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烟煤锅炉掺烧褐煤的数值模拟和试验研究

作　者: 王潜
导　师: 吕太
学　校: 东北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: 锅炉数值模拟掺烧褐煤燃烧试验研究
分类号: TK229.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,我国电力工业发展迅速,火力发电站的装机容量越来越大,单机容量已由90年代的300MW为主发展到现在的600~1000MW为主力机组。随之而来,煤炭供应也日趋紧张,电厂燃用煤炭价格急剧上升,为降低发电成本,提高经济效益,电站燃煤锅炉掺烧非设计煤种的现象已经非常普遍。据文献统计,2003年某些电厂的煤掺烧量已高达64%,2008年有近75%的电厂燃烧非设计煤种或混煤。中国的褐煤资源主要分布在东北地区,约占全国褐煤地质储量的75%以上。褐煤的煤龄短,挥发份含量较高,一般Vdaf>40%,且析出挥发份的温度较低,因此着火及燃烧都比较容易。褐煤属易燃、易爆、水分大、热值低的煤种。在设计煤种为烟煤的锅炉上掺烧褐煤会给锅炉及附属设备的安全、经济运行带来一定的威胁。一般情况下,烟煤锅炉掺烧褐煤会产生影响有:1)混煤挥发份高,易自燃引起制粉系统爆炸;2)混煤发热量低,造成制粉系统出力不足;3)掺烧褐煤后,煤质特性将有所偏差,可能会造成锅炉燃烧工况差,受热面和燃烧器结渣等问题。本文采用标准k -ε紊流模型等数学模型,对某发电有限责任公司600MW烟煤锅炉掺烧褐煤燃烧过程进行了数值模拟。本文总共模拟了三个工况,并对这三个工况进行了对比和分析,结果表明掺烧褐煤后炉内温度场要低于单烧烟煤,说明掺烧褐煤后锅炉炉内温度场有所下降,这与试验结果是相符的。本文的模拟结果对了解和优化四角切圆燃煤锅炉的设计、改造及安全运行有着重要的应用价值,可以提供参考意见以及有益的指导。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究的背景及意义  11-13
  1.2 煤粉炉炉内数值模拟研究现状  13-15
  1.3 本文研究工作的主要内容  15-17
第2章掺烧褐煤燃烧的试验方案  17-29
  2.1 试验目的  17
  2.2 试验依据标准  17
  2.3 锅炉设备概况  17-20
  2.4 掺烧褐煤的技术分析  20-21
    2.4.1 低位发热量  20
    2.4.2 水分  20
    2.4.3 灰分特性  20-21
    2.4.4 可磨性  21
    2.4.5 燃烧性能  21
    2.4.6 爆炸性  21
  2.5 试验方式及方法  21-23
    2.5.1 试验方式  21
    2.5.2 磨煤机的性能试验方法  21-22
    2.5.3 磨煤机的最大出力试验  22
    2.5.4 磨煤单耗试验  22-23
    2.5.5 掺烧褐煤制粉系统热力计算  23
  2.6 锅炉热效率试验  23-25
    2.6.1 排烟温度  23
    2.6.2 烟气分析  23-24
    2.6.3 原煤取样  24
    2.6.4 飞灰取样  24
    2.6.5 炉渣取样  24
    2.6.6 石子煤计量及取样  24
    2.6.7 环境温度及大气压力测量  24
    2.6.8 表盘数据记录  24-25
  2.7 煤耗计算  25-26
    2.7.1 机组试验发电煤耗  25
    2.7.2 机组试验供电煤耗  25-26
  2.8 锅炉磨煤机的性能试验  26-29
    2.8.1 掺烧后磨煤机运行状况  26-27
    2.8.2 掺烧前后磨煤机煤粉细度  27-28
    2.8.3 掺烧褐煤可能给机组带来的问题  28-29
第3章锅炉实体的FLUENT 建模  29-44
  3.1 研究对象概况  29-30
  3.2 针对锅炉实体构建模型  30-32
  3.3 数学模型  32-42
    3.3.1 气相湍流流动  32-35
    3.3.2 煤粉颗粒运动  35-37
    3.3.3 挥发份释放及燃烧和焦炭的燃烧  37-39
    3.3.4 辐射换热  39-42
  3.4 模拟工况及边界条件  42-44
    3.4.1 冷态模拟工况及边界条件  42
    3.4.2 热态模拟工况及边界条件  42-44
第4章试验结果与模拟结果分析讨论  44-55
  4.1 锅炉效率  44-45
  4.2 供电煤耗  45-47
  4.3 掺烧前后炉膛温度场  47-48
  4.4 冷态模拟结果分析  48-51
    4.4.1 冷态空气动力场  48-50
    4.4.2 冷态模拟结果与试验结果对比分析  50-51
  4.5 掺烧褐煤数值模拟结果  51-55
    4.5.1 温度场  51-52
    4.5.2 炉内CO 浓度分布  52-53
    4.5.3 颗粒运动轨迹  53-55
结论  55-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-62
致谢  62

烟煤锅炉掺烧褐煤的数值模拟和试验研究

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