电厂锅炉燃烧模拟

11电厂锅炉燃烧模拟在我国以煤为主要燃料的电厂锅炉,不仅造成了能源利用弊端,而且对环境也造成了格外恶劣的影响.使用高效、清洁的天燃气锅炉可有效地解决这一问题.以燃烧化石燃料为主的电力生产过程排放的CO2量超过CO2排放总量的30%,已经成为最大的CO2排放源,但鉴于多方面因素的影响,化石燃料在能源构造中的主导地位将会维持相当长的时间,因此,操纵和减缓电力生产过程中CO2的排放对于削减温室气体的排放具有重要的理论和现实意义.承受富氧燃烧技术,即O2/CO2燃烧技术,就可以使燃烧后产生的烟气中CO2含量到达95%以上,可直接将烟气液化回收处理.富氧燃烧技术不仅能使分别和收集CO2简洁进展,还能大幅削减NOx的排放量.随着助燃气体中氧气浓度的增加,可提高锅炉效率,是一种能综合操纵污染物排放的型干净节能燃烧技术.炉和富氧燃烧技术两者的优点,有可能取得良好的效果.目前,自然气富氧燃烧方面的争论主要集中于O2/N2气的燃烧方面.Qiu和Hyden等人觉察,当氧气浓度增加到28%时,能节约22%的燃气,且富氧条件下能产生强劲的火焰.甲烷燃烧条件下,当氧气浓度增加到100%时,熄火拉伸率(extinctionstrinrte上.Wu等人觉察,在传热试验中传热效率增加了536%,炉膛在温度固定条件下的燃料消耗量削减261%.较高的氧气浓度可以获得较高的火焰温度.随着氧气浓度的增加,NOx的排放量也随之增加.烟气中二氧化碳的含量也随氧气浓度直线增加.此外,随着氧气浓度的增加,温度分布逐步变得不均匀,这是由于对流换热系数发生了转变.本文XX应用数值分析的方法,以某电厂325MW自然气锅炉为争论对象,争论富氧燃烧条件下,氧气体积分数对炉内燃烧特性的影响.模型与边界条件我们所争论的锅炉为某电厂325MW塔式箱形自然气锅炉,为亚临界自然循环,承受一次中间再热.燃烧方式为前后墙对冲燃烧,燃料为自然气.燃烧器布置在炉膛水冷壁的前、后墙上,承受旋流燃烧器,共24只,前后墙各12只.一次风在燃料着火之前与之混合,二次风是燃烧器主要供风局部.同一燃烧器的二次风及分级风旋转方向一样,相邻及相对两个燃烧器的二次风及分级风旋转方向均相反.锅炉的主要额定参数:主蒸汽流量1065t/h;主蒸汽压力174MP540℃;再热蒸汽流量8828t/h;再热蒸汽进/出口压力366/346MP;再热蒸汽进/出口温度324/540℃;给水温度271℃.自然气成分:N2为014%;H2S为00039%;CO2为997%;C3H8362%;C4H101007%;C5H12015%;41987kJ/m3.由于计算模型为三维,对模型的XX格划分大局部承受了六面体XX格,为了增加计算精度,燃烧器区域的XX格承受嵌套技术进展划分,XX格分布相对其他区域较为密集.XX格总数为62万个.XX格示意图见图1.湍流模型承受标准k-ε模型,燃烧计算承受涡团耗散模型,由于炉内热量传递90%来自于辐射换热,因此,炉膛壁面热负荷只考虑辐射换热,辐射模型为P1模型.燃烧器喷口设置为速度入口,烟气出口设置为自由出口.本文分别针对传统燃烧方式及O2/CO2比例为21%~40%共计9个工况进展模拟计算,具体工况划分见表1.一次风无旋流,二次风旋流数为10,分级风旋流数为05.保持一二次风率不变.旋流数为衡量旋转射流的旋流强度的参数,其物理意义为角动量的轴向通量与轴向动力的轴向通量之比值,旋流数的表达式为n=M/(KR0)(1)式中:R0为喷嘴半径,m;M为角动量的轴向通量;K为轴向动量.其表达式分别为射流某截面上的切向分速度,m/s;p为静压力,MPρ为流体密度,kg/m3.无视静压沿半径方向的变化,可得到旋流数的近似计算公式传统燃烧方式下的温度分布通过模拟计算得到了传统燃烧方式下的炉内温度分布状况.图2为传统燃烧方式下的炉膛温度等值线图,可以看出炉膛中间局部形成1899K以上的高温区域,由中间向左右侧墙方向上温度渐渐降低,左右墙受热根本对称,火焰布满度较好.在经过水平布置的屏式过热器和再热器之后,烟气温度有明显下降,并趋于均匀.富氧燃烧方式下的温度分布通过对富氧条件下的炉内燃烧过程进展数值计算,得到不同氧气浓度下的炉内温度分布及壁面热负荷分布状况.图3为氧气浓度分别为21%、25%、29%、35%时的炉内温度场分布状况.可以看出,随着氧气浓度的增加,整个炉膛的高温区分布趋于集中,并且在燃烧器四周的温度梯度增大,燃烧器喷口四周的温度也呈上升趋势.同时高温区域距离炉膛前后墙的距离越来越近,当氧气29%时,后墙底层燃烧器四周的高温火焰产生了贴壁燃烧的现象,会使局部水冷壁温度过高,增加爆管的几率.氧气浓度的增大使得燃料燃烧速度加快,燃烧器区域温度上升幅度较大,因此,本文对燃烧器所在截面温度进展了比照.由图4中可以看出,随着氧气浓度的增加,每层燃烧器所在的截面平均温度值都呈上升趋势,但各层截面温度上升速度各有不同,但增幅都在300K以上.在氧气浓度为29氧气浓度小于27%时,底层燃烧器所在截面温度最低,中间层燃27%时,转变为顶层燃烧器所在截面温度最低,中间层燃烧器所在截面温度最高.这是由于随着助燃气体中氧气浓度的提高,高温区域趋于集中,烟气在上的截面上烟气的辐射换热损失大于燃烧产生的热量,造成了烟气上升过程中温度降低的现象.为了对富氧燃烧条件下炉膛内的火焰布满度随氧气浓度的增加而转变的趋势进展争论,本文选取了顶层燃烧器的两条直线上的温度分布进展考察.选取顶层燃烧器所在横截面的前后对称轴及右侧其次对燃烧器所在轴线作为争论对象.两条直线位置如图5所示,line-1和line-2分别为顶层燃烧器所在截面的中心线,取各中心线上50个温度点,计算相邻之间温度之差.Xline-1,Yline-2,每条线上等距离取50个点,可得出这些点温度值的方差.图6为两条所考察的直线上由图6中可以看出,line-1上的温度方差大于line-2,说明在该截面上YX着氧气浓度的增加,line-1上的温度方差增大趋势较为明显,line-2Y温度分布均匀度影响较大,而对X方向温度分布的均匀度影响比较小.随着氧气浓度的增大line-1上的方差也增大,说明随着氧气浓度的增加,Y方向上的温度分布均匀性越来越差,由此推断火焰布满度也越来越也差.图7为炉膛烟气出口温度随氧气浓度变化曲线.由图7中可以看出,随着氧气浓度的增加,曲线整体呈下降趋势.但在氧气浓度为27%和35%处,消灭小幅波动.曲线中最大值与最小值相差只有20K左右,相差不大.图8为各截面平均温度值比照.通过对不同氧气浓度下沿炉膛高度方向的截面平均温度分析可以得出,当助燃气体中氧气浓度为25%时,各截面平均温度的分布与传统燃烧方式下的分布几乎全都.结论通过数值模拟,对电厂自然气锅炉的炉内燃过程进展计算分析,并对应用富氧燃烧技术时炉燃烧过程进展模拟争论,对炉内温度分布状况进比照分析,从而得出自然气锅炉富氧燃烧特性.富氧燃烧方式下随着氧气浓度的增大,整个膛的高