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大型低挥发份煤锅炉燃烧运行问题的研究

作　者: 姚斌
导　师: 曾汉才
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 低挥发份煤 W型火焰炉燃烧水冷壁高温腐蚀数值模拟
分类号: TK227.1
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

经济快速发展;使能源需求不断增长,能源需求的大幅度增加对我国的资源和能源利用技术提出了更大的挑战,随着低挥发份煤炭资源的进一步开发,电力工业燃用低挥发份煤的数量将继续增长。大型机组有高效率、清洁环保、占地少等优点,因而得到了大力发展,燃用低挥发分贫煤的大型机组锅炉主要有四角切园、W型火焰炉两种燃烧方式。燃用低挥发分煤大型机组锅炉运行主要有燃烧效率不高、烟温偏差、结渣与水冷壁高温腐蚀等问题,其中燃烧效率不高在W火焰锅炉上表现尤其明显。本文主要研究W型火焰锅炉燃烧特性、四角切园锅炉水冷壁高温腐蚀等问题。本文针对W火焰锅炉燃烧效率不高这一情况,在FW公司300MW机组W型火焰锅炉进行了一系列的试验研究与计算分析。(1)针对W型火焰锅炉的特点,进行了冷炉空气动力场试验,对流场特性进行了分析,得到拱顶风与墙上风动量比是控制流场的关键。(2)对W型火焰锅炉沿炉膛高度进行了测温、烟气分析及颗粒采样综合测试试验,深入研究了W型火焰锅炉炉内燃烧过程。(3)进行了炉膛断面温度场检测试验,得到炉膛某一个断面的温度场分布特征和沿炉膛高度温度场的变化规律,体现了W型火焰炉燃烧过程的特点。在FW公司W型火焰锅炉进行了进行了燃烧优化调整试验,找出了锅炉的经济运行方式,确定了燃烧系统各种调节手段的最佳运行位置。对B&W公司W型火焰锅炉进行了热态试验研究,研究了内、外调风叶片角度、氧量、调风盘、分级风门、制粉系统投运台数的变化对锅炉效率的影响,指出了锅炉效率低的原因为排烟温度、飞灰可燃物偏高,并研究了飞灰可燃物和排烟温度的影响因素。通过采取减少密封风量,改善煤粉细度,提高磨煤机出口温度等措施,并优化运行方式,锅炉效率超过设计值。本文用数值模拟的方法,计算比较了B&W公司和FW公司两种W型火焰锅炉燃烧的炉内温度,氧量和流场分布,以及颗粒轨迹,并与试验对照,两者吻合较好。对两种炉型研究结果可为设计选型与优化运行提供参考,B&W公司W型火焰锅炉的计算结果已用于300MW机组锅炉提供运行指导。提出了在W火焰锅炉拱上喉口处加装燃尽风喷口,将总风量的5~10%由此送入炉膛中心,进行了数值模拟计算,结果表明,加入燃尽风后,炉膛温度略微降低,炉膛中心氧浓度增加了1~2%左右,同时加强了炉内扰动混合,燃尽率提高1~2%左右。本文运用灰色系统理论开展了水冷壁高温腐蚀倾向判别研究,将四角切园燃烧锅炉炉膛水冷壁高温腐蚀原因综合概括为标煤折算硫分、壁面附近CO含量、当量切圆直径、管壁温度四大影响因素,基于灰色聚类法获得了可定量判别水冷壁高温腐蚀程度的方法。用此方法判断300MW机组锅炉水冷壁高温腐蚀属于中等程度腐蚀,与实际腐蚀情况相符,因而有工程应用价值。针对300MW机组锅炉装有双通道燃烧器的炉膛水冷壁高温腐蚀,采用PIV测量了双通道燃烧器实物模型出口流场,并得到双通道燃烧器的结构优化参数,由此开发了楔形体改造技术,用于双通道燃烧器结构优化改造,改造达到了预期的效果。最后,对全文的研究内容和结论进行了总结,明确了有待进一步研究的主要内容。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-33
  1.1 问题的提出  11-14
  1.2 低挥发分煤燃烧的研究概况  14-17
  1.3 W 型火焰炉燃烧技术发展及存在问题  17-25
  1.4 水冷壁高温腐蚀研究概况  25-31
  1.5 本文主要研究内容  31-33
2 双旋风直流燃烧器W 型火焰炉燃烧特性的研究  33-54
  2.1 研究对象  33-37
  2.2 炉内冷态试验研究  37-41
  2.3 炉内燃烧过程检测试验  41-48
  2.4 炉膛温度场的检测试验  48-53
  2.5 本章小结  53-54
3 燃用低挥发分煤W 型火焰炉燃烧调整及优化试验研究  54-75
  3.1 双旋风直流燃烧器W 型火焰炉燃烧优化试验  54-59
  3.2 双调风旋流燃烧器W 型火焰锅炉燃烧调整及优化试验  59-71
  3.3 试验结果分析  71-73
  3.4 本章小结  73-75
4 W 火焰锅炉顶部燃尽风（OFA）的数值模拟研究  75-96
  4.1 数学模型和基本控制方程  75-83
  4.2 两种炉型W 火焰锅炉的数值模拟及结果分析  83-90
    4.2.1 FW 炉型W 火焰锅炉的数值模拟计算及结果  83-85
    4.2.2 B&W 炉型W 型火焰锅炉的数值模拟计算及结果  85-88
    4.2.3 两种炉型的计算结果分析比较  88-90
  4.3 W 火焰锅炉顶部燃尽风（OFA）的研究  90-95
  4.4 本章小节  95-96
5 低挥发分煤四角切圆锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别及试验研究  96-117
  5.1 锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析  96-103
  5.2 水冷壁高温腐蚀程度的灰色聚类判别  103-107
  5.3 水冷壁高温腐蚀防止措施研究  107-110
  5.4 PIV 技术在提高双通道燃烧器出口气流刚性研究中的应用  110-114
  5.5 改造后的试验  114-116
  5.6 本章小结  116-117
6 全文总结与建议  117-119
  6.1 全文总结  117-118
  6.2 进一步工作的建议  118-119
致谢  119-120
参考文献  120-130
附录1 攻读博士学位期间发表的论文  130-131
附录2 作者在攻读博士学位期间发明的专利  131-132
附录3 作者在攻读博士学位期间获奖情况  132

大型低挥发份煤锅炉燃烧运行问题的研究

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