在一 般情况下该方程组不能用解析方法，而只能用数值方法求解。 数值方法主要包括确定边界条件、建立有限差分方程组和制定求解方法等。由 于实际燃烧过程复杂性，在解决这些问题所遇到的困难绝不亚于构造理论模型。 然后就是编写和调试计算机程序和程序的验证及实际应用。 1 3 3 燃烧数值模拟的发展 近些年研究者已普遍采用计算机模拟技术来研究燃烧室内燃烧过程，并对照大 型冷模和实测实验，模拟趋向实用化。以下大致介绍燃烧数值模拟的发展。 燃烧模型的发展和完善阶段开始于二十世纪七十年代及八十年代，其标志是 s p a l d i n g 的湍流燃烧模型【15 1 ，g r o w 等的气固两相模型，p a r t a n k a r 的s i m p l e 算法【1 6 】 的提出。整个系统的燃烧室的模拟方法初步形成于前西德的b e m e c h 【1 7 】及英国的 a b b 鹞和l o c k w o o d 【1 8 】等对于炉内过程不同方面的模拟。 从二十世纪九十年代至今，燃烧模拟逐渐向实际应用发展，如炉内流动燃烧的 三维模拟、传热模型与方法更趋于成熟：d em i c h e l e 等【1 9 】对煤粉燃烧模型和炉内辐 射传热模型的研究；c a n a d e s 等【2 0 1 ，对炉内辐射传热的模拟；p f a i h l s t i e l ， 3 华北电力大学硕士学位论文 d i s e 册a i l l l ，r 【2 1 】对炉内燃烧过程的模拟与控制的研究；a o k i ，h 【2 2 】等对炉内过程的 模拟；s a k a i 【2 3 】等应用二维方法对于煤粉燃烧的研究；文献【2 4 2 8 分别针对燃烧不同 煤种，研究了煤粉炉内流动、稳燃、传热、炭的异相反应、未燃尽炭热损失；文献 2 9 3 0 】分别对稳燃、不同差分格式对于伪扩散的影响、焦炭的燃烧特性进行了研究。 近几年，随着计算机技术的发展，计算流体动力学( c o m p u t a t i o n a lf l u i d d 、，n a n l i c s ，简称c f d ) 软件得到广泛应用。目前应用于燃烧数值模拟的c f d 软件 有：p h o e n i c s 、c f x 、a n s y s ( 2 0 0 6 年收购f l u e n t ) 等s t a r c d 等，模拟内容 涉及涡耗散燃烧模型、非预混燃烧模型、预混燃烧模型、部分预混燃烧模型和火焰 面燃烧模型，详细化学反应和表面化学反应，颗粒和液雾的反应，相关的辐射计算 方法，污染物模拟。针对不同类型的模拟，这些c f d 软件各有特色，可以根据具体 模拟对象有选择地使用。 1 4 课题的提出及主要研究内容 微油点火技术是在等离子点火技术基础上发展的新技术，开发成功约有4 年时 间，目前技术已渐进成熟，节油率在9 5 以上，已成为电站锅炉点火节油改造的主 流技术。然而，一般煤粉微油点火燃烧器的煤种适应性不是很好，尤其对劣质煤及 低挥发分煤种。 本文正是在师兄王志鹏、王明臣研究工作的基础上对华电大通电厂锅炉直流燃 烧器微油点火改造项目采用计算机数值模拟的方法进行继续研究，结合富氧燃烧能 量大和燃烧速度快的特点，针对劣质煤或低挥发分煤种在燃烧器中的燃烧情况对原 微油点火燃烧器进行结构改造和参数设计优化，从而提高节能效果，降低发电成本。 本文的主要研究内容： 1 局部富氧微油点火燃烧器设计。通过模拟计算出最佳加氧量，从而计算出加 氧结构尺寸并确定加氧形式，并计算分析贫煤在原燃烧器富氧燃烧的可行性。 2 结构优化。针对电厂实际运行参数，改变燃烧器各结构参数，模拟贫煤煤粉 气流流动和燃烧，确定优化结构，如加氧结构的位置、角度。 3 参数优化。针对优化结构，模拟分析富氧气流入口速度、氧气浓度和氧气温 度的改变对贫煤煤粉气流的着火影响，确定各影响因素的合理组合，优化燃烧器运 行参数。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章煤粉燃烧理论与节油点火技术 煤粉的燃烧是一个复杂的物理和化学过程，分为着火、燃烧、燃尽三个阶段。 首先煤粉颗粒随输送空气喷入炉膛后，受到炉内火焰的辐射加热与高温回流烟气的 对流换热，水分随温度升高而蒸发掉；随着温度的进一步升高，煤颗粒变软，成为 塑性状态，接近球形，同时析出挥发分；然后挥发分在碳粒外围空间燃烧，形成空 问气相火焰，进一步加热煤粉颗粒；煤粉颗粒在析出挥发分后就变成了高温、多孔 的焦炭颗粒，与气相氧化剂发生气一固两相燃烧，直至燃尽。不同的煤种对应不同 的成分组成，其燃烧特性不尽相同。因此，研究煤的点燃技术，首先应该从煤的成 分和加热、着火过程开始。 2 1 煤的成分及表示方法 煤是由多种有机可燃质、不可燃的无机矿物质( 灰质和灰分) 及水分组成。 1 有机可燃质 煤中的可燃质是多种复杂的高分子有机化合物的混合物。主要包括碳( c ) 、氢 ( h ) 、氧( o ) 、氮( n ) 、硫( s ) 元素的化合物，它们与氧气发生燃烧反应时放出 热量。 ( 1 ) 碳 碳是煤中的主要可燃成分。1 k g 碳完全燃烧释放约3 3 8 5 8 热量。碳元素的着 火点很高，一般煤中的碳含量越高，着火越困难。煤中的碳以与氢、氧、氮、硫组 成有机化合物的状态存在。煤的形成年代愈长，碳元素含量愈高。 ( 2 ) 氢 氢是煤中仅次于碳的可燃成分。1 k g 氢完全燃烧时释放约1 2 5 4 0 0 热量。煤中 含氢量约2 8 ，碳化程度越高，含氢量越低。含碳氢化合物多的煤容易着火， 但含重碳氢化合物多的煤在供氧不足的燃烧过程中燃烧不充分，易形成炭黑，既造 成燃烧损失，又污染大气。 ( 3 ) 氮和氧 煤中氮含量约为1 2 。在高温下氮与氧气发生反应，产生馥或d ，排入 大气后，在光的作用下产生有害气体。但在较低温度( 低于8 0 0 ) 下，氮与氧气 反应生成的崛显著下降，主要呈游离氮气( ) 状态。 氧不仅能燃烧释放热量，但将它列为有机成分，实际上氧为燃料内部杂质。煤 中含氧量随着煤种的不同变化范围很大。地质年代高的煤氧含量低，相反则高。如 无烟煤中含氧1 2 左右，泥煤中含氧高达4 0 。 5 华北电力大学硕士学位论文 ( 4 ) 硫 硫是燃料中最为有害的可燃元素。硫在燃烧后会生成蛾与蹰气体，这些气体 与燃烧产物中的水蒸汽结合，形成对燃烧装置金属表面有严重腐蚀作用的亚硫酸和 硫酸蒸汽，另外排入大气还会形成酸雨。我国煤含硫量大约o 5 3 。 煤中的硫常以三种形式存在，即存在于有机物中的有机硫s 黄铁矿硫最和硫 酸盐硫( 有时有微量的元素硫s ) ，三者合称全硫& 。其中勤、最、最可参与燃 烧放出热量，故计入燃料可燃物质中，称可燃硫母，最，不参与燃烧而计入燃料灰质 之中。我国煤中鼠，很少，可忽略不计，一般可用煤中的全硫分析时测出的罡代表母。 2 灰分与灰质 灰质指煤中的不可燃矿物杂质，它们中一部分在燃料煤的形成过程中混杂进 来，另一部分是在煤的开采、运输和贮存过程中由外界带入的。直接测定灰质含量 比较困难，通常是测定煤在燃烧后形成的固体残渣量。这种残渣被称为灰分，它是 煤在燃烧时，灰质经高温分解和氧化后形成的。因此，灰质和灰分在组成上和数量 上并不相同。 各种煤的灰分含量差别较大，一般为5 5 0 。灰分主要成分为q 彳，q 。 各种氧化铁( 凡d ，d 5 ，如d 4 ) ，c a d ，朋妒及如d ，2 d 等。由于煤的灰 分较高，因此，对其发热量有较大影响，由此而引起的燃烧装置堵塞、磨损、传热 恶化等问题，这给设备的维护与运行增加了困难。煤中的灰分还影响其着火和燃烧。 因此，煤灰分的高低是评价煤质优劣的主要依据。灰分在低温下呈固体状态，当加 热至一定温度时，灰分将会软化并带有粘性，再继续加热将达到熔点，这时灰分将 呈流体状态。 3 水分 水分是煤中的不可燃杂质，煤中的水分含量较高，且碳化程度不同的煤水分含 量差别很大。从技术角度考虑，常将煤中水分m 划分为外在水分与内在水分。外在 水分指煤和空气达到湿度平衡时失去的水分占初始煤重的百分比，它可用自然干燥 的方法去除，且随运输和储存条件变动很大。内在水分指吸附于煤块内部的水分， 它需要在干燥箱中加热到1 0 2 1 0 5 并持续1 2 小时才能去除。至于存在于煤中 矿物杂质内部的结晶水，则计入前述的化合氢中，它需加热的更高的温度才能去除， 因其含量很少，分析时一般不予考虑。 即使同一种煤，由于所处的条件不同，其中各种成分质量百分数也不同。煤中 的元素成分有几种表示方法： 1 收到基或应用基成分( 以下角标a r 表示) 以炉前煤试样( 粒径3 1 3 m m ) 质量为基数，各成分用质量百分数表示的成分 称煤的收到基成分。进行煤的燃烧产物计算时要求用煤的收到基成分数据。 2 空气干燥基或分析基成分( 以下角标a d 表示) 6 华北电力大学硕士学位论文 以实验室条件( 2 0 摄氏度，相对湿度6 0 ) 下自然风干的煤粉试样( 粒径小于 o 2 衄) 质量为基数，各成分分别用质量百分数表示的成分称为煤的空气干燥基成 分( 或称分析基) 。进行煤的元素分析、工业分析以及发热量等测定时，其试样要 求用煤的空气干燥基试样。 3 干燥基成分( 以下角标d 表示) 以在烘箱中( 1 0 2 1 0 5 摄氏度) 烘干后失去全部水分( 外部水分及内部水分) 的煤粉试样( 粒径小于0 2 i l u n ) 质量为基数，各成分分别用质量百分数表示的成分 称为干燥基成分。它表征了煤的稳定成分，故可利用此成分对不同煤的质量进行比 较。 4 干燥无灰基或可燃基成分( 以下角标d a f 表示) 以不计入水分、灰分煤的质量为基数，各成分分别用质量百分数表示的成分称 为干燥无灰基。 较强薹缸 图2 1燃料各种基成分间的关系 如图2 1 ，在进行煤燃烧计算时，常需在各种基成分之间进行换算，则可利用 煤中各种基成分间的关系进行换算【3 1 1 。 2 2 煤粉的燃烧 2 2 1 煤粉的点燃 点燃是指依靠外加能量，使可燃混合物着火的过程。点燃的过程大致为：首先 用具有较高能量的外部能源去接触可燃混合物，使之在靠近外部能源传入部分先行 发生强烈反应而着火，形成局部火焰，然后再由此局部火焰点燃临近的可燃混合物， 这样依次进行下去，最后使整个可燃混合物全部着火。以下就煤粉点燃常用的火焰 点燃方式介绍点燃原理。 7 华北电力大学硕士学位论文 图2 2火焰点燃的物理模型图2 3 初始火焰与传播火焰示意图 火焰点燃的物理模型可抽象为热射流点燃。如图2 2 所示，设由直径为赢的圆 筒中射出一股高温燃烧产物，其温度为，速度为“。，而周围的环境为可燃混合物， 它的温度、速度分别为露和砜，他们之间的温度比瓦 磊i o 瓦m 瓦1 2 煤粉细度较小时，由于煤粉颗粒相对表面积较大，点火初始阶段吸热较多温度水平 较低。但在燃烧稳定后，大部分细煤粉由于初始已被加热到较高温度，能快速燃烧 和剧烈反应，混合气流温度上升较快，并有利于完全稳定燃烧。相对细煤粉，粗煤 粉着火比较靠后，开始阶段由于受热表面积相对小，吸热量也就少，温度迅速上升 到一个较高值，但到后续燃烧时，由于粗煤粒受热温升小，其燃烧不稳定，温度甚 至呈下降趋势，如o 1 2 n h n 煤粉细度对应燃烧温度曲线。 0 3 5 0 3 0 2 5 c 0 2 o _ o 幡 芷o 1 5 0 1 0 0 5 0 00 20 40 60 811 21 4 d i s t a n c e ( m ) 图5 - 6 轴向c o 、c 0 2 、0 2 浓度随煤粉细度变化曲线 由前面温度排序可见，在此燃烧器及工况下并不是煤粉越细其对应温度越高， 以下就o 0 4 m m 和o 0 8 m m 两个细度对应燃烧做简要分析。煤粉越细，其越容易点 燃，很快达到较高的温度水平，同时由于细煤粉比表面积大，热量又被很快吸收。 此外，煤粉颗粒温度升高析出挥发分后，在高温环境下，c 0 2 与c 反应生成大量c o ， 而这个过程要吸收较多热量。如图5 6 ，燃烧初始阶段，o 0 4 m m 对应c 0 2 浓度高于 0 0 8 m m 对应c 0 2 的浓度，在二次燃烧室入口位置( 6 0 0 m m ) 开始，由于细煤粉吸 热析出挥发分及c 0 2 与c 在高温环境下吸热反应，其生成的c o 浓度也高于o 0 8 m m e n 华北电力大学硕士学位论文 对应的c o 浓度，也正由此，其对应后部温度水平较低。 5 2 3 一次风速对燃烧的影响 在一般煤粉燃烧器中，增大一次风速也就是增大一次风量，便相应增大着火热， 将使着火延迟；减小次风量，会显著降低着火热，但是一次风量又不能过低，否 则会由于煤粉着火燃烧初始阶段得不到足够的氧气，阻碍着火燃烧的继续扩展。另 外，一次风量还要满足输粉的要求，否则会造成煤粉堵塞。因此，对应于一种煤种， 有一个最佳一次风速。 保持基本工况参数及煤粉流量不变，将速度从1 4 州s 递增到2 2 l s ，进行模拟 计算，来分析研究一次风速对本燃烧器基本工况参数下燃烧的影响。 2 4 0 0 2 2 0 0 2 0 0 0 1 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 0 0 20 4 0 6 0 81 d i s t a n c e ( m ) 图5 7 轴向温度分布随一次风速变化曲线 图5 7 显示了各一次风速下燃烧的轴向温度曲线，从中可以看出各一次风速下 的燃烧器中后部温度差别极小。这是由于为保证燃烧负荷，模拟中设定煤粉质量流 量不变，而本燃烧器中的加氧结构给低一次风速后部燃烧提供了相对充足的氧气， 使煤粉燃烧能充分进行，同时由于第一次风速进入空气量少，如1 4 n l s ，其对应的 5 l y苗-13哥-jicieo卜 华北电力大学硕士学位论文 温度水平还稍高于高一次风速对应燃烧温度水平。 由模拟结果分析可以发现，若一次风速过高，则通过单位截面积的流量增大， 势必降低煤粉气流的加热速度，使着火距离加长，如图中随着速度增加，对应着火 距离逐渐后移。但一次风速过低，煤粉燃烧得到充分发展，会造成燃烧器内部高温 使燃烧器喷口被烧坏，并且燃烧器出口火焰刚度较弱，不利于后续炉膛的继续燃烧。 结合本燃烧器结构及燃烧煤种，合理一次风速选定在1 9 州s 2 0 m s 左右。 5 2 4 燃油流量对燃烧的影响 在微油点火燃烧器中，燃油流量对应点火初始能量。为了节油，当然是燃油流 量越小越好。本节模拟就是基于燃烧器一般负荷下，研究其燃油流量对燃烧的影响。 工况参数中基本参数不变，调整燃油流量分别为：8 0 k g h ，9 0 k g i l ，1 1 0 k g i l ，1 1 5 k g l l 和1 2 5 k g l l 。 y o l 了 _ 日 l e 卜 d i s t a n c e ( m ) 图5 8 轴向温度分布随燃油流量变化曲线 燃油流量过低，如8 0 k h ，其油火焰能量开始不能点燃足够多的煤粉，点火能 量不足，不利于燃烧器充分燃烧，总体温度水平较低。燃油流量越大，进入燃烧器 5 2 华北电力大学硕士学位论文 的点火能量越大，有利于煤粉点火初始阶段的加热，使其着火提前。如图5 8 中随 燃油流量增加，煤粉气流温度升高提前，高温环境对煤粉的点火及稳定燃烧极为有 利。但是燃油流量过高也不好，原因有三点。一是，燃油流量大，油火焰进入燃烧 器速度也高，容易吹淡燃烧器中心燃烧区域煤粉浓度，同时降低该区域氧气浓度， 加上流速高使煤粉燃烧时间短，都会降低燃烧中心区域温度水平，如1 2 5 k g h 燃油 流量对应轴向后部温度水平还略低于低燃油流量燃烧温度水平；二是，煤粉会过早 着火，在尺寸较小的一次燃烧室形成过高的温度，对煤粉燃烧器安全运行不利，易 造成一次室管壁超温；三是，由于一次室为渐扩结构，过高燃油流量的油火焰在燃 烧器中部形成高速射流，使一次室出口壁面附近区域流速过低，易在一次燃烧室出 口区域内壁结焦。 5 3 本章小结 本章主要对针对贫煤的富氧微油点火燃烧器的各运行参数对燃烧的影响进行 模拟计算，并对计算结果研究分析，得出各运行参数的较佳范围。 ( 1 ) 对影响加氧量的各参数模拟，包括富氧气流中氧含量、气流温度和速度， 从经济性和实用性的角度出发得到个参数较佳运行范围。富氧气流中氧浓度越高越 好，在实际运行中，尽可能采用高浓度氧气；由于气体质量与其温度、压力和体积 的关系，加氧温度在3 5 0 k 左右对应燃烧较好；加氧入口速度为5 0 n 1 s 左右，能很 好满足煤粉燃烧需氧。 ( 2 ) 对贫煤煤粉的各参数及燃油流量进行模拟研究，得到煤粉浓度、煤粉细 度、一次风速和燃油流量的优化运行范围。煤粉浓度是影响煤粉燃烧的主要因素， 煤粉浓度过低对应煤粉量少，煤粉浓度过高对应空气量少，得到o 4 0 k g k g 的煤粉 浓度较优于其他浓度的贫煤在本燃烧器燃烧。煤粉细度对应煤粉平均粒径越大，着 火越迟，越小对应初始阶段吸热量越大，综合磨煤机能耗，o 0 8 姗的煤粉细度是 较合理的。在含加氧结构的本燃烧器中，一次风速过快使着火不稳，过慢使燃烧器 内温度过高或堵粉，不利燃烧器稳定与安全，合理一次风速选定在1 9 l 彬s 2 0 i “s 左右。燃油流量增加，煤粉气流着火供热增加，煤粉气流能稳定点