1820t/h超临界锅炉屏式过热器超温研究

摘要

超临界锅炉的特点是具有较高的发电效率、排放污染物较少以及调峰的便利性等。超临界锅炉固然拥有自身的优势，然而在实际运行过程中，由于高温高压的蒸汽环境、强度有限的管壁材料以及管内壁长时间运行导致的结垢等现象，超临界锅炉过热器壁面随之发生超温问题。
　　本文的研究对象是某电厂额定蒸发量为1820t/h的超临界锅炉，利用数值模拟的方法对屏式过热器区域在不同工况下的温度场进行对比分析。本文模拟炉膛内部的气相湍流流动时，运用的模型是Realizable k-ε模型;在处理跟踪煤粉颗粒的问题上，则采用了随机轨道模型;在模拟炉膛内部的气相湍流燃烧时，运用混合分数—概率密度函数(PDF)模型;在处理挥发份的析出问题时，则采用了双步竞相反应速率模型;在模拟焦炭的燃烧问题时，运用动力学/扩散控制反应速率模型;模拟辐射传热问题上，采用的是P-1辐射模型。
　　在选择合理的数学物理基础上，本文模拟了原始工况下炉膛内部和屏式过热器区域的流场以及温度场，并且在不同工况下，分别模拟研究了过量空气系数以及一次风和二次风配比改变的情况下，炉膛不同位置的温度场分布以及屏式过热器区域的温度场分布。
　　在原始工况最大连续蒸发量工况下，沿着炉膛高度的方向，屏式过热器区域的温度场变化呈现出先升高后降低最后再次升高的变化规律，温度的最高点出现在管屏的下端，位置约在管屏的弯头处;对于单个管屏而言，由外管圈至内管圈，各管屏的平均温度出现逐渐降低的趋势。沿着管屏高度的方向，随着烟气温度的下降，烟气对管子的影响逐渐减弱，管屏区域的温度就出现了下降趋势。
　　对于过量空气系数而言，尽管一定程度增加过量空气系数为1.15时有利于煤粉的完全燃烧，但同时提高了炉膛温度水平，导致屏式过热器区域出现较大面积的高温区，使屏式过热器发生超温现象;当过量空气系数继续增大为1.25时，炉膛整体温度水平开始下降，屏式过热器区域的高温区也逐渐减小，可以有效避免管段发生超温现象。所以，过量空气系数的选择应该考虑高效燃烧和避免屏式过热器超温的综合效果。
　　对于一次风和二次风配比而言，在总风量保持不变的情况下，当二次风的所占的份额逐渐增大时，也就是一次风量逐渐降低时，炉膛燃烧的火焰中心是依次降低的。这一点就有效避免屏式过热器区域出现高温区，从而延长屏式过热器的使用寿命。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国内研究动态

1．2．2 国外研究动态

1．3 论文的主要内容

第二章 研究对象概况

2．1 锅炉的基本性能

2．2 锅炉的主要系统

2．2．1 锅炉的主要尺寸

2．2．2 汽水流程

2．3 锅炉的基本结构

2．3．1 炉膛

2．3．2 屏式过热器

2．3．3 燃烧系统

2．4 配风方式

2．5 煤的成分及处理方法

2．6 本章小结

第三章 煤粉锅炉的数值模拟模型

3．1 引言

3．2 基本的守恒模型

3．3 湍流流动模型

3．3．1 气固两相流的研究方法

3．3．2 气相湍流流动模型

3．3．3 多相湍流的流动模型

3．4 辐射模型

3．5 燃烧模型

3．6 煤的挥发分的析出模型

3．7 煤炭的焦炭燃烧反应模型

3．8 煤粉的气相燃烧模型

3．9 本章小结

第四章 1820t／h超临界锅炉炉膛的数值模拟

4．1 数值模拟的计算方法以及网格划分

4．1．1 计算区域的选择

4．1．2 炉膛网格划分

4．2 边界条件设置

4．3 1820t／h超临界锅炉炉膛的数值模拟

4．3．1 锅炉最大连续蒸发量下的数值模拟

4．3．2 改变过量空气系数的数值模拟

4．3．3 改变一次风和二次风配比的数值模拟

4．4 本章小结

第五章 全文总结及展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文