四角切圆燃煤锅炉不同燃尽风量下的燃烧特性数值模拟

四角切圆燃煤锅炉不同燃尽风量下的燃
烧特性数值模拟
摘要：用某一燃煤锅炉四角切圆燃烧方式进行实验，以燃尽风的不同风量和不同的鼓风形式做实验得到模拟数据，把模拟数据与实地测量到的数据结果比对，证实了模型的精确性。

通过模型测得的数据说明锅炉中的煤燃烧时，其中的气温平均分布，火苗位置居中，几乎不会倾斜；当负载固定时，加大炉膛内燃烧后期单独送入的热风，有助于减少释放出来的一氧化氮；当4台功率高的粉碎煤炭的机器同时工作时，要尽可能调大鼓入热风的上面的开口，加速降低一氧化碳的排出量，但是灰烬之中碳含量的百分比和燃煤粉末燃烧彻底时的比例都变化不大；而当有3台功率低的粉碎煤炭的机器工作时，确保炉膛内燃烧后期单独送入的热风固定时，就要尽可能打开偏下的鼓风开口，这样不但可以保持一氧化氮的低排出量，还能保持锅炉燃烧时的工作效能。

关键词:四角切圆燃煤锅炉;燃尽风;燃烧特性;数值模拟
引言：某一燃煤锅炉以四角切圆燃烧形式，使用两套燃尽风配置方式，而且该热风和主要的燃烧区域相隔距离太大，促使了空气发生了分级。

当煤炉工作时，煤炭粉末燃烧完的比例降低、灰烬之中碳含量的百分比上升，这些状况都会对煤炉燃烧造成不小的影响。

该文章模拟数据的方式，解析不一样的功率之下炉膛内燃烧后期单独送入热风的配置对整个锅炉燃烧效率的作用，得到此热风配置的改善法则，保持氮氧化物释放量较小的前提下尽可能增大煤炉燃烧的效益，为发电厂工作效率的提升做出贡献，同时可以给全国类别相同的燃煤锅炉优化献出一份力。

1锅炉概况
实验模型是一30万千瓦机组的四角切圆燃煤锅炉。

四个角的燃烧器则为两个分组，一上一下，总共分布16层喷口。

下组的是主要的燃烧区，上组的是燃
尽风的调风器所占的区域，该区也有上、下两组这样两个配置，一共4层燃尽风的喷口：上、下两组分别配置2层燃尽风喷口，上组的是上级燃尽风，下组的是下级燃尽风；上面两层喷口是制粉系统的三次风喷口，而其余夹在燃烧器中间的都是二次风喷口，这就是锅炉的一个整体结构。

2数学模型与模拟结果及分析
2.1数学模型
在整个试验中，用重整化群理论推导的湍流模型去模仿空气中的不规则流动状态、粒子随意分配通道模仿各不相同的煤炭粉末的运动方式，煤炭燃烧则用动力学的调控反应速度，模型，而燃烧释放热量用圆周率控制算式来算，煤炭粉末燃烧生成的氮氧化物则可以用热力模型的氮氧化物模拟。

使用第一阶层的鼓风方式去计算离散型数据，第一次鼓风和第二次都使用开口边界的质量评估条件。

对燃烧器的主体做出适合的简便改造，它的品质和进风出风的数量则可以由改造数据等去计算出来。

2.2数据模拟结果及验证
由实地工况测量出来的数据和模仿拟定的数据对比来看，模仿拟定出的结果与是定测量出的数据差异比较小，其匹配度高达90%。

因此可见，本模型能够比较准确地模仿拟定这个煤炉其中的流传性、气温和燃烧传导热量的性质。

2.2.1速度场和温度场分布
进行了现场模拟后，可得出燃尽风效率各不相同时，锅炉内的气温都很匀称，没有发现较大幅度的火苗倾斜和喷墙结果；冷水炉壁旁边的气温低，产生温度较高而侵蚀的几率不高。

当炉膛内燃烧后期送入热风效率提升时，煤炉主要燃烧区的氧气含量逐渐减少，每层燃烧器的射入速率和主要燃烧区的气温都会降低，但降低的较少。

以过热器开口气温替代锅炉壁的开口烟气温度的特殊数据，由其逐渐改变状况可知，运行功率不变时，燃烧彻底的热风含量变大，炉壁喷烟气温亦会升高；功率减小时，锅炉出烟气温逐渐降低；当锅炉满负载时，燃烧彻底的热风总含量
一定，上一级燃烧彻底风的占比越大，锅炉开口烟气温度越升高，然而差异并不大；当功率减小时，燃烧彻底的热风含量一定，停止鼓入上一级燃烧彻底热风比停止鼓入下一极燃烧彻底热风的锅炉开口烟气气温高，可是总体上说，当时的烟气气温依旧不高，所以过热器发生温度较高而被侵蚀的几率也不大。

2.2.2组分浓度场
进一步实验可得出，当功率、入风总量一定的前提下，燃尽风效率加大，锅炉内主要燃烧区超量空气系数变小，其内的氧气总含量会大幅度减小，但煤炭粉末燃烧不彻底的比例变大，一氧化碳的含量也会增大。

在大功率的运行时，由整个实验来看，氧气的含量和燃烧彻底的空气含量是正比关系。

因为下一极燃尽风最早进入炉内，当下一极的入风含量比较小时，一氧化碳在该时间段内的含量占比较大；然而当上一级热风鼓入时，一氧化碳的含量快速降低。

当小功率运行时，工作的一次风燃烧器距离热风出口越大，空气中的分层越大，太高的燃尽风含量或许会促使主要燃烧区煤炭粉末粒子的不彻底燃烧，最后会促进锅炉中喷出灰烬中碳含量的升高。

对于氧气和一氧化碳的改变情况，当锅炉满负载时，燃烧彻底的热风比例升高，最后锅炉开口氧气含量和一氧化碳含量都会逐渐增大，由此可见，燃烧彻底的热风含量升高，促使炉中气体分层程度更大，则出口的燃烧不彻底的成分更多。

锅炉负载较低时，如果要保证燃烧彻底热风的输送，尽可能运送下一极热风，这样一来，煤炭粉末的燃烧也会更彻底。

2.2.3炉膛出口参数
不同工作状况下，锅炉出口参数表明，燃烧彻底的热风占比增大，开口的氮氧化物含量会急剧下降，根据设置的工作状况，氮氧化物的含量有一个固定的范围，该文章模仿拟定的工作状况和现实燃烧实验所得的结果都符合要求。

比对满负载时上、下级燃烧彻底热风含量配置的工作状况可得，锅炉总体燃烧效益和结果相似，灰烬中碳含量占比、煤炭粉末燃尽率排放指标水准相近，而提升上级燃烧彻底热风含量，氮氧化物含量依然会降低，故在高负载下4台煤炭粉碎机器工作时，要尽可能增大上级入风口的打开程度。

与此相反的，在低负载3台煤炭粉
碎机器工作时，要停止上级入风口的运送，保证下级燃尽风的运输，或者把一些该热风转换到还原风开口，来预防因气体分层过大使得煤炉燃烧效益下降。

3实际运行结果
把模仿拟定的最终数据与实地操作结合，就可以得出规律。

功率较大，应加大上一组燃烧彻底热风，其效益改变幅度不大，而氮氧化物含量减少幅度大；功率较小，停止输送上一组燃烧彻底的热风，出口灰烬之中碳含量减少幅度大，锅炉工作效率也大幅度提升。

所以，数据的模仿拟定对现实的煤炉工作有很大的助益，也可为同一类别煤炉提供参考。

结语：使用数据模仿拟定的方法对该燃煤锅炉进行解析，可以得出：
（1）模仿拟定效果和现实试验所得数据相一致，锅炉开口中氧气含量占比、灰烬中碳含量占比、氮氧化物含量占比以及炉壁气温等的差异都不大，都不足百分之十；炉壁气温都很匀称，没有明显的火苗倾斜的情况。

（2）燃尽风总含量一定，上级风占比越大，炉壁开口烟气所含热量就越大；低负载时停止上级燃尽风，过热器因气温高而被侵蚀的几率就会降低。

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