11電廠鍋爐燃燒模擬在我國(guó)以煤為主要燃料的電廠鍋爐,不僅造成了能源利用弊端,而且對(duì)環(huán)境也造成了格外惡劣的影響.使用高效、清潔的天燃?xì)忮仩t可有效地解決這一問題.以燃燒化石燃料為主的電力生產(chǎn)過程排放的CO2量超過CO2排放總量的30%,已經(jīng)成為最大的CO2排放源,但鑒于多方面因素的影響,化石燃料在能源構(gòu)造中的主導(dǎo)地位將會(huì)維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,因此,操縱和減緩電力生產(chǎn)過程中CO2的排放對(duì)于削減溫室氣體的排放具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.承受富氧燃燒技術(shù),即O2/CO2燃燒技術(shù),就可以使燃燒后產(chǎn)生的煙氣中CO2含量到達(dá)95%以上,可直接將煙氣液化回收處理.富氧燃燒技術(shù)不僅能使分別和收集CO2簡(jiǎn)潔進(jìn)展,還能大幅削減NOx的排放量.隨著助燃?xì)怏w中氧氣濃度的增加,可提高鍋爐效率,是一種能綜合操縱污染物排放的型干凈節(jié)能燃燒技術(shù).爐和富氧燃燒技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn),有可能取得良好的效果.目前,自然氣富氧燃燒方面的爭(zhēng)論主要集中于O2/N2氣的燃燒方面.Qiu和Hyden等人覺察,當(dāng)氧氣濃度增加到28%時(shí),能節(jié)約22%的燃?xì)?且富氧條件下能產(chǎn)生強(qiáng)勁的火焰.甲烷燃燒條件下,當(dāng)氧氣濃度增加到100%時(shí),熄火拉伸率(extinctionstrinrte上.Wu等人覺察,在傳熱試驗(yàn)中傳熱效率增加了536%,爐膛在溫度固定條件下的燃料消耗量削減261%.較高的氧氣濃度可以獲得較高的火焰溫度.隨著氧氣濃度的增加,NOx的排放量也隨之增加.煙氣中二氧化碳的含量也隨氧氣濃度直線增加.此外,隨著氧氣濃度的增加,溫度分布逐步變得不均勻,這是由于對(duì)流換熱系數(shù)發(fā)生了轉(zhuǎn)變.本文XX應(yīng)用數(shù)值分析的方法,以某電廠325MW自然氣鍋爐為爭(zhēng)論對(duì)象,爭(zhēng)論富氧燃燒條件下,氧氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)爐內(nèi)燃燒特性的影響.模型與邊界條件我們所爭(zhēng)論的鍋爐為某電廠325MW塔式箱形自然氣鍋爐,為亞臨界自然循環(huán),承受一次中間再熱.燃燒方式為前后墻對(duì)沖燃燒,燃料為自然氣.燃燒器布置在爐膛水冷壁的前、后墻上,承受旋流燃燒器,共24只,前后墻各12只.一次風(fēng)在燃料著火之前與之混合,二次風(fēng)是燃燒器主要供風(fēng)局部.同一燃燒器的二次風(fēng)及分級(jí)風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向一樣,相鄰及相對(duì)兩個(gè)燃燒器的二次風(fēng)及分級(jí)風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向均相反.鍋爐的主要額定參數(shù):主蒸汽流量1065t/h;主蒸汽壓力174MP540℃;再熱蒸汽流量8828t/h;再熱蒸汽進(jìn)/出口壓力366/346MP;再熱蒸汽進(jìn)/出口溫度324/540℃;給水溫度271℃.自然氣成分:N2為014%;H2S為00039%;CO2為997%;C3H8362%;C4H101007%;C5H12015%;41987kJ/m3.由于計(jì)算模型為三維,對(duì)模型的XX格劃分大局部承受了六面體XX格,為了增加計(jì)算精度,燃燒器區(qū)域的XX格承受嵌套技術(shù)進(jìn)展劃分,XX格分布相對(duì)其他區(qū)域較為密集.XX格總數(shù)為62萬個(gè).XX格示意圖見圖1.湍流模型承受標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,燃燒計(jì)算承受渦團(tuán)耗散模型,由于爐內(nèi)熱量傳遞90%來自于輻射換熱,因此,爐膛壁面熱負(fù)荷只考慮輻射換熱,輻射模型為P1模型.燃燒器噴口設(shè)置為速度入口,煙氣出口設(shè)置為自由出口.本文分別針對(duì)傳統(tǒng)燃燒方式及O2/CO2比例為21%~40%共計(jì)9個(gè)工況進(jìn)展模擬計(jì)算,具體工況劃分見表1.一次風(fēng)無旋流,二次風(fēng)旋流數(shù)為10,分級(jí)風(fēng)旋流數(shù)為05.保持一二次風(fēng)率不變.旋流數(shù)為衡量旋轉(zhuǎn)射流的旋流強(qiáng)度的參數(shù),其物理意義為角動(dòng)量的軸向通量與軸向動(dòng)力的軸向通量之比值,旋流數(shù)的表達(dá)式為n=M/(KR0)(1)式中:R0為噴嘴半徑,m;M為角動(dòng)量的軸向通量;K為軸向動(dòng)量.其表達(dá)式分別為射流某截面上的切向分速度,m/s;p為靜壓力,MPρ為流體密度,kg/m3.無視靜壓沿半徑方向的變化,可得到旋流數(shù)的近似計(jì)算公式傳統(tǒng)燃燒方式下的溫度分布通過模擬計(jì)算得到了傳統(tǒng)燃燒方式下的爐內(nèi)溫度分布狀況.圖2為傳統(tǒng)燃燒方式下的爐膛溫度等值線圖,可以看出爐膛中間局部形成1899K以上的高溫區(qū)域,由中間向左右側(cè)墻方向上溫度漸漸降低,左右墻受熱根本對(duì)稱,火焰布滿度較好.在經(jīng)過水平布置的屏式過熱器和再熱器之后,煙氣溫度有明顯下降,并趨于均勻.富氧燃燒方式下的溫度分布通過對(duì)富氧條件下的爐內(nèi)燃燒過程進(jìn)展數(shù)值計(jì)算,得到不同氧氣濃度下的爐內(nèi)溫度分布及壁面熱負(fù)荷分布狀況.圖3為氧氣濃度分別為21%、25%、29%、35%時(shí)的爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布狀況.可以看出,隨著氧氣濃度的增加,整個(gè)爐膛的高溫區(qū)分布趨于集中,并且在燃燒器四周的溫度梯度增大,燃燒器噴口四周的溫度也呈上升趨勢(shì).同時(shí)高溫區(qū)域距離爐膛前后墻的距離越來越近,當(dāng)氧氣29%時(shí),后墻底層燃燒器四周的高溫火焰產(chǎn)生了貼壁燃燒的現(xiàn)象,會(huì)使局部水冷壁溫度過高,增加爆管的幾率.氧氣濃度的增大使得燃料燃燒速度加快,燃燒器區(qū)域溫度上升幅度較大,因此,本文對(duì)燃燒器所在截面溫度進(jìn)展了比照.由圖4中可以看出,隨著氧氣濃度的增加,每層燃燒器所在的截面平均溫度值都呈上升趨勢(shì),但各層截面溫度上升速度各有不同,但增幅都在300K以上.在氧氣濃度為29氧氣濃度小于27%時(shí),底層燃燒器所在截面溫度最低,中間層燃27%時(shí),轉(zhuǎn)變?yōu)轫攲尤紵魉诮孛鏈囟茸畹?中間層燃燒器所在截面溫度最高.這是由于隨著助燃?xì)怏w中氧氣濃度的提高,高溫區(qū)域趨于集中,煙氣在上的截面上煙氣的輻射換熱損失大于燃燒產(chǎn)生的熱量,造成了煙氣上升過程中溫度降低的現(xiàn)象.為了對(duì)富氧燃燒條件下爐膛內(nèi)的火焰布滿度隨氧氣濃度的增加而轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)進(jìn)展?fàn)幷?本文選取了頂層燃燒器的兩條直線上的溫度分布進(jìn)展考察.選取頂層燃燒器所在橫截面的前后對(duì)稱軸及右側(cè)其次對(duì)燃燒器所在軸線作為爭(zhēng)論對(duì)象.兩條直線位置如圖5所示,line-1和line-2分別為頂層燃燒器所在截面的中心線,取各中心線上50個(gè)溫度點(diǎn),計(jì)算相鄰之間溫度之差.Xline-1,Yline-2,每條線上等距離取50個(gè)點(diǎn),可得出這些點(diǎn)溫度值的方差.圖6為兩條所考察的直線上由圖6中可以看出,line-1上的溫度方差大于line-2,說明在該截面上YX著氧氣濃度的增加,line-1上的溫度方差增大趨勢(shì)較為明顯,line-2Y溫度分布均勻度影響較大,而對(duì)X方向溫度分布的均勻度影響比較小.隨著氧氣濃度的增大line-1上的方差也增大,說明隨著氧氣濃度的增加,Y方向上的溫度分布均勻性越來越差,由此推斷火焰布滿度也越來越也差.圖7為爐膛煙氣出口溫度隨氧氣濃度變化曲線.由圖7中可以看出,隨著氧氣濃度的增加,曲線整體呈下降趨勢(shì).但在氧氣濃度為27%和35%處,消滅小幅波動(dòng).曲線中最大值與最小值相差只有20K左右,相差不大.圖8為各截面平均溫度值比照.通過對(duì)不同氧氣濃度下沿爐膛高度方向的截面平均溫度分析可以得出,當(dāng)助燃?xì)怏w中氧氣濃度為25%時(shí),各截面平均溫度的分布與傳統(tǒng)燃燒方式下的分布幾乎全都.結(jié)論通過數(shù)值模擬,對(duì)電廠自然氣鍋爐的爐內(nèi)燃過程進(jìn)展計(jì)算分析,并對(duì)應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)時(shí)爐燃燒過程進(jìn)展模擬爭(zhēng)論,對(duì)爐內(nèi)溫度分布狀況進(jìn)比照分析,從而得出自然氣鍋爐富氧燃燒特性.富氧燃燒方式下隨著氧氣濃度的增大,整個(gè)膛的高