基于SOFA风改造的300MW煤粉锅炉燃烧优化数值模拟研究

摘要

煤炭是我国最主要的一次能源，然而煤的燃烧对环境造成了极大的破坏，燃烧过程中产生的氮氧化物是我国大气污染主要来源之一。NOx排放到大气中会导致酸雨、光化学烟雾等污染，对人类和环境的危害极大。
　　四角切圆锅炉是目前世界上最常用的电站锅炉类型之一，其燃烧适应性好，风粉混合均匀。由于我国的煤种分布较广，与四角切圆锅炉的特性相适应，所以四角切圆燃烧也是目前我国应用最广、最为成熟的燃烧方式。随着我国对环境问题的逐渐重视及对污染物排放要求不断加强，国家对于电厂污染物排放标准要求也越来越严格。降低NOx排量已经成为电力行业发展迫切需要解决的问题。
　　本文以嘉兴电厂某300MW四角切圆燃煤锅炉的应用现状为研究背景，采用空气分级燃烧技术，通过数值计算的方法，给出炉内温度、物质组分及煤粉颗粒燃尽的情况，深入地研究煤粉气流在炉内的燃烧过程，探讨在不同燃烧条件下低NOx排放的最优工况。
　　首先对该300MW四角切圆燃煤锅炉的现运行工况进行了数值模拟计算，介绍了数值计算的基本思路，对锅炉进行建模及网格划分的方法。通过计算得到了炉内的流场、温度场、物质组分场等的分布情况。计算结果与现场测试值较为吻合，说明模型的选择是正确的，数值计算的结果是可靠的。
　　接着对该300MW四角切圆燃煤锅炉进行了空气分级燃烧的改造，增加了分离燃尽风(SOFA)，并对改造工况进行了数值模拟，以确定分离燃尽风的最佳位置、风量及喷口布置形式等。所以本文依次研究了SOFA喷口分别距上一次风喷口3m、6m、9m的炉膛燃烧情况；SOFA配风比例分别为15％、20％、25％和30％时对炉膛燃烧情况的影响；以及SOFA喷口距上一次风喷口6m和9m两种工况下，不同SOFA配风形式对炉膛燃烧情况的影响。计算结果描绘出了炉内流场、温度分布、各物质组分浓度以及NOx生成情况等，为了解和掌握四角切圆燃烧煤粉锅炉炉内过程及其规律，提高同类型锅炉的设计、运行与改造水平，提供了有益的参考。