在大型锅炉中使用CFD模拟来控制与灰有关的问题

1、在大型锅炉中使用CFD模拟来控制与灰有关的问题炉膛几何形状和运作工况炉膛几何形状的模型可以在Fig1中看到，各种参数在Table1中看到。在Table1中看到了，对角燃烧炉膛有61.64m高，19.3m宽和18.7深，还有个安装容积：610MW。锅炉模型被描述成在对角切圆燃烧器下的同心燃烧系统。24个燃烧器被分作6个组安排在4个角的不同的高度上。炉膛的几何和原始的描述在Table1和Fig1中给出。 Table1 炉膛的几何特性：Table2尺寸（mm）和温度（度）在锅炉的换热区域。h-高度；w-宽度；t-厚度；d-跨度；MT-金属温度Fig.2燃烧器布置。（a）燃烧器方位布置;(b)风箱立体

2、设计。 （a） (b)三维几何造型用GAMBIT-一种FLUENT前处理器来制作。等方向性的视角上来观察几何与网格系统，见Fig1。网格系统包含了402852，在一个区域中使用六面体的网格，其他的使用四面体的网格。在我们的研究中，结果用3种不同的网格的划分得到，而流动形式和轨迹是一致的。Table2给出了再热，过热区域的信息。燃烧器布置，定位，风箱设计，SOFA/CCOFA的细节，燃烧器喷口，燃料空气喷口和辅助空气喷口在Fig2中。数值主要被用于建立正确的几何炉膛形状来给出转角，灰斗，炉膛壁定位。Fig2b被用于建立不同燃烧器，它们都有分离的SOFA在A_D的不同燃烧器级上。同时，CCOFA口

3、在A和B两级有特殊的倾斜角度。和SOFA与CCOFA一致，Fig2b中给出了辅助空气入口在，煤粉入口和油入口在A-F上依照所给用作给出入口的几何形状。模型的描述数学计算模型被这里用到的是以商业CFD算子，FLUENT,用它来描述气体流动，在时间平均方程里：总质量，动量，焓，和物质质量分数。在粒子流方程用Lagrangian形式，同时流动的耦合列入到欧拉气流方程的源项。标准K-e湍流模型，单一组分的PDF,同时还使用P1辐射模型。煤粉粒子喷入炉膛从PA。为了模拟离散流动，在连续流动中，24段入流在24个PA的入口处被定义了。燃料混合入口被近似了，可用性分析数据对煤粉。Table3简化了近似和可用

4、性分析数据，这些都是用作提取混合物挥发份的元素组分。燃烧计算开始于解决气体流动区域方程，在假定粒子都不参与的情况下。这样的模拟会在迭代2000次后收敛。以冷流计算，煤粉燃烧模拟进行了。燃烧模拟是可行的，在使用很多总体设计参数之下，包括总体热传导率在炉膛中。平均温度和O2质量分数在炉膛出口。在目前的锅炉设计之下，总体热传导在锅炉里大约是610Mw ,在低灰和高挥发煤粉中。模拟的入口参数不设置成与实验得到的数值一致。煤粉属性和低位发热量被假设出。这些值在Table3中有显示。挥发份的产出与数据一致。虽然，锅炉安装了24个常规旋流形式的燃烧器，它们安装在炉膛的四角，当然，一般情况下，只有5组燃烧器在

5、工作，有一组通常在待机。 粒子轨迹和温度分布被下面的方式来决定：Case1（60%Kideco和40%Berau在A燃烧器关闭）Case2（60%Kideco和40%Berau在F燃烧器关闭）Case3（40%Kideco和60%Berau在F燃烧器关闭）Case4（40%Kideco和60%Berau在A燃烧器关闭）Case5（50%Kideco和50%Berau没有燃烧器关闭）Case6（40%Kideco和60%Berau在B燃烧器关闭）Case7（40%Kideco和60%Berau在C燃烧器关闭）Case8（40%Kideco和60%Berau在D燃烧器关闭）大家知道，随着切向燃烧锅

6、炉的容量的变大，一系列的问题出现了。气体温度偏差在上部炉膛出现，这就会导致了管道爆裂在再热和过热器上。与很多研究者不同，他们研究了温度偏差后，致力于减少温度偏差，我们这里集中处理温度偏差会越来越大的原因。使用模拟的方法，温度偏差被建立了。粒子轨迹被预测，它们的时间和温度历史都在。基于粒子轨迹，合适的燃烧器喷口被指出，这些都是温度偏差的最大影响。一旦喷口出现了，增加的煤粉喷口将在真实锅炉中，用来减少成灰。Table4Case 5 （50%Kideco和50%Berau没有燃烧器关闭）粒子轨迹，等温线和速度矢量在Case5中的情况由Fig3和4来表达，这样就建立了温度偏差在炉膛上部。再者，预期速度

7、矢量是有用的，在不规则的速度变化导致了不规则的吸收作用。Table4给出了简化的观察对Case5中的每个燃烧器。相似的观察被记录下来，它们的模拟和简化在Table5中详述。通过这些观察，有结论是燃烧器喷口2D和2E粒子轨迹是平稳的。在大多的情况下，燃烧器3E和4E中的粒子在左偏。但是，1D和2F更多向右和平稳。在TF锅炉，粒子在炉膛中流动，提供了足够的停留时间，对很小的粒子也是。切圆燃烧系统，最高燃烧器到炉膛出口的距离，长时间的强力混合被观察，与燃烧器的工况有关。Table5简化粒子在所以工况下的轨迹Table6实验性运行状态在粒子燃烧时，所有的燃料物质，除固定碳外，在燃烧器喉部1到2米就消耗

8、完了。而固定碳在炉膛中部，这些都被视作例子在温度传播从燃烧器喉部传播到炉膛中心。在特定的高温度区域会扩展到燃烧器平面的A-F在炉膛出口横截面处，气体温度是相当的标准在2墙之间，同时，平均温度偏差在2墙之间是50-100K。这是前人的研究安排。旋流的持续时间会影响气体温度偏差。期望高速气体流从相对冷的前墙时，能导致温度偏差在2墙之间。这些观察坚持弄清在每种工况下都对2墙的温度有最大影响的入口。细究粒子轨迹和他们的近似对温度分布的影响，提供了基本的优化方法来控制排放物。模拟结果提供有价值信息在粒子轨迹，温度和辐射热通量分布在炉膛内，包括了热传导区域。上面的Case中表明了不同的燃烧器工况导致了不同

9、粒子轨迹。结果提供了视角进入怎样来优化燃烧器喷口，这些喷口可能给气体温度分布带来好处，同时，也会改善搞排放。这些看法被用作进行试验，同时作为建模的后续工作，观察到的本地变化在气体排放温度和纠正方法在解决灰有关问题试验观察观察在Fig5中被简化，给出了试验性的炉膛出口气体温度，还有省煤器进口温度，同时附上数据和时间。时间平均试验性的炉膛出口气体温度在Graph1中。最小炉膛出口气体温度在使用性情况下市1210度在7月7号那天，这时的功率是607.50MW，比较1221度在没有输入情况下Graph 2. 试验性的炉膛出口气体温度在测量辐射器的去口，或者对流区域的入口在折炎角区域被可用的红外系统。这些工具的精度被报告在1%精度以内。我们的模拟结果与测量值有很好的一致性在出口温度处。同时平均绝对偏差是7%.想要的组分在灰分中高于在煤粉中，表明过量的渗透很重要，同时未燃尽碳表明了减少的趋势Table7，说明结果是有效地。省煤器入口温度在试验中一致下降，在最小气体温度在583.4度的时候，日期是7月9号，功率是612.51MW。省煤器入口气体温度是605.5度在7月10号。功率是614MW。这些表明了再