国产300MW单炉膛循环流化床锅炉部分运行条件的模拟与优化

摘要

循环流化床锅炉具有燃料适应性广、污染物排放低、高效节能等优点,成为众多洁净煤技术中最有优势的技术之一,目前正向着大型化、高参数发展。福建Ⅱ类无烟煤属于劣质煤,其使用情况一直受到煤种难燃的限制,也直接影响到了福建当地的经济发展。目前,使用循环流化床锅炉燃用福建Ⅱ类无烟煤已得到越来越多的应用。
　　 循环流化床锅炉燃用福建Ⅱ类无烟煤也存在细颗粒燃烧不充分、飞灰可燃物含量高这一突出问题,其中一个重要原因是二次风射流穿透性差,炉内中心区域存在一个细颗粒无法充分燃烧的贫氧区；细颗粒在炉膛内的停留时间低于燃烧总时间导致无法燃尽也是一个重要因素。
　　 研究问题的方法有理论研究、实验研究和模拟研究三种方法。模拟研究具有投资少、时间快、考虑问题全面等优点受到重视。本文针对国产300MW燃用福建Ⅱ类无烟煤单炉膛循环流化床锅炉,采用数值模拟软件FLUENT和编程软件VB,对该循环流化床锅炉的部分运行条件进行了模拟与优化。
　　 本文通过定量描述二次风射流在气固两相流中的射流深度来反映二次风的穿透性。对额定工况下的二次风射流深度进行了模拟。研究发现,当二次风速度衰减到初始入射速度的1％时,射流并未能到达炉膛中心区域。因此有必要采取措施提高二次风的穿透性,以改善炉膛中心区域的供氧情况,提高福建Ⅱ类无烟煤细颗粒的燃尽程度。
　　 模拟得到了流化风量、上下层二次风量等运行参数对二次风射流深度的影响规律,根据单因素模拟结果,为现场运行提供以下建议:减小流化速度可以增加射流深度,但为了保证锅炉能安全运行,流化风速度不得小于锅炉的最小流化速度；上层二次风可以设定一个比较大的值,但最大值不要超过60m／s；颗粒浓度的增大会削弱二次风的穿透性,这在下层表现得尤为明显；可以适当减小下二次风的比例。
　　 运用正交试验工况设计方法进行额定工况运行条件的模拟,研究发现了在多因素综合影响条件下,上层二次风量是射流穿透性的最明显影响因素,并提出了优化建议:可将过量空气系数控制在1.2～1.25之间,将上二次风的速度调整在41m／s～49m／s之间。
　　 利用FLUENT流场计算和VB编程相结合的方法,计算了粒径为30μm～120μm无烟煤细颗粒在炉膛内的一次性停留时间分布。研究发现,极小粒径的无烟煤细颗粒停留时间大于燃烧总时间；流化速度是影响细颗粒在炉膛内停留时间的重要因素,适当降低流化速度,会有利于福建无烟煤细颗粒在循环流化床锅炉中的燃尽。
　　 本文还分别对射流深度模型和停留时间模型的可靠性进行了验证,证明了模型的合理性。