姜思源,王永英,周建明,張 鑫,宋春燕

(1.煤炭科學研究總院節(jié)能工程技術(shù)研究分院,北京 100013;2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室,北京 100013;3.國家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點實驗室,北京 100013)

中等揮發(fā)分煙煤回燃逆噴式燃燒數(shù)值模擬

姜思源1,2,3,王永英1,2,3,周建明1,2,3,張 鑫1,2,3,宋春燕1,2,3

(1.煤炭科學研究總院節(jié)能工程技術(shù)研究分院,北京 100013;2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室,北京 100013;3.國家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點實驗室,北京 100013)

為擴展逆噴室燃煤粉工業(yè)鍋爐對中等揮發(fā)分煙煤的適用性,以大同煙煤為研究對象,利用數(shù)值模擬技術(shù),對14 MW旋流逆噴式燃燒器三維建模,模擬了燃燒器內(nèi)的燃燒組織過程。通過對比揮發(fā)分較高的神華煤模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):著火位置、供料量和燃燒室溫度均是影響中揮發(fā)分煙煤燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵因素,延長高溫區(qū)域、增加回流區(qū)域面積、強化燃燒器燃燒過程組織可有效提高燃燒器對中等揮發(fā)分煤種的燃燒效果,根據(jù)煤質(zhì)特性,選擇相應的運行條件可起到良好的穩(wěn)定燃燒作用。結(jié)合現(xiàn)場運行,同時對現(xiàn)有燃燒器進行了優(yōu)化研究,最終確定了14 MW燃燒器燃用大同煤的最佳運行工況,即一次風速為24 m/s、二次風速為10 m/s和進料量為0.35 kg/s的優(yōu)化運行條件,經(jīng)對運行過程檢測,燃燒器出口和爐膛溫度由原來的926.5℃和856.7℃分別升高至1 055.6℃和938.8℃,燃燒效率達到98%以上,燃燒更加穩(wěn)定。

中等揮發(fā)分煙煤;燃燒特性;煤粉燃燒

Key words:middle volatile coal;combustion characteristic;pulverized-coal combustion

由煤炭科學研究總院自主研發(fā)的高效煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)自2006年推廣示范以來,已在國內(nèi)大量推廣應用,取得了良好的節(jié)能減排示范效果,得到了市場的廣泛認可[1]。但因其燃燒器現(xiàn)有的回燃逆噴式結(jié)構(gòu),目前僅限于使用神木府谷及鄂爾多斯地區(qū)Vdaf≥30%的優(yōu)質(zhì)長焰煤作為燃料,制約了其今后的迅速發(fā)展[2]。因此,深入研究該類型燃燒器結(jié)構(gòu)對燃燒過程影響,改進其結(jié)構(gòu),拓寬其煤種使用范圍,將對煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的完善和發(fā)展具有重大意義。

國內(nèi)外研究機構(gòu)為拓展燃燒器對低揮發(fā)煤種的適應性,均進行了相應的燃燒器結(jié)構(gòu)研究。日本三菱和日立公司,利用濃淡分離技術(shù),針對低揮發(fā)分煤開發(fā)了PM燃燒器和NR燃燒器;美國B&G公司設(shè)計的DRB燃燒器,利用分級配風技術(shù),實現(xiàn)了低揮發(fā)分煤的低氮燃燒;清華大學和中國科學院力學研究所等單位開發(fā)了大速差射流燃燒器,在電站鍋爐內(nèi)實現(xiàn)了對各種低揮發(fā)分煤的燃燒[3]。燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計主要通過理論分析和綜合試驗研究結(jié)果而提出來。隨著計算流體力學的發(fā)展和數(shù)值模擬技術(shù)在電站鍋爐、循環(huán)流化床鍋爐的成功應用,數(shù)值模擬技術(shù)已成為燃燒器研究的重要手段。劉建全等利用數(shù)值模擬技術(shù)對1 000 MW超臨界鍋爐進行了研究,比較了3種燃燒器改進方案,選定二次風擴口減少為最佳改進方案[4],同時研究了燃燒器穩(wěn)燃特性對氮氧化物排放特性的影響[5]。陳冬林等通過計算流體力學方法研究了一種多段式自預熱燃燒器及其4種典型的預熱室結(jié)構(gòu)[6],并利用數(shù)值模擬設(shè)計了一種新型的多段式自預熱燃燒器[7]。被認為是燃燒學基礎(chǔ)研究實現(xiàn)了歷史性突破的大渦模擬和直接模擬在煤粉燃燒領(lǐng)域的應用,更是讓數(shù)值模擬技術(shù)逐漸脫離實驗研究,而成為獨立的研究手段[8]。Akitoshi Fujita等利用直接模擬研究了噴射火焰,分析了燃燒過程中氣液固三相間傳熱與火焰?zhèn)鞑ニ俣?確定了燃料液滴尺寸對火焰噴射的影響[9]。正是數(shù)值模擬技術(shù)在燃燒領(lǐng)域這些具有典型性的成功案例,使其已經(jīng)成為一種被廣泛接受的燃燒器結(jié)構(gòu)研究手段[10]。

筆者選用20 t/h煤粉鍋爐使用的14MW回燃逆噴式燃燒器為模擬對象,對煤粉在燃燒器內(nèi)的燃燒過程進行三維模擬。針對影響煤粉穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵因素,對其運行工況進行優(yōu)化,通過工程應用對優(yōu)化結(jié)果進行驗證。

1 煤質(zhì)分析

選用大同煤粉鍋爐系統(tǒng)實際燃用煙煤作為中等揮發(fā)分煙煤代表,煤樣的工業(yè)分析和元素分析見表1。其熱重分析采用德國STA 449 F3熱重分析儀,實驗條件為:升溫速率20℃/min,氣氛流量100 mL/ min空氣,樣品用量30 mg。

表1 煤樣工業(yè)分析與元素分析Table 1 Proximate and ultim ate analysis of coal sam p le%

利用熱重曲線(圖1)計算煤燃燒反應參數(shù)指前因子和反應活化能[11],經(jīng)計算指前因子A為6.7,反應活化能E為113.8 MJ/mol。依據(jù)煤的工業(yè)分析、元素分析和煤燃燒反應參數(shù),設(shè)置Fluent中的物性參數(shù):固定碳質(zhì)量分數(shù)為44.84%;燃燼率為10.6%;著火點為445.2℃;燃燒反應指前因子為6.7;燃燒反應活化能為113.8 MJ/mol。

2 計算方法和數(shù)學模型

模擬計算在計算流體力學商業(yè)軟件ANSYS Fluent 14.5上完成。求解過程使用隱式線性分離計算法,利用SIMPLE算法求解壓力速度耦合。采用二階迎風格式計算所有輸運方程,以提高計算精度。計算過程考慮重力加速度。溫度相關(guān)的流體性質(zhì)使用理想氣體混合率進行計算[12]。

圖1 熱重分析曲線Fig.1 Thermography curves of coal

2.1 連續(xù)相方程

流體流動過程在歐拉坐標系下進行求解。連續(xù)相方程為質(zhì)量、動量、能量的連續(xù)性方程和時間均值的納維斯托克斯方程。同時,在連續(xù)相方程中添加組分輸運方程以求解反應流。

2.2 湍流模型

湍流模型使用Realizable k-ε模型,以準確模擬燃燒器中存在的中等強度旋流,并使用標準壁面函數(shù)對湍流近壁處進行模擬[13]。

2.3 輻射模型

輻射模型使用離散坐標輻射模型,并采用灰氣加權(quán)和模型(the weighted-sum-of-gray-gasesmodel)計算氣體的輻射吸收系數(shù)。

2.4 離散相模型

煤粉顆粒使用拉格朗日坐標系下的隨機顆粒軌道模型進行模擬。每15步計算更新一次相間的熱量、質(zhì)量和動量交換。煤粉顆粒從一次風入口進入,入射速度與一次風相同[14]。

2.5 化學反應模擬

為提高計算效率,采用總包反應機理對煤燃燒過程進行簡化,機理見表2,將煤粉燃燒過程分為揮發(fā)分析出、揮發(fā)分燃燒和固定碳燃燒3個部分,其中揮發(fā)分析出和燃燒過程被等價為揮發(fā)分產(chǎn)物的氧化過程[15],燃燒各過程所使用的反應模型見表3。

表2 簡化的煤燃燒反應Table 2 Simplified coal combustion mechanism

表3 反應模型Table 3 Chem ical processesmodels

3 燃燒器網(wǎng)格劃分

煤粉燃燒器由一次風管、回流帽、雙錐燃燒室、導流葉片和二次風殼組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。燃燒過程為:一次風攜帶煤粉由一次風管進入燃燒器,經(jīng)回流帽反射后進入雙錐燃燒室;二次風由二次風口進入燃燒器,經(jīng)導流葉片導流后進入雙錐燃燒室;一次風和二次風在雙錐燃燒室內(nèi)相遇,并由油槍點燃煤粉,使煤粉著火燃燒,在旋流二次風的作用下氣流逆向旋轉(zhuǎn)至燃燒器出口,進入爐膛煤粉繼續(xù)完成燃燒過程。表4列出了模擬邊界條件。

圖2 燃燒器結(jié)構(gòu)Fig.2 Burner structure

表4 模擬邊界條件Table 4 Boundary conditions of simulation

為滿足熱態(tài)模擬的網(wǎng)格質(zhì)量要求,利用ICEM網(wǎng)格劃分軟件對物理模型進行網(wǎng)格劃分。燃燒器采用全六面體網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格總數(shù)5 664 032,最小與最大雅克比矩陣行列式比值大于0.73(圖3)。

圖3 燃燒器網(wǎng)格Fig.3 Grid of burner

為滿足邊界層條件對一次風管兩側(cè)雙錐燃燒器內(nèi)部進行網(wǎng)格加密;為模擬回流帽處流場轉(zhuǎn)向和滿足回流帽的邊界層條件,使用o-block技術(shù)對回流帽內(nèi)部進行網(wǎng)格加密;一、二次風相互作用處因速度梯度大進行局部網(wǎng)格加密,火焰內(nèi)部和邊緣由于溫度梯度大而進行局部網(wǎng)格加密[16](圖4～6)。

4 額定工況模擬

額定工況為:一次風速為16 m/s;二次風速為8 m/s;進料量為0.18 kg/s。

圖4 燃燒器內(nèi)部網(wǎng)格Fig.4 Grid of interior burner

圖5 回流帽邊界層網(wǎng)格加密Fig.5 Grid of reflux cap

圖6 導流葉片網(wǎng)格Fig.6 Grid of guide vane

4.1 溫度場分析

圖7為燃燒器y=0切面和x=1.5切面的溫度分布云圖。可知,燃燒室內(nèi)部溫度分布近似為軸對稱分布,對稱軸為x軸。圖中火焰右側(cè)的高溫區(qū)是煤粉著火區(qū),煤粉運動至著火區(qū)處著火燃燒?；亓髅背隹谥林饏^(qū)前的低溫區(qū)為煤粉加熱區(qū),一次風和煤粉在加熱區(qū)內(nèi)通過火焰的輻射和對流加熱達到著火溫度?；鹧孀髠?cè)的高溫區(qū)是煤粉聚集區(qū),二次風的旋流作用使風、粉向燃燒器中軸聚集,聚集區(qū)內(nèi)煤粉濃度高,反應劇烈,產(chǎn)生高溫區(qū)。

4.2 速度場分析

圖8為y=0平面的速度分布和速度矢量分布?？芍?二次風進入燃燒室后,經(jīng)前錐擴角擴散,產(chǎn)生一個中速區(qū);一次風通過回流帽進入燃燒室,在回流帽出口形成一個高速區(qū);一次風和二次風在燃燒室前錐中部相遇,產(chǎn)生一個低速區(qū);二次風與一次風匯合后,在回流帽外部形成半弧形低速區(qū),弧內(nèi)部為高溫煙氣回流區(qū);一、二次風經(jīng)后錐加速后,在燃燒器出口形成一股高速射流進入爐膛。分析速度場可知,逆噴式燃燒實現(xiàn)了煤粉輸運段和反應段的速度轉(zhuǎn)換:輸運段煤粉為高速,保證了供料的穩(wěn)定性;反應段煤粉為低速,保證了著火的穩(wěn)定性。

4.3 連續(xù)相和離散相分析

圖9為一次風和二次風的軌跡流線?？芍?二次風經(jīng)導流葉片進入燃燒室后,運動軌跡成螺旋線型,沿x軸旋轉(zhuǎn)進入爐膛;一次風經(jīng)回流帽轉(zhuǎn)向后,逆噴進入燃燒室,遇二次風后再次轉(zhuǎn)向,并在二次風的旋流作用下,運動軌跡也變成螺旋型,旋轉(zhuǎn)進入爐膛。葉片對二次風的導流作用,增強了燃燒室內(nèi)的旋流強度,促進了燃燒器內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)作用。同時,燃燒器出口旋流有助于加強燃燒器后錐的聚火作用,升高了燃燒器后錐火焰溫度。

圖7 燃燒器切面溫度場分布Fig.7 The temperature distribution of longitudinal-section in the chamber

圖10為內(nèi)側(cè)和外側(cè)顆粒物軌跡?？芍?燃燒器內(nèi)顆粒物軌跡可分為兩種,均由回流帽射入燃燒室,在一、二次風接觸的低速區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向后距錐面更近的外層煤粉顆粒,在二次風作用下,軌跡變?yōu)槁菪€型,旋轉(zhuǎn)進入爐膛;靠近回流帽的內(nèi)層煤粉顆粒進入渦流區(qū),圍繞渦流旋轉(zhuǎn)后,進入爐膛。通過離散相顆粒物停留時間分析可得煤粉顆粒的最短停留時間為0.4 s,最長為0.7 s,平均為0.5 s。對比直噴式燃燒器,逆噴式進料延長了煤粉顆粒的停留時間,提高了燃燒器內(nèi)平均溫度,使燃燒更加穩(wěn)定。

圖8 燃燒器切面(y=0)速度分布與速度矢量分布Fig.8 The velocity distribution and velocity vector distribution of longitudinal-section(y=0)in the chamber

圖9 一次風和二次風軌跡流線Fig.9 The pathline of primary air and secondary air

圖10 內(nèi)側(cè)渦流顆粒物和外側(cè)螺旋顆粒物軌跡線Fig.10 The inside whirlpool particle and outside spiral particle trajectory

4.4 燃燒的組織合理性

由模擬結(jié)果分析可知,旋流逆噴燃燒的組織過程合理,為中等揮發(fā)分煙煤的快速著火和穩(wěn)定燃燒提供了有利條件:①煤粉著火區(qū)為溫度場中的高溫區(qū)和速度場中的低速區(qū)。著火區(qū)內(nèi)煤粉的流動速度最低、濃度大,與新鮮二次風接觸氧含量高,有益于煤粉的迅速點燃和穩(wěn)定燃燒,符合煤粉火焰穩(wěn)定燃燒原理中的“三高區(qū)”原理[17];②一次風在燃燒器中的逆噴使煤粉在點燃前經(jīng)過一段減速加熱區(qū),且加熱區(qū)上方存在高溫煙氣回流,加熱過程中一次風的減速和高溫煙氣回流保證了煤粉的著火燃燒;③煤粉著火后,旋流作用使煤粉向燃燒器中軸運動,在燃燒室后錐產(chǎn)生高濃度煤粉區(qū),從而產(chǎn)生了燃燒反應強烈的高溫區(qū),保證了后錐處煤粉的充分燃燒。

4.5 中等揮發(fā)分煙煤穩(wěn)燃因素

因煤質(zhì)特性差異,中等揮發(fā)分大同煙煤燃燒溫度場與神華煤溫度場相比[18]存在以下不足:①大同煤揮發(fā)分低、煤粉著火熱高,導致火焰內(nèi)部存在明顯低溫區(qū);②大同煤反應性差、熱值低,造成燃燒器出口溫度低,僅為1 127 K;③大同煤著火位置靠前,火焰長度過短,導致燃燒室內(nèi)存在大量低溫區(qū)。

中等變質(zhì)煙煤溫度場總體溫度低,難以保證其在低負荷下的穩(wěn)定燃燒;而溫度場總體溫度低,歸結(jié)于著火點靠前。綜上,中等揮發(fā)分煙煤穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵因素為著火位置、供料量和燃燒室溫度。

5 工況優(yōu)化

為調(diào)整著火位置、確定供料量、提高燃燒室內(nèi)溫度,對運行工況進行優(yōu)化(表5)。

表5 模擬工況Table 5 The operating cond itions of simulation

5.1 一次風速

一次風速影響著火位置。高一次風速(28 m/s)下,著火位置靠近燃燒器前蓋(圖11(a)),會導致燃燒器過熱;低一次風速(16 m/s)下,著火位置靠前(圖7),火焰過短,且不利于點火槍點燃煤粉。合理的火點位置應位于燃燒室后錐中部,既能避免燃燒器前蓋過熱,又能擴大燃燒器內(nèi)煤粉燃燒區(qū)域。

5.2 二次風速

二次風速影響火焰厚。高速二次風(11 m/s)壓縮火焰厚度,減少燃燒器內(nèi)煤粉燃燒區(qū)域,降低燃燒器內(nèi)整體溫度,不利于煤粉在燃燒器內(nèi)的燃燒,影響燃燒的穩(wěn)定性,如圖11(b)所示;低二次(5m/s)風不能提供煤粉燃燒所需氧氣,無法保持燃燒強度和燃燒穩(wěn)定性。

圖11 溫度場分布Fig.11 The temperature distribution

5.3 進料量

進料量影響燃燒室內(nèi)溫度和火焰內(nèi)低溫區(qū)面積。增大進料量可以提升燃燒室內(nèi)溫度,如圖11(c)所示。同時,增大進料量也會增加火焰內(nèi)低溫區(qū)面積,因此過大的進料量可能導致斷火,如圖11(d)所示。

5.4 工況的優(yōu)化

根據(jù)工況對燃燒穩(wěn)定性的影響,最終確定優(yōu)化工況如下:增加一次風速至24 m/s,二次風速至10 m/ s,使著火點位置后移,火焰長度增加;控制合理低溫區(qū)面積,并增加進料量至0.35 kg/s,使燃燒器內(nèi)總體溫度升高。

優(yōu)化工況后,溫度場得到明顯改善:雙錐燃燒室內(nèi)火焰面積增加,燃燒器內(nèi)溫度升高,增強了燃燒器內(nèi)輻射傳熱;低溫區(qū)向燃燒器軸向延伸距離增加,著火區(qū)面積增加,進一步加強了煤粉在燃燒器內(nèi)的輻射和對流傳熱,提高了燃燒器組織中等揮發(fā)分煙煤的著火和穩(wěn)燃能力(圖12)。

圖12 優(yōu)化后的溫度場分布Fig.12 The temperature distribution after optimizing

5.5 工程實測驗證

為驗證模擬結(jié)果的正確性,在同煤集團20 t/h煤粉鍋爐進行燃燒器優(yōu)化后工況驗證。結(jié)果顯示,優(yōu)化后燃燒器出口溫度由原額定工況的平均926.5℃(運行24 h的平均值)提升到平均1 055.6℃;燃燒效率由原來94%提升到98%;爐膛內(nèi)部溫度由平均856.7℃提升到938.8℃;爐膛負壓和燃燒穩(wěn)定性均得到提高,顯著改善了燃燒器對大同煙煤適應性。

6 結(jié) 論

(1)逆噴雙錐燃燒室燃燒器為煤粉燃燒提供了有利條件。但由于中等揮發(fā)分煙煤煤質(zhì)反應性差,從而顯著影響了燃燒室內(nèi)溫度場分布,造成其難以穩(wěn)定燃燒。

(2)優(yōu)化運行參數(shù),延長高溫區(qū)域,增加回流區(qū)域面積,強化燃燒器燃燒過程組織,可有效提高燃燒器對中等揮發(fā)分煙煤的組織燃燒能力。

(3)通過模擬和應用研究,示范鍋爐使用的中等揮發(fā)分大同煙煤的燃燒效果得到顯著改善,燃燒器出口溫度和爐膛內(nèi)部溫度由原來926.5℃和856.7℃分別升高至1 055.6℃和938.8℃,燃燒效率達到98%以上,燃燒更加穩(wěn)定。

[1] 李緒國.我國煤炭資源安全高效綠色開發(fā)現(xiàn)狀與思路[J].煤炭科學技術(shù),2013,41(8):53-57.

Li Xuguo.Status and idea on safety and high efficient and green development of China coal resource[J].Coal Science and Technology, 2013,41(8):53-57.

[2] 馮現(xiàn)河.高效煤粉工業(yè)鍋爐技術(shù)開發(fā)機示范推廣[J].潔凈煤技術(shù),2011,17(4):62-66.

Feng Xianhe.Development and popularization of efficient pulverized coal fired industrial boiler technology[J].Clean Coal Technology, 2011,17(4):62-66.

[3] 周建明.低揮發(fā)分煤粉燃燒新技術(shù)發(fā)展與應用[J].潔凈煤技術(shù),2011,17(4):54-57,81.

Zhou Jianming,Development and application of low volatile pulverized coal combustion technique[J].Clean Coal Technology,2011, 17(4):54-57,81.

[4] 劉建全,孫保民,張廣才,等.1 000 MW超超臨界旋流燃燒鍋爐穩(wěn)燃特性數(shù)值模擬與優(yōu)化[J].中國電機工程學報,2012,32 (8):19-27,144.Liu Jianquan,Sun Baomin,Zhang Guangcai,etal.Numericalsimulation and optimization on stable combustion of a 1 000 MW ultra supercritical unit swirl combustion boiler[J].Proceedings of the CSEE,2012,32(8):19-27,144.

[5] 劉建全,孫保民,白 濤,等.穩(wěn)燃特性對1 000 MW超超臨界鍋爐NOx排放特性影響的數(shù)值模擬[J].機械工程學報,2011,47 (22):132-139.

Liu Jianquan,Sun Baomin,Bai Tao,et al.Numerical simulation of NOxemission of1 000 MW ultra supercritical swirl combustion boiler on different combustion stability conditions[J].Journal of Mechanical Engineering,2011,47(22):132-139.

[6] 陳冬林,成 珊,贠 英,等.預熱室結(jié)構(gòu)對多段式自預熱燃燒器內(nèi)燃燒及NOx排放特性的影響[J].動力工程學報,2012,32 (10):765-769,785.

Chen Donglin,Cheng Shan,Yun Ying,et al.Effects of the structure of preheating chamber on combustion and NOxemission of amultistage self-preheating burner[J].Journal of Chinese Society of Power Engineering,2012,32(10):765-769,785.

[7] 陳冬林,成 珊,贠 英,等.新型多段式自預熱燃燒器設(shè)計與數(shù)值模擬[J].中南大學學報(自然科學版),2013,44(2):811-816.

Chen Donglin,Cheng Shan,Yun Ying,et al.Design and numerical simulation of new multi-stage self-preheating burner[J].Journal of Chinese Society of Power Engineering,2013,44(2):811-816.

[8] 徐旭常,周力行.燃燒技術(shù)手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2008:265-266.

[9] Akitoshi Fujita,HiroakiWatanabe,Ryoichi Kurose,et al.Two-dimensional direct numerical simulation of spray flames-Part1:Effects of equivalence ratio,fuel droplet size and radiation,and validity of flameletmodel[J].Fuel,2013,104:515-525.

[10] 張瑞卿,楊海瑞,呂俊復.應用于循環(huán)流化床鍋爐氣固流動和燃燒的CPFD數(shù)值模擬[J].中國電機工程學報,2013,33(23): 75-83,6.

Zhang Ruiqing,Yang Hairui,LüJunfu.Application of CPFD approach on gas-solid flow and combustion in industrial CFB Boilers [J].Proceedings of the CSEE,2013,33(23):75-83,6.

[11] Jovanovic Rastko,Milewska Aleksandra,Swiatkowski Bartosz,et al.Sensitivity analysis of different devolatilisation models on predicting ignition pointposition during pulverized coal combustion in O2/ N2and O2/CO2atmospheres[J].Fuel,2012,101:23-37.

[12] 李鵬飛,徐敏義,王飛飛.精通CFD工程仿真與案例實戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2011:86-192.

[13] 徐旭常,呂俊復,張 海.燃燒理論與燃燒設(shè)備[M].北京:科學出版社,2012:527-531.

[14] 丁歷威,李鳳瑞.Fluent軟件模擬計算煤粉燃燒的機理及其模型實現(xiàn)的方式[J].浙江電力,2010(11):31-34.

Ding Liwei,Li Fengrui.Mechanism andmodel realization of pulverized coal combustion simulation and calculation with Fluent[J].Zhejiang Electric Power,2010(11):31-34.

[15] Choi Choeng Ryul,Kim Chang Nyung.Numerical investigation on the flow combustion and NOxemission characteristics in a500MW tangentially fired pulverized-coal boiler[J].Fuel,2009,88(9):1720-1731.

[16] Al-Abbas Audai Hussein,Naser Jamal.Computational fluid dynamicmodeling ofa550MW tangentially-fired furnace under different operating conditions[J].Procedia Engineering,2013,56:387-392.

[17] Silva Rodrigo Corrêa Da,Kangwanpongpan Tanin,Krautz Hans Joachim.Flame pattern,temperatures and stability limits of pulverized oxy-coal combustion[J].Fuel,2014,115:507-520.

[18] 紀任山.煤粉工業(yè)鍋爐燃燒的數(shù)值模擬[J].煤炭學報,2009, 34(12):1703-1706.Ji Renshan.Numerical simulation of combustion in the industrial pulverized-coal boiler[J].Journal of China Coal Society,2009,34 (12):1703-1706.

Numerical sim ulation on m idd le volatile coal com bustion in reversed injection burner

JIANG Si-yuan1,2,3,WANG Yong-ying1,2,3,ZHOU Jian-ming1,2,3,ZHANG Xin1,2,3,SONG Chun-yan1,2,3

(1.Energy Conservation and Engineering Technology Research Institute,China Coal Research Institute,Beijing 100013,China;2.State Key Laboratory of High EfficientMining and Clean Utilization ofCoal Resources(China Coal Research Institute),Beijing 100013,China;3.National Energy Technology and E-quipment Laboratory of Coal Utilization and Emission Control(China Coal Research Institute),Beijing 100013,China)

In order to broaden middle volatile coal adaptability on the pulverized-coal industrial boiler system,the three-dimension model of the 14 MW reversed injection burner was built by using the Datong coal and the simulation technology.Compared the simulation results of Datong coal and Shenhua coal,the position of ignition,feed flow,temperature of combustor are the pivotal conditions of stable combustion,extending high-temperature area,increasing the area of recirculation zone and improving combustion performance,which could efficiently improve the combustion capability of themiddle volatile coal.The optimum operating conditionswhich determined by characteristics of coalwere also researched,the optimized operation conditions of the Datong coalwere fix on at last,that is,the primary air speed 24 m/s,the secondary air speed 10 m/s,the feed flow 0.35 kg/s.By the industry testes,the outlet temperature of burner changes from 926.5℃to 1 055.6℃;the temperature of boiler changes from 856.7℃to 938.8℃and combustion efficiency is up to 98%;the coal burning process aremore steadily.

TQ534

A

0253-9993(2014)06-1147-07

姜思源,王永英,周建明,等.中等揮發(fā)分煙煤回燃逆噴式燃燒數(shù)值模擬[J].煤炭學報,2014,39(6):1147-1153.

10.13225/j.cnki.jccs.2014.0055

Jiang Siyuan,Wang Yongying,Zhou Jianming,et al.Numerical simulation on middle volatile coal combustion in reversed injection burner [J].Journal of China Coal Society,2014,39(6):1147-1153.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2014.0055

2014-01-16 責任編輯:張曉寧

國家國際科技合作資助項目(2012DFA60860);煤炭科學研究總院基礎(chǔ)研究基金資助項目(2012JC04)

姜思源(1988—),男,陜西榆林人,碩士研究生。Tel:010-84264902,E-mail:erlejsy@163.com