超(超)临界机组锅炉燃烧特性试验与优化研究

摘要

超(超)临界机组由于主／再热蒸汽参数提高,机组热效率比国内现有平均水平明显提高,且具有显著的节能和改善环境的效果。未来火电建设将主要是发展高效率、高参数的超临界(SC)和超超临界(USC)火电机组。由于国内技术引进后对国内煤源问题考虑不充分,由此导致了锅炉恶性结渣和燃烧不稳定等问题。另外,锅炉原设计为燃油点火,技术引进后为了节省用油,将燃烧器改为无油点火和燃油点火共用,需要对超(超)临界机组锅炉进行燃烧优化。论文以此为研究背景进行燃烧特性试验与优化方案的研究,主要内容如下。
　　 通过数值模拟试验对600MW超临界LNASB燃烧器旋流燃烧锅炉进行了预测,通过实际工业试验进行了验证和分析。以解决锅炉恶性结焦为出发点,研究了旋流强度及二次风量对燃烧器热态温度场、空气动力场分布的影响;研究了燃烧器给粉方式、二次风变化对炉膛内部Nox生成的影响,对燃烧器原始结构和各改进方案空气动力场、温度场和Nox生成特性进行了对比和分析。
　　 采用数值模拟试验和实际工业试验相结合的方式,对一台1000MW超超临界机组HT-NR3燃烧器对冲旋流燃烧锅炉燃烧不稳定现象进行了研究,研究了燃烧器一、二次风口形状对燃烧器热态温度场、空气动力场分布的影响,对燃烧器改进结构与原始结构Nox生成特性进行对比。对燃烧器原始结构和三个改进方案进行了对比分析。
　　 600MW超临界旋流燃烧锅炉LNASB燃烧器具有以下特点。外二次风对射流扩展角影响较大,内二次风对回流区影响明显,内二次风风量及旋流强度过大时容易引起火焰气流冲刷水冷壁。内二次风对Nox影响较大,内二次风关闭时炉膛出口Nox下降22％。回流区根部距离随中心风速的增大而增大,燃烧器喷口处温度随中心风的退出上升明显,燃烧器中心给粉方式下火焰离喷口距离可有效地增加。同时,可以有效的降低锅炉Nox的生成。
　　 1000MW超超临界HT-NR3燃烧器旋流燃烧锅炉计算与试验结论如下。二次风扩口轴向长度及角度较大时,燃烧器火焰形状宽而短,Nox生成量较少,煤质较差时燃烧不稳定。二次风筒锥口轴向长度及角度减小后,燃烧器燃烧稳定性有所增强,锅炉Nox生成和排放量增加不明显。二次风扩口轴向长度减少1／2时燃烧稳定性明显增强,Nox排放量无明显增加,为最佳改进方案。
　　 对一台1000MW超超临界机组双切圆锅炉的燃烧特性进行了数值模拟试验预测,同时进行了实际工业试验研究。研究了燃烧器喷口布置、喷口形状及一、二次风速对燃烧器热态空气动力场、温度场分布的影响,对燃烧器原始结构和各改进结构空气动力场及温度场进行了分析。
　　 一、二次风速对炉膛空气动力场结构影响非常大,切圆直径随一次风速增大而变小,随二次风速的增大而增大。在燃烧器喷口形状不变的情况下,火焰刚性随一次风口尺寸的增大而增强。燃烧器喷口形状与布置方式不同时,燃烧器区域Nox生成与分布不同,锅炉各方案情况下Nox排放变化不明显。燃烧器一次风粉喷口通流面积扩大1倍,给粉量增加20％的情况下燃烧器区域温度明显升高,NOx生成量有所增加,在下侧布置辅助风情况下,炉膛水平截面气流充满度较好,NOx生成与前者相比无明显增加。