W型火焰鍋爐燃燒檢測與優(yōu)化研究.pdf

1、發(fā)展W型火焰鍋爐高效低NOx的燃燒技術，優(yōu)化爐內燃燒，是我國低揮發(fā)分煤的燃燒利用中一個急需解決的重要課題。詳細的試驗檢測和準確的燃燒過程數值模擬是正確分析爐內的煤粉燃燒過程，揭示爐內NOx的生成機理，準確把握不同因素對爐內燃燒特性的影響的關鍵，能夠為爐內的燃燒優(yōu)化和發(fā)展新型W型火焰鍋爐高效低NOx燃燒技術提供指導和依據。本文通過基于圖像處理的燃燒檢測技術對W型火焰鍋爐內的燃燒進行檢測，并對爐內燃燒過程進行詳細的數值模擬分析，研究了優(yōu)化爐

2、內燃燒的技術，并在電站鍋爐上通過改造進行了實踐。本文的主要研究內容如下:
　　 W型火焰鍋爐燃燒過程的檢測研究。通過使用基于圖像處理的爐內燃燒過程檢測技術，對FosterWheeler(FW)技術W型300MW和600MW級的鍋爐進行檢測。對一臺300MW級W型火焰鍋爐進行了沿爐膛高度方向的溫度和火焰發(fā)射率的檢測，得到了爐內火焰溫度和發(fā)射率沿爐膛高度方向上分布的主要規(guī)律。對一臺600MW級W型火焰鍋爐進行三維溫度場重建的研究，并

3、將三維重建溫度分布的信息與采用便攜式圖像溫度檢測系統(tǒng)以及紅外高溫計的檢測結果進行了比較，結果顯示檢測結果的差別在10％以內，表明檢測結果的可靠性。檢測結果表明W型火焰鍋爐目前存在的飛灰含碳量高，NOx排放超標等問題與實際燃燒過程中火焰中心偏上，煤粉停留時間不足，爐內空氣分級燃燒不足有直接關系。
　　 對FW技術的W型火焰鍋爐燃燒過程進行數值模擬研究并提出一種提高NOx預測準確性的方法。通過建立適合W型火焰鍋爐特點的貼體網格，采用

4、Computational Fluid Dynamics(CFD)方法對一臺310MWW型火焰鍋爐內的燃燒過程進行了模擬，得到了典型的爐內溫度分布，速度場和顆粒軌跡等，并通過將模擬得到流場和沿爐膛高度方向的溫度分布結果與試驗結果進行對比，表明了模擬方法和結果的可靠性。以此為基礎分析了目前爐內燃燒中存在的一些主要問題和原因。通過將CFD燃燒過程模擬得到燃燒器出口的升溫曲線，結合具有氮釋放預測能力的化學滲透脫揮發(fā)分(Chemical Per

5、colation Devolatilization)CPD模型，計算得到煤粉在燃燒過程中揮發(fā)分氮和焦炭氮的比例，以及揮發(fā)分中NOx的前驅物HCN和NH3的份額。用這些參數取代傳統(tǒng)的經驗參數，取得了對NOx生成的預測的更高精度。
　　 在以上研究的基礎上，對四種不同運行條件下的W型火焰鍋爐燃燒優(yōu)化開展了數值模擬研究。通過CFD數值模擬結合現場燃燒調整試驗，研究了乏氣比例的調整、C風(油槍風)比例調整和混煤摻燒方式調整對爐內燃燒過程

6、和NOx排放的影響。研究不同燃燒調整方式對動量比、煤粉著火、火焰下沖深度、煤粉燃盡和NOx排放的影響，給出了優(yōu)化運行的指導意見。由于常規(guī)的燃燒優(yōu)化方式不能從根本上解決爐內空氣分級不足造成NOx排放高的問題，通過數值模擬研究拱上燃盡風的實施方案，指出在拱上實施高速燃盡風，能夠在保證煤粉燃盡的同時有效降低NOx排放。
　　 由于常規(guī)的燃燒優(yōu)化方式對W型火焰鍋爐的高效低NOx運行只能起到有限的作用，而且往往難以兼顧穩(wěn)燃、高效和低NOx

7、燃燒的要求，所以研究了在F層二次風風箱中加入下傾的導流葉片，使得占二次風60-70％的F風以一個下傾的角度進入下爐膛，從而改進爐內的燃燒。該技術可以在不改變拱上動量的情況下，增加向下/水平動量比，還能通過下傾的二次風對下行的一次風起到引射作用，這樣可以保證主要的二次風不會直接水平沖擊下沖的煤粉氣流，使得二次風逐漸沿一次風火焰行程補充氧量，有利于延長火焰行程，擴大下爐膛還原區(qū)，有利于煤粉燃盡和降低NOx排放。通過燃燒過程數值模擬優(yōu)化F層二