前后墙对冲燃烧锅炉内CO分布原因的数值分析（英文）

作者：Xiao-qiang XIE; Jian-guo YANG; Chao-yang ZHU; Chuan-huai LIU; Hong ZHAO; Zhi-hua WANG

来源：Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering), 2020, 21(03): 193-208.

• 前后墙对冲燃烧锅炉
• CO分布
• 风、煤分布
• 两相流
• 四角涡流
• 燃尽风

目的:前后墙对冲燃烧锅炉在实际运行中普遍存在沿炉膛宽度CO体积分数呈中间低、两边高的分布特点。该分布特点往往伴随着锅炉效率降低、炉膛出口NOx排放偏高、侧墙结渣和高温腐蚀严重等一系列问题。本文旨在分析前后墙对冲燃烧锅炉内CO分布规律的形成原因,为机组运行调整与燃烧系统改造等工程实践提供理论依据。创新点:1.针对煤粉炉燃烧过程中存在剧烈气固反应流的特点,定义了与气、固相质量变化无关的风、煤分布系数ηa和ηp,进而得到了风/煤混合系数η。2.对比炉膛不同区域内的CO分布与风/煤混合系数分布,结合炉膛的空气动力学特性,解释了前后墙对冲燃烧锅炉内CO分布特征的形成过程。方法:1.建立一台660 MWe前后墙对冲燃烧锅炉的数值模型,并通过现场测量数据与模拟数据的比较,验证模型的有效性(表5和图3)。2.定义炉内风、煤分布系数与风/煤混合系数(公式(1)～(3))。3.对比不同特征截面上CO分布特性与风/煤混合特性,探讨二者之间的关联性(图4和5)。3.分析风的分布和煤的分布分别对风/煤混合特性的影响(图6和7)。4.综合考虑炉内气流结构、风和煤的分布及其混合特性,揭示炉内CO分布规律的形成原因(图4～9)。结论:1.对前后墙对冲燃烧锅炉而言,燃烧器区域出口的CO大量聚集在炉膛中间至侧墙区域,燃尽风区域出口的CO则主要集中于侧墙附近。2.CO分布与风/煤混合系数分布基本一致。3.在整个炉膛空间内,风和煤粉皆有向侧墙流动的趋势,但煤粉更加聚集在侧墙周围。4.在燃烧器区域,对冲气流使得风与煤粉向侧墙流动,然后在炉膛四角形成涡流;四角涡流导致烟气在沿侧墙上升的过程中发生明显的气固分离,使煤粉被甩至侧墙附近并在那里燃烧,形成高浓度CO;5.在燃尽风区域,燃尽风与侧墙附近烟气的混合并不理想,因此侧墙附近的高浓度CO难以消除,最终导致沿炉膛宽度的CO体积分数呈中间低、两边高的分布特点。6.基于上述结果,本文分析了当前应用中存在的问题,并提出了改进建议。

• 单位
  能源清洁利用国家重点实验室; 浙江大学