浓淡分离燃烧器等离子改造的数值模拟研究

0引言 

浓淡分离燃烧器在不同锅炉厂、不同炉型上都有应用,包括北京巴威锅炉厂用在前后墙对冲锅炉上的Half-PAX型浓淡分离燃烧器和哈尔滨锅炉厂用在四角切圆锅炉上的PM燃烧器等。

对这种燃烧器进行等离子点火改造的常规方案是将浓\淡两股煤粉气流合二为一,同时为了保证一次风喷口的风速与原来保持不变,需要将等离子燃烧器喷口面积扩大为浓\淡喷口面积之和,将等离子燃烧器布置于原浓侧喷口处,将淡侧喷口位置进行封堵。

但是,在对某电厂前后墙对冲锅炉的浓淡分离燃烧器进行等离子^[1-2]改造时,电厂提出保留淡侧煤粉管道,这样可以有效防止侧墙结焦问题出现。因此,上述常规改造方案不适用,需要设法改造浓淡分离燃烧器,保证等离子点火改造后,浓淡分离效果保持不变,不会对锅炉的整体性能产生不利影响。

1 锅炉概况

1.1 机组简介

某电厂#1锅炉采用北京巴布科克.威尔科克斯有限公司生产的B&WB-1098/25.4-M型超临界锅炉,为350 MW燃煤粉\成套超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉,单炉膛、一次中间再热、前后墙对冲燃烧方式、平衡通风\固态排渣、前煤仓(或侧煤仓)布置、半露天布置、炉顶设大罩壳、全钢悬吊结构Π型锅炉。

锅炉采用双进双出磨煤机,冷一次风机、正压直吹式制粉系统,前后墙对冲燃烧方式。锅炉尾部设置分烟道,采用烟气调温挡板调节再热器出 口汽温。锅炉竖井下设置两台三分仓回转式空气预热器。锅炉尾部烟道配有SCR脱硝装置。

1.2燃煤煤质

2 等离子改造方案

原浓淡分离燃烧器^[3]布置如图1所示,主要是由管道弯头、竖直管道、浓淡分离装置、浓侧粉管和淡侧粉管组成。一次风粉被浓淡分离装置分成浓、淡两股,浓粉进入浓侧粉管,由前后墙喷入炉膛;淡粉进入淡侧粉管,由侧墙喷入炉膛,可以起到防止侧墙结焦的作用。其中浓淡分离装置的分配效果为:浓、淡侧空气比例为50:50,浓、淡侧煤粉比例为80:20。

本次改造等离子燃烧器安装在前后墙最下层A层,对应A磨煤机。等离子改造后的布置如图2所示,主要是由管道弯头、竖直管道、浓淡分离装置、等离子弯头、等离子燃烧器和淡侧粉管组成。本次改造的范围包括:1)等离子燃烧器布置在浓侧粉管处,并且增设等离子弯头,用于等离子体发生器的安装;2)对浓淡分离装置进行内部改造,一是为了给等离子燃烧器腾出安装空间,二是为了保证改造后的浓淡分离效果保持不变,不会影响锅炉的整体性能;3)在管道弯头内部增设均流板,减少由于竖直管道缩短造成的煤粉聚集影响。

3 数值模拟

3.1建立模型和划分网格

为了更加准确地对改造前后浓淡分离装置的分离效果进行数值模拟对比,1:1画出其中一个角的管道布置图,并且设计了一个小炉膛来模拟煤粉在炉膛内部的流动,具体的三维模型示意图如图3所示。

此模型包括管道弯头、煤粉管道、浓淡分离装置、等离子燃烧器等,结构非常复杂,为了能够准确地模拟内部煤粉的流动情况,选用非结构四面体网格对计算域进行网格划分,并且对浓淡分离装置和等离子燃烧器部分进行局部网格加密,网格划分如图4所示。

3.2 边界条件 

根据电厂磨煤机BMCR运行工况,单根煤粉管道的一次风量为3.123 kg/S,煤粉质量流量为1.962 kg/S。根据上述参数对边界条件进行设置:

1)煤粉管道一次风入口采用质量流量,入口一次风量设为3.123 kg/S(BMCR工况),入口煤粉质量流量为1.962 kg/S(BMCR工况);

2)煤粉细度:20%(烟煤);

3)煤粉管道一次风入口风速:31.6 m/S(BMCR工况);

4)出口边界条件:压力出口,-50 pa;

5)煤粉管道内径:φ370 mm(变径之前管道内径φ406 mm)。

3.3模拟结果

此次等离子改造需要关注两个问题:1)等离子改造前后浓淡分离效果和一次风速是否有影响;2)等离子改造后是否适合等离子点火。影响等离子燃烧器点火的因素很多,关键因素为各级筒内的一次风速和煤粉浓度。

此次数值模拟^[4]主要对BMCR工况下等离子改造前后浓淡分离效果和一次风速进行了对比,另外还对等离子点火工况下等离子燃烧器中心筒和二级筒内的一次风速和煤粉浓度进行了对比,具体如表2、表3所示。

4结论

通过数值模拟结果,可得到如下结论:

1)BMCR工况下,原燃烧器模拟结果的浓淡分离效果为:浓、淡侧空气比例为57:43,浓、淡侧煤粉比例为72:28,与设计预想的浓淡分离效果存在些许偏差,但在可接受的范围内。

2)BMCR工况下,改造后的浓淡分离效果为:浓、淡侧空气比例为56:44,浓、淡侧煤粉比例为74:26,与原燃烧器的浓淡分离效果基本保持一致,不会对锅炉性能造成不利影响,满足改造要求。

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《机电信息》2024年第17期第16篇