國內(nèi)W型 火焰 鍋爐研究現(xiàn)狀

1、國內(nèi)W型 火焰 鍋爐研究現(xiàn)狀W型火焰鍋爐是由美國FW公司首創(chuàng)，后經(jīng)法國Stein公司和日本HIT·FW公司等不斷完善而發(fā)展起來的新型鍋爐，綜合了強(qiáng)化無煙煤燃燒的各種措施-延長火焰、分級送風(fēng)、煤粉濃縮、敷設(shè)衛(wèi)燃帶等-非常適合于燃燒無煙煤，在西方是燃燒劣質(zhì)煤尤其是低揮發(fā)分劣質(zhì)煤的典型鍋爐燃燒技術(shù)，由于它脫胎于早期的U型火焰鍋爐，故又稱為雙U型或頂部燃燒方式鍋爐。上世紀(jì)80年代W型火焰燃燒技術(shù)引入我國，現(xiàn)已成為我國燃用低揮發(fā)份煤應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。已經(jīng)投用的有50余臺，主要為300MW等級，也有幾臺600MW機(jī)組。制造廠家?guī)缀鹾w了世界范圍內(nèi)生產(chǎn)W型火焰電站鍋爐的所有鍋爐廠，包括北京F

2、W公司(中美合資),法國STEIN公司,英國MBEL公司(英巴)，加拿大BW公司和我國東方鍋爐廠(引進(jìn)美國FW公司技術(shù))。我國是世界上唯一的擁有如此多不同類型的W型火焰電站鍋爐的國家，也是應(yīng)用W型火焰鍋爐經(jīng)驗(yàn)最多的國家。國內(nèi)許多高校都對W型火焰鍋爐燃燒技術(shù)進(jìn)行了研究。西安交通大學(xué)西安交通大學(xué)從上世紀(jì)80年代末就展開了對W型火焰鍋爐爐內(nèi)流場的試驗(yàn)研究，總結(jié)了大量研究經(jīng)驗(yàn)和方法。1992年，張文宏發(fā)表W型火焰鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場的實(shí)驗(yàn)研究，對石家莊上安電廠引用加拿大BW技術(shù)的350MWW型火焰鍋爐展開實(shí)驗(yàn)研究。搭建冷態(tài)單相試驗(yàn)臺時(shí)采用了燃燒器矯形方法，對燃燒器部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，并利用熱線風(fēng)速儀測量

3、了爐膛內(nèi)的二維流場。研究了不同拱上風(fēng)與前后墻風(fēng)動(dòng)量比、不同拱上風(fēng)入射角度、不同前后墻風(fēng)入射角度以及不同幾何爐型對爐內(nèi)流場分布的影響規(guī)律。不考慮實(shí)際過量空氣量要求理論認(rèn)為:拱上風(fēng)與前后墻側(cè)風(fēng)動(dòng)量比越大越有利于煤粉的著火和燃燒。對前后墻側(cè)風(fēng)大小對爐內(nèi)流場的影響作了定性描述，重點(diǎn)提出配風(fēng)的"對稱"的問題，而其角度變化對流場影響不大。實(shí)驗(yàn)選取前后墻風(fēng)水平入射和偏離水平方向45度，結(jié)果相差無幾。最終認(rèn)為:下部爐膛幾何尺寸設(shè)計(jì)的正確行是燃燒迅猛與不結(jié)渣的重要保障。本文試驗(yàn)的?；冗^小，為1:60、1:65、1:75，這加大了壁面效應(yīng)的影響，但研究方法很有開創(chuàng)性。1995年，魏小林發(fā)表W

4、型火焰鍋爐冷態(tài)模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算，其研究對象為FW公司生產(chǎn)300MWW型火焰鍋爐。采用冷態(tài)單相試驗(yàn)，利用熱線風(fēng)速儀測量流場，并輔以數(shù)值計(jì)算研究。分析試驗(yàn)結(jié)果時(shí)定義了折算速度、充滿度等參數(shù)的計(jì)算方法。這些參數(shù)為研究W型火焰鍋爐提供了良好的方法。數(shù)值計(jì)算采用Simple算法，交錯(cuò)網(wǎng)格。對于冷灰斗和上爐膛等不重要部分簡化為二維通道，以減少計(jì)算量。但與下爐膛的三維網(wǎng)格如何連接并未詳細(xì)說明，且網(wǎng)格粗糙，數(shù)目較少。計(jì)算結(jié)果對比兩個(gè)工況，分析了主氣流最大速度的衰減規(guī)律，以及湍動(dòng)能及其耗散率的變化情況。2000年左右，車剛、何立明等對珞璜電廠引進(jìn)的法國Stein公司的360MWW型火焰鍋爐進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究

5、。研究延續(xù)了冷態(tài)單相試驗(yàn)方法，利用熱線風(fēng)速儀測量流場。針對不同配風(fēng)，不同膛喉口面積，有無折焰角，以及應(yīng)用折焰角時(shí)不同燃燒器布置角等對爐內(nèi)速度、充滿度等參數(shù)的變化以及喉口的速度偏差進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。但研究燃燒器布置的角度變化僅在6度范圍內(nèi)，因此還有進(jìn)一步研究空間。浙江大學(xué)1995年，樊建人等發(fā)表W型火焰煤粉鍋爐爐內(nèi)燃燒過程及污染物生成的數(shù)值模擬，針對一臺300MWW型火焰鍋爐爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)展開數(shù)值計(jì)算研究。研究僅安排了滿負(fù)荷和50%負(fù)荷兩個(gè)工況，但對于模型的選取過程很有參考價(jià)值。本文采用k-E雙方程湍流模型來模擬氣相湍流輸運(yùn)，用EBU模型為模擬氣相湍流燃燒，使用Monte-Carlo方法計(jì)算輻射

6、換熱，煤粉的水份蒸發(fā)采用擴(kuò)散模型，對于煤的揮發(fā)份的熱分解，采用了傅維標(biāo)的通用反應(yīng)模型，對于顆粒的湍流擴(kuò)散采用了脈動(dòng)頻譜隨機(jī)顆粒軌道模型，對焦碳的燃燒采用了擴(kuò)散動(dòng)力反應(yīng)模型。清華大學(xué)1995年，孫保民等針對上安電廠一臺加拿大Babcock公司生產(chǎn)的350MWW型火焰鍋爐進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。文中對流場初值采用一維流的處理方法，簡化計(jì)算提高通用性，并比較了幾種不同的差分格式。2006年，張海、呂俊復(fù)等發(fā)表W型火焰鍋爐燃燒問題的分析和解決方法:對國內(nèi)菏澤、珞璜、上安、鴨河口等電站的300MW級W型火焰鍋爐運(yùn)行狀況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)普遍存在煤粉燃盡度差，結(jié)渣情況嚴(yán)重，NOx生成量大，火焰偏燒以及水冷壁腐蝕等

7、問題。分析認(rèn)為存在這些燃燒問題主要原因是:1、為了便于著火穩(wěn)燃和燃盡,設(shè)計(jì)時(shí)在下爐膛的垂直區(qū)段基本上都敷設(shè)衛(wèi)燃帶,使主燃燒區(qū)處于"準(zhǔn)絕熱燃燒狀態(tài)",爐膛溫度很高。過高的爐膛溫度是引起爐膛結(jié)渣和NOx排放值增加的根本原因。2、濃淡分離雖然有利于著火和穩(wěn)燃，但風(fēng)粉配合不好，引起濃股所在局部區(qū)氧量供應(yīng)不足，造成高溫腐蝕或燃燒反應(yīng)不完全而使飛灰和大渣含碳量增加，也使火焰拖長，引起過熱器超溫。3、為保證無煙煤、貧煤的及時(shí)著火，一次風(fēng)率選得較低，二次風(fēng)噴口又設(shè)計(jì)過分狹窄，三次風(fēng)速又提不上去(僅20mPs)，因而，一、二、三次風(fēng)可用的原始動(dòng)量被無效地節(jié)流損失掉，使下爐膛燃燒過程中一、二、

8、三次風(fēng)間的相互混合較差，造成在上爐膛火焰上升過程中，煤粉和氣流處于"弱湍流狀態(tài)"。燃燒反應(yīng)很弱，甚至二、三次風(fēng)短路，從而使飛灰含碳量增加，特別在空氣系數(shù)減少時(shí)更是如此。4、煤質(zhì)變化和煤粉細(xì)度不符合設(shè)計(jì)要求也是造成燃燒問題的一個(gè)重要因素。這一問題對大多數(shù)進(jìn)口鍋爐或使用國外技術(shù)制造的各類鍋爐普遍存在。并提分析了應(yīng)用富集型燃燒器解決上述問題的可能性。山東大學(xué)2006年郭玉泉以英國MBEL公司生產(chǎn)菏澤2×300MW及聊城2×600MWW型火焰鍋爐為研究對象，采用熱態(tài)試驗(yàn)方法，在機(jī)組上加裝測點(diǎn)，搜集了大量關(guān)于氧量、煙溫、近壁煙氣氣氛等參數(shù)的數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)以下問題并分析

9、了原因:1、兩機(jī)組均存在燃盡度差的問題，分析原因在于煤粉細(xì)度不夠高，應(yīng)改善磨煤機(jī)性能。2、對于結(jié)渣問題提出選用灰熔點(diǎn)高的煤種。3、對于NOx生成問題提出減少衛(wèi)燃帶。本文工業(yè)數(shù)據(jù)豐富，分析得當(dāng)，也發(fā)現(xiàn)了NOx生成、飛灰含碳與結(jié)焦相制約的問題，但沒能很好地解決。太原理工大學(xué)2006年，車丹在其碩士論文W型火焰鍋爐燃燒特性的研究中對FW公司生產(chǎn)陽城電廠6×350MW機(jī)組出現(xiàn)的燃燒問題，引入"高溫空氣燃燒技術(shù)"，提出用"煤粉濃縮預(yù)熱低NOx燃燒器"技術(shù)解決燃燒不穩(wěn)定、飛灰可燃物含量高、爐內(nèi)結(jié)渣、NOx排放量高等問題。并在中試爐上進(jìn)行了熱臺試驗(yàn)，但并沒等

10、被電廠采納。華北電力大學(xué)2000年朱志強(qiáng)在碩士論文W型火焰燃燒室燃燒過程及污染物生成的數(shù)值模擬中以陽泉二電廠1號爐為研究對象，使用Fortran90語言編制程序進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，主要分析縱向溫度、速度、氧氣濃度和NOx的分布情況。重點(diǎn)分析了NOx的生成。但計(jì)算結(jié)果-爐膛出口NOx濃度為370mg/kg，值得懷疑。潘朝紅、王忠渠、周立輝等對W型火焰鍋爐的熱力計(jì)算進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為:鍋爐容量越大，爐膛截面上溫度場越不均勻，而水冷壁的吸熱量在相當(dāng)大的程度上取決于爐膛四周的溫度，這與熱力計(jì)算所需的爐膛平均溫度相差較大。結(jié)合前蘇聯(lián)杜卜斯基和卜勞赫提出的修正方法選用GWBasic、Fortran90等計(jì)算機(jī)

11、語言進(jìn)行編程，對熱力計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證。并計(jì)算出實(shí)際火焰中心高度X。2005年張江平發(fā)表碩士論文W型火焰鍋爐爐內(nèi)過程的數(shù)值模擬，對北海電廠2號爐-英國BW生產(chǎn)300MW機(jī)組，采用爐內(nèi)過程全模擬的方法，應(yīng)用FLUENT軟件對爐內(nèi)冷熱態(tài)工況下的速度場、溫度場、組分場進(jìn)行了分析。對流動(dòng)模型、兩相流模型、熱輻射模型、揮發(fā)分析出模型、氣相湍流燃燒、焦炭燃燒反應(yīng)模型的選取進(jìn)行了比較說明。并指出了正確調(diào)整外二次風(fēng)的重要性。哈爾濱工業(yè)大學(xué)2005年，高原在其碩士論文1025t/hW型火焰鍋爐氣固流動(dòng)特性的數(shù)值模擬研究中針對東方鍋爐廠引進(jìn)美國福斯特·惠勒公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的1025t/hW型火焰鍋爐進(jìn)行了爐內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬。對比了不同配風(fēng)方式對流場的影響。并分析了有無喉口、去掉原來的乏氣噴口，將油槍周圍的大孔作為乏氣噴口、以及主噴口與乏氣噴口位置后等結(jié)構(gòu)變化的影響。任楓等采用IFA300熱線風(fēng)速儀,對陽泉2#爐進(jìn)行了冷態(tài)單相試驗(yàn)，研究不同配風(fēng)以及交換主氣流和乏氣噴口位置、將有槍周圍設(shè)置為乏氣噴口等工況下的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場。利用PHOENICS軟件進(jìn)行了燃燒模擬，以及利用FLUENT軟件詳細(xì)進(jìn)行了不同配風(fēng)方式，不同F(xiàn)層二次風(fēng)入射角度對爐內(nèi)流場影響的研究，并對陽泉第二電廠2號爐進(jìn)行了F層二次風(fēng)25