XX电厂600 MW锅炉数值模拟报告

XX电厂600MW锅炉数值模拟报告西安富凯能源科技有限责任公司西安富凯能源科技有限责任公司目录1设备简介.......................................................................................................................................12几何结构及网格...........................................................................................................................23数学模型与计算条件...................................................................................................................53.1数学模型............................................................................................................................53.2模拟条件............................................................................................................................53.2.1煤种技术参数.........................................................................................................53.2.2锅炉运行参数.........................................................................................................64模拟结果及讨论.........................................................................................................................104.1温度场..............................................................................................................................104.2煤粉浓度..........................................................................................................................254.3压力场..............................................................................................................................284.4速度场..............................................................................................................................314.5氧气浓度场......................................................................................................................404.6二氧化碳浓度场..............................................................................................................474.7一氧化碳浓度场..............................................................................................................544.8NOx浓度场.......................................................................................................................614.9焦炭燃尽率......................................................................................................................655结论............................................................................................................................................66西安富凯能源科技有限责任公司西安富凯能源科技有限责任公司11设备简介XX电厂一期工程选用5台600MW国产引进ABB-CE燃烧技术的锅炉，锅炉采用单炉膛П型露天布置，全钢架悬吊结构，固态排渣，型号为SG-2026/17.5-M905，是在总结上海吴泾第二发电厂两台亚临界、一次中间再热、平衡通风、控制循环燃煤汽包炉的设计、制造和运行的基础上，按创优、创名牌的要求进行改进设计和制造的。炉膛宽度19558mm，深度16940.5mm炉顶标高73000mm，汽包中心线标高74000mm，炉顶大板梁底标高81500mm。锅炉炉顶采用全密封结构，并设有大罩壳。水冷壁由ф51х6膜式水冷壁组成，炉底冷灰斗角度55°，炉顶密封采用水封结构，炉膛上部布置了分隔屏过热器，后屏过热器及屏式再热器，前墙与两侧墙前部均设有墙式辐射再热器。炉底下水包标高7760mm。水平烟道深度为8548mm，整个水平烟道由水冷壁管延伸部分和后烟井过热器管延伸部分包覆。内部布置有末级再热器和末级过热器。后烟井深度12768mm，布置了低温过热器和省煤器。炉前布置三台低压头炉水循环泵，炉后布置两台三分仓容克式空气预热器。锅炉采用正压直吹式制粉系统，一台锅炉配备六台HP-983型中速磨煤机，五台磨煤机运行可带锅炉MCR负荷，一台备用。燃烧器四角布置，切向燃烧，每台磨煤机有四根煤粉管连接至炉膛同一层煤粉喷嘴。嘴上排燃烧器喷口中心线标高34870mm，距分隔屏屏底20130mm，最下排燃烧器喷口中心线标高25570mm，距炉底冷灰斗转角5969mm。每角燃烧器设有三层启动及助燃油枪。炉膛部分布置90只墙式吹灰器，炉膛上部及对流烟道区域布置44只长行程吹灰器，每台预热器冷端各布置一只伸缩式吹灰器。西安富凯能源科技有限责任公司22几何结构及网格根据锅炉炉膛结构尺寸构建求解区域的几何模型，将整个炉膛作为计算区域，采用分区网格划分方法。在燃烧器区域进行网格加密以便准确模拟该区域的流动特性。经过网格测试后使用的总网格数为1144740。图1锅炉几何结构西安富凯能源科技有限责任公司3图2计算网格结构图3炉膛关键截面示意图西安富凯能源科技有限责任公司4图3表示了炉膛的关键截面，包括屏底截面，炉膛出口截面和outlet截面。屏底截面在炉膛高度55.6m处，炉膛出口截面在炉膛折焰角上方，垂直于水平烟道的竖直截面。西安富凯能源科技有限责任公司53数学模型与计算条件3.1数学模型采用Fluent6.3开展模拟计算，使用欧拉-拉格朗日方法模拟炉内的气固两相流动；使用k-ε双方程湍流模型模拟气相湍流流动；用混合分数概率密度函数模型模拟气相湍流燃烧；用颗粒随机轨道模型模拟煤粉颗粒的运动；煤的热解采用双方程平行反应模型；焦炭燃烧采用动力扩散控制反应速率模型；辐射传热计算采用P1法。3.2模拟条件一次风、二次风和燃尽风入口均采用质量流量入口边界条件；入口质量流量、温度根据设计参数给定；炉膛壁面采用定壁温边界条件。计算迭代时，采用SIMPLE算法求解离散方程组的压力和速度耦合，采用逐线迭代法及低松驰因子求解方程，离散方法均采用一阶迎风格式。3.2.1煤种技术参数数值模拟计算了不同煤种（神华煤、神华煤和石炭煤以质量比8比2组成的混煤）对锅炉性能的影响。其煤质参数分别如表1所示：西安富凯能源科技有限责任公司6表1煤的工业分析及元素分析名称及符号单位神华煤石炭煤混煤工业分析收到基全水分Mar%16.84.714.38空气干燥基水分Mad%3.071.172.85收到基灰分Aar%9.8127.3013.31收到基挥发份Var%25.6726.0225.74收到基固定碳FCar%47.7241.9846.57收到基低位发热量Qnet,arMJ/kg22.5620.7122.19元素分析收到基碳Car%59.4853.5658.30收到基氢Har%3.723.633.7收到基氧Oar%8.769.58.9收到基氮Nar%0.650.850.69收到基全硫St,ar%0.780.460.723.2.2锅炉运行参数(1)锅炉烧神华煤，有分离燃尽风布置采用该煤种模拟负荷为600MW,出口氧浓度分别为2%和3.5%，给煤量及风量分配如表2所示；各燃烧器布风情况如表3所示。西安富凯能源科技有限责任公司7表2给煤量及风量分配风过量空气系数风的类型温度(℃)比例1.1/1.2一次风770.2二次风3220.5燃尽风3220.3煤消耗量kg/s64.9空气量kg557.0/604.7表3各燃烧器配风风口编号风口类型数目(个)面积(m2)温度(℃)质量流量(kg/s)1燃尽风247.02322167.1/181.42一次风204.877111.4/120.93二次风409322278.5/302.4（2）锅炉烧混煤，有分离燃尽风布置采用神华煤和石炭煤以8:2组成的混煤为燃料，模拟负荷为600MW,出口氧浓度分别为2%和3.5%，给煤量及风量分配如表4所示；各燃烧器布风情况如表5所示。西安富凯能源科技有限责任公司8表4给煤量及风量分配风过量空气系数风的类型温度(℃)比例1.1/1.2一次风770.2二次风3220.5燃尽风3220.3煤消耗量kg/s66.0空气量kg555.2/602.8表5各燃烧器配风风口编号风口类型数目(个)面积(m2)温度(℃)质量流量(kg/s)1燃尽风247.02322166.6/180.82一次风204.877111.0/120.63二次风409322277.6/301.4（3）锅炉烧神华煤，无分离燃尽风布置采用该煤种模拟负荷为600MW,出口氧浓度分别为3.5%，给煤量及风量分配如表6所示；各燃烧器布风情况如表7所示。表6给煤量及风量分配风过量空气系数风的类型温度(℃)比例1.2一次风770.2二次风3220.8煤消耗量kg/s64.9空气量kg604.7西安富凯能源科技有限责任公司9表7各燃烧器配风风口编号风口类型数目(个)面积(m2)温度(℃)质量流量(kg/s)1一次风204.877120.92二次风409322483.8西安富凯能源科技有限责任公司104模拟结果及讨论4.1温度场(1)炉膛中心纵剖图图42%出口氧浓度下燃用混煤时炉膛纵剖面温度分布图西安富凯能源科技有限责任公司11图53.5%出口氧浓度下燃用混煤