爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)CFB鍋爐顆粒相濃度分布的影響研究

(潞安礦業(yè)集團(tuán)公司五陽(yáng)熱電廠，山西長(zhǎng)治046205)

0 引言

潞安集團(tuán)五陽(yáng)熱電廠(4×75 t/h CFB鍋爐)鍋爐設(shè)計(jì)煤種為劣質(zhì)煤，2015年后，電廠鍋爐入爐煤質(zhì)發(fā)生變化，鍋爐灰分降低，發(fā)熱量增加，鍋爐循環(huán)倍率降低，爐出口溫度降低(爐出口速度大約750℃)，鍋爐出力大約55 t/h。通過(guò)改造五陽(yáng)熱電廠鍋爐密相區(qū)結(jié)構(gòu)，使鍋爐密相區(qū)流化速度增加，密相區(qū)燃燒份額下降，稀相區(qū)燃燒份額增加，爐出口溫度增加(爐出口速度大約900℃)，鍋爐出力大約為70 t/h。

1 爐型介紹

圖1 五陽(yáng)熱電廠鍋爐結(jié)構(gòu)圖

潞安集團(tuán)五陽(yáng)熱電廠的4臺(tái)75 t/h CFB鍋爐(型號(hào)：YG-75/5.29-M5)由山東濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)，鍋爐本體高22512 mm，爐深5290 mm，寬3170 mm，其結(jié)構(gòu)如圖1。鍋爐采用雙高溫旋風(fēng)分離，爐膛內(nèi)部分布膜式水冷壁，尾部煙道設(shè)計(jì)有高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、省煤器、一二次風(fēng)預(yù)熱器，鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。密相區(qū)溫度為1000℃～1050℃，分離器溫度為1000℃左右，爐出口及水平煙道溫度850℃～950℃，設(shè)計(jì)煤種如表1。

表1初始邊界條件的數(shù)值設(shè)計(jì)

2 模型的建立

2.1 模型參數(shù)

潞安集團(tuán)五陽(yáng)熱電廠4×75 t/h CFB鍋爐二次風(fēng)噴口分兩層布置，具體的設(shè)計(jì)參數(shù)如圖2。

圖2 CFB鍋爐錐段結(jié)構(gòu)尺寸(原方案)

圖3 兩種改進(jìn)型CFB鍋爐錐段結(jié)構(gòu)尺寸

2.2 網(wǎng)格劃分

圖4 鍋爐結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分圖

CFB鍋爐中部采用六面體網(wǎng)格，爐膛下部及上部采用四面體網(wǎng)格，二次風(fēng)噴口及旋風(fēng)分離器出口連接處采用加密處理，總網(wǎng)格數(shù)量為256431，具體如圖4。

2.3 模型計(jì)算

2.3.1 Syamlal et al與Gidaspow et al動(dòng)力粘度表達(dá)式選擇

Syamlal et al表達(dá)式：

Gidaspow et al表達(dá)式：

Syamlal等研究學(xué)者所提出的動(dòng)力粘度表達(dá)式對(duì)CFB鍋爐的模擬更符合實(shí)際，而且，應(yīng)用Syamlal模型得出的結(jié)論與CFB鍋爐的氣-固流動(dòng)特性與顆粒特性吻合更好[1-4]。

2.3.2 氣-固相間閉合關(guān)系

氣-固相間的主要的曳力模型有：Wen and Yu模型、Syamlal and O’Brien模型和Gidaspow模型。

Syamlal and O’Brien曳力模型對(duì)CFB鍋爐氣-固兩相流動(dòng)更加準(zhǔn)確，Gidaspow曳力模型更多的應(yīng)用在稠密流化床模擬中，Wen and Yu曳力模型更多應(yīng)用在稀相流動(dòng)[5-12]。

2.3.3 數(shù)值模擬及邊界條件

CFB鍋爐數(shù)值模擬及邊界條件見(jiàn)表2。

表2CFB鍋爐模擬模型及參數(shù)

3 模型分析

根據(jù)圖5、6可以得出：方案二密相區(qū)的顆粒物濃度最低，原方案的密相區(qū)的顆粒物濃度最高；方案二稀相區(qū)的顆粒物濃度最高，原方案的稀相區(qū)的顆粒物濃度最低。原因：方案一和原方案相比，降低了二次風(fēng)噴口距離布風(fēng)板的距離，提高了密相區(qū)的流化速度，使更多的顆粒物析出二次風(fēng)平面進(jìn)入稀相區(qū)，導(dǎo)致稀相區(qū)的顆粒物濃度提高；方案二與原方案相比，不僅降低了二次風(fēng)噴口距離布風(fēng)板的距離，還縮小了二次風(fēng)噴口所在面積，使密相區(qū)的流化速度進(jìn)一步提高，最終導(dǎo)致原模型的稀相區(qū)顆粒物濃度最低，密相區(qū)的顆粒物濃度最高，方案二的稀相區(qū)顆粒物濃度最高，密相區(qū)的顆粒物濃度最低。

圖5 三種方案軸向不同高度顆粒物濃度分布

圖6 軸向不同高度截面顆粒物濃度分布

4 3#爐改造實(shí)踐及分析結(jié)果

4.1 3#爐改造分析情況

4.1.1 3#爐改造前后鍋爐出力情況

根據(jù)圖7可以得出：按照方案二改造情況，適當(dāng)降低二次風(fēng)距離布分板的距離同時(shí)縮小二次風(fēng)所在面積，可以提高密相區(qū)的流化速度，使更多的顆粒物流入稀相區(qū)，鍋爐的循環(huán)倍率增加，鍋爐傳熱增強(qiáng)，爐出口溫度提高，鍋爐出力增強(qiáng)。

圖7 3#爐鍋爐改造前后鍋爐出力對(duì)比圖

4.1.2 3#爐改造前后爐膛差壓變化情況

3#爐改造前后爐膛差壓變化情況如圖8。

圖8 3#爐鍋爐改造前后爐膛差壓出力對(duì)比圖

根據(jù)圖8可以得出：按照方案二改造情況，適當(dāng)降低二次風(fēng)距離布分板的距離同時(shí)縮小二次風(fēng)所在面積，可以提高密相區(qū)的流化速度，從而使更多的顆粒物流入稀相區(qū)(鍋爐密相區(qū)燃燒份額下降)，使稀相區(qū)的爐膛差壓增加。

4.1.3 3#爐改造前后爐出口溫度變化情況

根據(jù)圖9可以得出：按照方案二改造情況，適當(dāng)降低二次風(fēng)距離布分板的距離同時(shí)縮小二次風(fēng)所在面積，可以提高密相區(qū)的流化速度，從而使更多的顆粒物流入稀相區(qū)(鍋爐密相區(qū)燃燒份額下降)，爐出口溫度增高，鍋爐傳熱增加，鍋爐出力增強(qiáng)。

圖9 3#爐改造前后爐出口溫度對(duì)比圖

4.2 3#爐改結(jié)果

五陽(yáng)熱電廠3#爐改造前：

1)3#爐改造前鍋爐鍋爐出力56.2t/h；

2)3#爐改造前爐出口溫度為866.55℃；

3)3#爐改造前爐膛差壓為77.09Pa。

五陽(yáng)熱電廠3#爐改造后：

1)3#爐改造后鍋爐鍋爐出力69.0/h；

2)3#爐改造后爐出口溫度為907.87℃；

4)3#爐改造后爐膛差壓為827.89Pa。

5 結(jié)論

1)適當(dāng)降低二次風(fēng)噴口與布風(fēng)板的距離(相同爐膛下部結(jié)構(gòu))，可以提高稀相區(qū)顆粒物的濃度，降低密相區(qū)的顆粒物濃度；適當(dāng)縮小二次風(fēng)所在平面面積(二次風(fēng)所在平面距離布風(fēng)板的距離相等)，可以提高稀相區(qū)顆粒物的濃度，降低密相區(qū)的顆粒物濃度。

2)通過(guò)改造潞安集團(tuán)五陽(yáng)熱電廠鍋爐密相區(qū)結(jié)構(gòu)可以提高爐出口溫度，爐膛差壓明顯提高，鍋爐出力增強(qiáng)。