林海翔, 趙有生,2, 楊 茉, 陸廷康 , 戴正華
(1.上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200093; 2.上海斯耐迪工程咨詢(xún)有限公司,上海200233;3.上海市浦東新區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所,上海 200136)
燃燒器對(duì)沖布置330 MW煤粉爐配風(fēng)數(shù)值研究
林海翔1, 趙有生1,2, 楊 茉1, 陸廷康3, 戴正華3
(1.上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200093; 2.上海斯耐迪工程咨詢(xún)有限公司,上海200233;3.上海市浦東新區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所,上海 200136)
針對(duì)燃燒器對(duì)沖布置的330 MW煤粉鍋爐爐膛內(nèi)的低氮燃燒問(wèn)題,建立了三維物理計(jì)算模型,采用數(shù)值模擬的方法,研究其在180 MW負(fù)荷條件下,主燃區(qū)風(fēng)量配比和燃盡層風(fēng)量占比對(duì)NOx生成的影響規(guī)律.模擬結(jié)果顯示:當(dāng)主燃區(qū)A,D層風(fēng)量配比αA/αD和M,N層燃盡層風(fēng)量占比β增大時(shí),NOx的生成趨勢(shì)線(xiàn)不是線(xiàn)性單調(diào)變化的,而是具有最優(yōu)工況.在本文所給出的計(jì)算條件下的最優(yōu)工況參數(shù)是:M,N層燃盡層風(fēng)量占比為24%,主燃區(qū)A,D層風(fēng)量配比為0.78/0.8.此工況對(duì)比之前工況NOx生成量降低了約20%.
煤粉鍋爐; 主燃區(qū)風(fēng)量; NOx排放; 分離燃盡風(fēng)
我國(guó)大氣污染物NOx的主要來(lái)源之一是電站鍋爐煤粉的燃燒排放物.目前燃煤電廠(chǎng)為了降低NOx排放,一般采用在尾部增加脫硝裝置的后處理法.盡管此方法效果較好,但是,設(shè)備和運(yùn)行的成本較高.而作為低氮燃燒技術(shù)之一的空氣分級(jí)燃燒技術(shù),通過(guò)優(yōu)化爐內(nèi)燃燒配風(fēng)來(lái)降低NOx的生成,將問(wèn)題解決在源頭,效果很好.這種分級(jí)燃燒技術(shù)雖然不能解決全部問(wèn)題,但顯著降低了爐膛出口的NOx生成量,從而降低了后處理的成本.目前,分級(jí)燃燒技術(shù)在我國(guó)廣泛采用,其中存在的問(wèn)題是如何匹配燃盡層和主燃區(qū)的風(fēng)量比例,以使NOx生成量最少.特別是目前許多電廠(chǎng)都在比較低的負(fù)荷下運(yùn)行,對(duì)不同的爐型在不同負(fù)荷運(yùn)行時(shí)如何匹配主燃區(qū)各層風(fēng)量和燃盡層風(fēng)量使NOx的生成量最小,是需要研究的問(wèn)題.
研究330 MW燃燒器對(duì)沖布置鍋爐在180 MW運(yùn)行時(shí),燃盡層風(fēng)量占比和主燃區(qū)各層風(fēng)量配比對(duì)低氮燃燒的影響規(guī)律,探尋最優(yōu)的燃燒工況條件,使NOx的生成量相對(duì)較小,為鍋爐的實(shí)際運(yùn)行提供參考.
燃盡層風(fēng)量占比和主燃區(qū)各層風(fēng)量配比對(duì)NOx生成影響已有不少報(bào)道.馬侖等[1]對(duì)W型600 MW火焰爐拱上主燃區(qū)各層二次風(fēng)風(fēng)量配比的研究表明,燃燒器各層二次風(fēng)風(fēng)量配比的變化對(duì)鍋爐的溫度、燃燒充滿(mǎn)度及NOx的生成均有較大的影響.宋景慧等[2]從燃燒器對(duì)沖布置的660 MW煤粉鍋爐運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中得出:為了保障鍋爐安全運(yùn)行,燃盡層風(fēng)量應(yīng)占總風(fēng)量的23% ~30%.劉亞明等[3]對(duì)燃燒器對(duì)沖布置的600 MW煤粉鍋爐進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明:隨著燃盡層風(fēng)量占比的增大,NOx排放量逐漸降低;從鍋爐安全運(yùn)行角度來(lái)考慮,當(dāng)燃盡層風(fēng)量占比為30% 時(shí),NOx排放綜合指數(shù)最佳.程懷志等[4]對(duì)低氮改造后的燃燒器對(duì)沖布置的350 MW煤粉鍋爐進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,增大燃盡層風(fēng)量,既能降低NOx的生成量,又能使得爐內(nèi)溫度分布均勻,還可以在一定程度上緩解結(jié)焦?fàn)顩r.
以上關(guān)于燃盡層風(fēng)量和主燃區(qū)各層風(fēng)量的變化對(duì)NOx生成的影響,往往只側(cè)重某一方面因素對(duì)NOx生成的影響,而忽略了燃盡層風(fēng)量占比和主燃區(qū)各層風(fēng)量配比的相互作用對(duì)NOx生成的影響,且對(duì)330 MW額定負(fù)荷的燃燒器對(duì)沖煤粉鍋爐研究尚少.
本文以某電廠(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行在50% ~ 60%額定負(fù)荷下的實(shí)際情況,研究了330 MW鍋爐在180 MW工況下NOx的生成規(guī)律,目的是尋找到一個(gè)最佳的燃燒方案,使得爐內(nèi)NOx生成量達(dá)到相對(duì)最低.
1.1 物理模型
參照某電廠(chǎng)燃燒器對(duì)沖布置的300 MW亞臨界燃煤鍋爐的實(shí)際尺寸,并參考文獻(xiàn)[5-6]中關(guān)于非線(xiàn)性問(wèn)題對(duì)數(shù)值計(jì)算的影響,爐膛采用全尺度建立三維物理模型,如圖1所示.鍋爐本體尺寸為48.5 m×13.8 m×12.3 m ,選取爐膛yz截面作為數(shù)值結(jié)果顯示的研究截面.前墻燃燒噴口SOFA風(fēng)口從下至上分別為B,D,C,N層;后墻由下至上依次為A,E,M層.其中,A,B層布置為DRB-4ZTM燃燒器,C,D,E層為新型的AirejetTM型燃燒器,M,N層為分離燃盡風(fēng)(SOFA)燃燒器,如圖2所示(見(jiàn)下頁(yè)).主燃煤為淮南煙煤,煤質(zhì)的化學(xué)分析數(shù)據(jù)如表1所示.
圖1 鍋爐的物理模型Fig.1 Physical model of the boiler
1.2 數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法
采用SIMPLEC算法,運(yùn)用商業(yè)軟件Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬.雖然近些年學(xué)者們發(fā)展了一些新的算法[7-9],但是,這些新算法應(yīng)用于鍋爐爐膛燃燒這種較為復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算尚不成熟和有效.文獻(xiàn)[10-13]的研究表明,采用SIMPLE系列算法和商業(yè)軟件Fluent能夠有效地對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行數(shù)值模擬.
圖2 鍋爐前后墻燃燒器布置圖Fig.2 Combustion burners arrangement of the boiler wall表1 煤質(zhì)的化學(xué)分析Tab.1 Chemical analysis of the coal quality
CdafHdafOdafNdafSdaf81.335.011.421.30.95
daf:干燥無(wú)灰基
本文的數(shù)值模擬方法:氣相湍流采用混合分?jǐn)?shù)概率密度函數(shù)(Mixture-Reaction/PDF)燃燒模型模擬非預(yù)混;焦炭燃燒采用擴(kuò)散動(dòng)力控制燃燒模型;選用以熱流法為基礎(chǔ)的P1輻射模型來(lái)模擬爐內(nèi)的輻射傳熱過(guò)程;采用隨機(jī)軌道模型跟蹤煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡,模擬爐內(nèi)燃燒.湍流模型選Realizationk-ε雙方程模型.k為湍流脈動(dòng)能,ε為湍流脈動(dòng)能的耗散率.
k-ε雙方程模型通用方程式為
(1)
式中:Γφ為輸運(yùn)系數(shù);Γφ=μ/σφ;σφ為湍流普朗特?cái)?shù);μ為動(dòng)力黏度;Sφ為用戶(hù)定義源項(xiàng);φ為任一計(jì)算變量;ρ為物體密度;u,v,w分別為x,y,z方向的速度.
NOx生成模型的選擇:由于燃煤鍋爐的快速型NOx生成量非常小,可忽略不計(jì),故只考慮熱力型NOx和燃料型NOx的生成.其中,熱力型NOx由空氣中的氮與氧在較高溫度下反應(yīng)生成,該反應(yīng)一般在1 500 ℃以上進(jìn)行,其生成量與溫度、高溫區(qū)停留時(shí)間以及氧的分壓有關(guān),可用擴(kuò)展的Zeldovich機(jī)理描述[14].燃料型NOx為煤中的有機(jī)氮氧化生成,生成量與溫度關(guān)系不大,生成溫度低于熱力型,但與氧的濃度關(guān)系較密切,煤粉與空氣的混合過(guò)程對(duì)其有顯著影響,燃料型NOx生成可采用De Soete模型[15].計(jì)算假定揮發(fā)分熱解中間產(chǎn)物為90%的HCN 與10%的NH3,且在整個(gè)NOx計(jì)算過(guò)程中考慮湍流流場(chǎng)溫度的脈動(dòng)以及氧原子的脈動(dòng)對(duì)NOx生成的影響.
邊界條件:鍋爐壁面采用無(wú)滑移、無(wú)滲透條件.爐膛壁溫根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分段給出:冷灰斗區(qū)域685 K,主燃區(qū)690 K,SOFA區(qū)域690 K,屏式過(guò)熱器區(qū)域690 K,屏式過(guò)熱器壁面為710 K.假定爐膛出口狀態(tài)為出口平面的充分發(fā)展流,鍋爐計(jì)算域出口邊界采用壓力出口,設(shè)值為表壓-450 Pa.煤粉的直徑分布遵循Rosin-Rammler分布,最小直徑10 μm,最大直徑300 μm,平均直徑61.5 μm.
網(wǎng)格條件:采用專(zhuān)業(yè)軟件ICEM對(duì)物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,根據(jù)所建模型的特點(diǎn),將整個(gè)計(jì)算域分割為5個(gè)區(qū)域,依次劃分網(wǎng)格,分別為冷灰斗區(qū)、主燃區(qū)、SOFA風(fēng)區(qū)、屏式過(guò)熱器區(qū)和爐膛出口水平煙道區(qū)域.網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化的六面體網(wǎng)格,主燃區(qū)和SOFA風(fēng)區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行局部加密,并且對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行了無(wú)關(guān)性驗(yàn)證,最終總網(wǎng)格數(shù)確定為230萬(wàn).網(wǎng)格切面圖如圖3所示.
1.3 計(jì)算工況
以180 MW負(fù)荷為計(jì)算負(fù)荷.總過(guò)量空氣系數(shù)為1.2,一次風(fēng)溫度為350 K,二次風(fēng)溫度為540 K.根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值,設(shè)定一次風(fēng)與煤粉質(zhì)量比為2.5.A,B層前、后墻燃燒器風(fēng)量配比大小相同,M,N層前、后墻燃燒器風(fēng)量大小也相同,C,E層燃燒器只有冷卻二次風(fēng).因?yàn)?研究負(fù)荷只在A(yíng),B,D層輸送煤粉,且A,B層風(fēng)量大小相同,所以,主燃區(qū)分量配比優(yōu)化只需計(jì)算A,D層的風(fēng)量配比.風(fēng)量分配方法為:在保持某一燃盡層風(fēng)量占比不變的條件下,主燃區(qū)采用二分法來(lái)分配主燃區(qū)A,D層風(fēng)量大小,即在保持主燃區(qū)內(nèi)某一層燃燒器風(fēng)量不變的條件下,改變另一層燃燒器風(fēng)量的大小.根據(jù)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,
圖3 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of mesh
選取β的范圍為20% ~30%.具體計(jì)算工況如表2所示.A,D層煤粉燃燒實(shí)際風(fēng)量比用αA/αD表示,αA,αD為A層、D層煤粉燃燒實(shí)際風(fēng)量與A層、D層煤粉燃燒理論燃燒風(fēng)量的比值;燃盡層風(fēng)量占比用β代表,β為M,N層實(shí)際燃盡層風(fēng)量與鍋爐燃燒實(shí)際總風(fēng)量的比值.
2.1 主燃區(qū)風(fēng)量配比對(duì)爐內(nèi)燃燒溫度分布的影響
圖4給出了鍋爐在180 MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí),在αD不變而αA變化的條件下,爐內(nèi)x=0截面的溫度云圖.圖5(見(jiàn)下頁(yè))為相應(yīng)條件下,x=0截面的平均溫度T沿爐膛高度H的變化情況.圖6(見(jiàn)下頁(yè))為z=8.36 截面的速度矢量圖.
表2 數(shù)值計(jì)算參數(shù)Tab.2 Calculation condition
圖4 x=0截面不同工況溫度云圖Fig.4 Temperature contour under different working conditions at x=0
從圖4 ~ 6中可以看出:當(dāng)αA較小時(shí),爐內(nèi)高溫區(qū)域主要分為兩部分,分別為A,B層爐膛區(qū)域和C,D,E層爐膛區(qū)域.A,B層爐膛區(qū)域高溫分布范圍較小,而C,D,E層爐膛區(qū)域高溫分布范圍較廣.在燃盡層風(fēng)量區(qū)域溫度梯度變化較大,與其他兩種工況相比,此區(qū)域平均溫度較高.由于燃燒器的旋流作用,流場(chǎng)分布呈現(xiàn)一種較強(qiáng)的卷吸現(xiàn)象,在此區(qū)域高溫分布范圍較廣,高溫區(qū)域出現(xiàn)一種 “上漂”的現(xiàn)象.當(dāng)αA變大以后,高溫分布范圍開(kāi)始向爐內(nèi)中下層區(qū)域集中,在D,E層與A,B層之間溫度梯度變化較大,最高溫度在下層燃燒器附近.燃盡層風(fēng)量層平均溫度較之前工況有所降低,且最低溫度比之前工況低.當(dāng)αA進(jìn)一步變大之后,燃燒器附近平均溫度逐漸變大,且燃燒器附近高溫的分布范圍逐漸變大.可以看出,在燃盡層溫度梯度變化非常小,平均溫度也較低.
從以上分析可以得出,主燃區(qū)A,D層風(fēng)量配比變化對(duì)爐膛溫度影響明顯,隨著風(fēng)量比值的不斷增大,爐內(nèi)高溫區(qū)域由上部區(qū)域向下部區(qū)域移動(dòng),上部平均溫度逐漸降低,底部主燃區(qū)溫度逐漸增高.
圖5 x=0不同工況平均溫度沿爐膛高度的變化Fig.5 Change of average temperature along the furnace height under different workinng conditions at x=0
圖6 z=8.36 速度矢量圖Fig.6 z=8.36 velocity vector diagram
2.2 燃盡層風(fēng)量占比對(duì)爐內(nèi)燃燒氣體還原和氧化性氛圍的影響
圖7為爐內(nèi)煤粉燃燒主要產(chǎn)物參數(shù)沿爐膛高度方向的變化情況.從圖7可以看出:NO在10~25 m區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)一種類(lèi)似M型的下降趨勢(shì),在25 m后,NO急劇增加,最終趨于一個(gè)穩(wěn)定的波動(dòng)區(qū)間.且爐內(nèi)燃燒隨著β值變化,氣體氛圍有以下特點(diǎn):
圖7 不同工況下主要生成物參數(shù)的變化Fig.7 Change of main parameters under different working conditions
當(dāng)β最大時(shí),在10~25 m內(nèi)CO的體積分?jǐn)?shù)和其他工況相比是最高的,且在這區(qū)間O2的體積分?jǐn)?shù)是最低的.由空氣分級(jí)燃燒原理可知,此區(qū)域處于一個(gè)較強(qiáng)的還原性氣氛條件.當(dāng)高度增加到25 m左右時(shí),由于D,E層和燃盡層煤粉進(jìn)一步燃燒,CO體積分?jǐn)?shù)降低到趨于0,說(shuō)明此區(qū)域燃燒較為強(qiáng)烈,氣體處于較強(qiáng)的氧化性氣氛條件.
當(dāng)β最小時(shí),底部燃燒器的過(guò)量空氣系數(shù)較大,大部分的CO被燃盡,所以,對(duì)比其他工況氣體處于相對(duì)較強(qiáng)的氧化性條件,此區(qū)間處于CO體積分?jǐn)?shù)較低而O2體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高的條件,燃盡層風(fēng)量層O2體積分?jǐn)?shù)相對(duì)最高,氣體還原性較差.
當(dāng)β為最優(yōu)值時(shí),由于主燃區(qū)A,D層風(fēng)量配比較為合理,底層區(qū)域CO的體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高,氣體處在一個(gè)較強(qiáng)的還原性氣氛條件中.燃盡層風(fēng)量過(guò)量空氣系數(shù)也較為合理,尾部氣體氧化性不是十分強(qiáng)烈.
2.3 NOx生成影響分析
圖8為不同燃盡層風(fēng)量條件下NOx的變化情況.從圖8可以看出:當(dāng)保持A層或D層風(fēng)量不變時(shí),燃盡層風(fēng)量占比對(duì)NOx生成的影響.隨著燃盡層風(fēng)量的減小,NOx生成先下降后上升,具有最小值.根據(jù)爐內(nèi)溫度變化和氣體氧化還原條件對(duì)NOx生成的影響進(jìn)行綜合分析可知,當(dāng)燃盡層風(fēng)量較大且αA/αD比值較小時(shí),煤粉在底部A,B層燃燒器區(qū)域的燃燒不夠充分,造成CO體積分?jǐn)?shù)較高而O2濃度較低,所以,此區(qū)域處于一個(gè)富燃料低氧的還原性氣氛條件,使得此區(qū)域的NOx生成量較小.大部分未燃盡的顆粒繼續(xù)在D層和M,N附近充分燃燒,且由于燃燒器的旋流作用,在此區(qū)域高溫影響范圍較廣.由于此區(qū)域CO體積分?jǐn)?shù)降到幾乎為0,氣體處于較強(qiáng)的氧化性氣氛條件下.由于上部燃燒環(huán)境對(duì)NOx生成影響很大,溫度和燃燒氣體氣氛條件共同作用使得此工況NOx生成量較大.
當(dāng)燃盡層風(fēng)量降低而αA/αD比值進(jìn)一步增大時(shí),煤粉顆粒逐漸在鍋爐中下部燃燒,底層區(qū)域的CO體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高,氣體處于一個(gè)較強(qiáng)的還原性氣氛條件,所以,底層區(qū)域的NOx生成量相對(duì)較小.且未燃盡顆粒相對(duì)較少,上部區(qū)域氧化性不是很強(qiáng),NOx生成量相對(duì)較小.燃盡層風(fēng)量過(guò)量空氣系數(shù)也較小,尾部氣體燃燒氧化性不是十分強(qiáng)烈.最終使得NOx生成量較少.
當(dāng)燃盡層風(fēng)量最小而αA/αD比值最大時(shí),由于底部空氣過(guò)量空氣系數(shù)較大,造成主燃區(qū)域處于富氧、富燃料的狀態(tài).最終CO的體積分?jǐn)?shù)較低,相對(duì)于其他工況,此區(qū)間氣體的氧化性條件較強(qiáng),NOx生成量相對(duì)較高.在燃盡層風(fēng)量層由于沒(méi)有采用低氮燃燒器,氣體還原性較差,綜合作用使得此工況的NOx生成量一直保持很大的值.
圖8 不同燃盡層風(fēng)量條件下NOx 變化Fig.8 Change of NOx under different conditions of SOFA
針對(duì)某燃燒器對(duì)沖煤粉鍋爐,抽象出一個(gè)三維物理模型,基于煤粉空氣分級(jí)燃燒機(jī)理,通過(guò)數(shù)值模擬方法研究爐膛內(nèi)的NOx生成規(guī)律,并尋求一個(gè)最佳的燃燒條件.并與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果符合較好.本文主要結(jié)論如下:
a. 隨著主燃區(qū)A,D層風(fēng)量αA/αD的增大,高溫分布范圍逐漸向爐膛中下部移動(dòng),底部平均溫度逐漸升高,尾部平均溫度逐漸降低.當(dāng)高溫分布范圍在爐膛上部時(shí),NOx生成量較大.最終NOx生成量隨著αA/αD值的增大呈現(xiàn)類(lèi)似拋物線(xiàn)狀.
b. 模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明,當(dāng)燃盡層風(fēng)量占比β在24%左右,且主燃區(qū)A,D層風(fēng)量配比αA/αD=0.78/0.8左右時(shí),爐內(nèi)氣體處于一個(gè)較好燃燒還原性氣氛條件.在此條件下,鍋爐NOx生成量較低,鍋爐效率也相對(duì)較高,NOx生成有最低值,此工況條件為最優(yōu)低氮燃燒條件.
c. 對(duì)于燃燒器對(duì)沖燃煤鍋爐,采用數(shù)值模擬方法,基于空氣分級(jí)燃燒技術(shù),通過(guò)優(yōu)化主燃區(qū)風(fēng)量配比和燃盡層風(fēng)量占比,NOx生成量可以比未優(yōu)化前降低10%~20%,模擬和實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)都證實(shí)這點(diǎn).表明數(shù)值模擬可以為鍋爐低氮燃燒提供一個(gè)最佳的燃燒方案.
[1] 馬侖,方慶艷,張成,等.600 MW W型火焰鍋爐拱上二次風(fēng)低NOx燃燒特性的數(shù)值模擬及優(yōu)化[J].燃燒科學(xué)與技術(shù),2016, 22(1):64-70.
[2] 宋景慧,李兵臣,李德波,等.不同燃盡風(fēng)風(fēng)量對(duì)爐內(nèi)燃燒影響的數(shù)值模擬[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2014,34(3):176-181.
[3] 劉亞明,李方勇,徐齊勝,等.600 MW對(duì)沖燃燒鍋爐NOx排放特性的數(shù)值模擬[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2015,35(5):341-347.
[4] 程懷志,文雷,宋正昶.350 MW煤粉鍋爐低氮燃燒改造與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2015,35(9):704-708.
[5] 王慧,楊茉,王治云,等.對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)鍋爐爐膛內(nèi)非對(duì)稱(chēng)流動(dòng)機(jī)理分析[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2013,34(11):2162-2165.
[6] 劉麗娜,楊茉,王治云,等.擴(kuò)縮通道內(nèi)流動(dòng)和換熱非線(xiàn)性特性的數(shù)值模擬[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(5):440-444.
[7] LI Z,YANG M,ZHANG Y W.Hybrid lattice Boltzmann and finite volume method for natural convection[J].Journal of Thermophysics and Heat Transfer,2014,28(1):68-77.
[8] LI Z,YANG M,ZHANG Y W.A coupled lattice Boltzmann and finite volume method for natural convection simulation[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2014,70:864-874.
[9] LI Z,YANG M,ZHANG Y W.Hybrid lattice Boltzmann and finite volume methods for fluid flow problems[J].International Journal for Multiscale Computational Engineering,2014,12(3):177-192.
[10] YANG M,SHEN Y Y,XU H T,et al.Numerical investigation of the nonlinear flow characteristics in an ultra-supercritical utility boiler furnace[J].Applied Thermal Engineering,2015,88:237-247.
[11] 沈云羿,楊茉,徐洪濤,等.塔式鍋爐爐膛煙氣側(cè)熱偏差機(jī)理的數(shù)值研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2015,36(10):2178-2182.
[12] 王慧,楊茉,王治云,等.對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)鍋爐爐膛內(nèi)非對(duì)稱(chēng)流動(dòng)機(jī)理分析[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2013,34(11):2162-2165.
[13] 劉文華,楊茉,李崢,等.200MW燃煤爐分級(jí)燃燒及NOx減排的數(shù)值研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2016,37(12):2590-2593.
[14] HILL S C,SMOOT L D.Modeling of nitrogen oxides formation and destruction in combustion systems[J].Progress in Energy and Combustion Science,2000,26(4/5/6):417-458.
[15] DE SOETE G G.Overall reaction rates of NO and N2formation from fuel nitrogen[J].Symposium (International) on Combustion,1975,15(1):1093-1102.
(編輯:石 瑛)
Numerical Study on the Air Distribution for a 330 MW Pulverized Coal Fired Boiler with Oppose-Firing Arrangement
LIN Haixiang1, ZHAO Yousheng1,2, YANG Mo1, LU Tingkang3, DAI Zhenhua3
(1.SchoolofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China;2.ShanghaiSnerdiEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Shanghai200233,China;3.ShanghaiPudongNewAreaSpecialEquipmentSupervisionandInspectionInstitute,Shanghai200136,China)
The effect of the ratio of secondary air to separated overfired air (SOFA) on the generation of NOxin a 330 MW oppose-firing coal fired boiler under 180 MW low load condition was investigated by numerical method.The results show that the NOxgeneration is not a linear function of the main combustion zone air ratioαA/αDand SOFAβ; it presents a parabolic shape and has an optimal value.The other parameters variation curves in the furnace have a similar trend.When the SOFA accounts for about 24% of the total volume and the main combustion zone air ratio is aboutαA/αD=0.78/0.8,the NOxproduction can be reduced by about 20% compared with other operation conditions.
pulverizedcoalfiredboiler;maincombustionzoneairvolume;NOxemissions;separatedoverfiredair
1007-6735(2017)03-0210-07
10.13255/j.cnki.jusst.2017.03.002
2017-01-15
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51476103);上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目(14ZZ134);上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局公益科研項(xiàng)目(2012-12,2012-41)
林海翔(1988-),男,碩士研究生.研究方向:流動(dòng)和傳熱的數(shù)值計(jì)算.E-mail:xhlin1216@sina.cn
楊 茉(1958-),教授.研究方向:流動(dòng)和傳熱的數(shù)值計(jì)算.E-mail:yangm@usst.edu.cn
TK 124
A