摘要：燃煤锅炉在运行中出现问题，则需要进行燃烧调整试验。通过试验将锅炉运行参数调整到最佳状态，本文数据来源于某热电厂 2×300MW 亚临界对冲燃烧锅炉的燃烧调整验。利用仿真软件 ANSYS FLUENT 对锅炉内部的燃烧状况进行数值模拟，可以非常方便的获得多种工况下的运行参数，采用现场试验与数值模拟相结合的方法，可以更加深入、直观的掌握锅炉内部的燃烧情况。
关键词：300MW；对冲燃烧；锅炉燃烧；优化调整；试验研究
1测试方法及内容
优化燃烧调整试验及性能考核试验均根据《电站锅炉性能试验规程》按反平衡计算锅炉热效率。主要测试方法如下：
第一温度测量：空气预热器出口烟道烟温按代表点法用特制的 K 型热电偶测量，10~15min 测一次，其代表点根据辅助试验测量面的温度场确定，每一代表点孔上纵深方向按网格法装有 4 个铠装热电偶，以提高测量精度。送风温度用玻璃管温度计测量。
第二烟气成分测量：空气预热器进、出口烟气中氧量采用南京分析仪器厂生产的热效率仪测量，出口截面直接用网格法测量，入口截面用代表点法测量，每 10~15min 测量一次。入口截面的代表点根据辅助试验中该截面氧量分布结果确定。
第三原煤取样：根据负荷及粉仓情况，于试验开始前在给煤机处取样，装入磨口瓶内密封，每一试验工况取样两次，混合后进行分析。
第四煤粉取样：煤粉取样在给粉机下粉管上采取，装入塑料袋内，进行工业分析。
第五飞灰取样：性能考核的热效率测定项目采用等速取样法采集飞灰，其它项目取样均采用撞击式取样器采集，并用等速取样进行标定。甲、乙两侧烟道的标定系数分别为 0.75 和 0.79。
第六大渣取样：大渣取样在炉底排渣口采取。由于 1 号炉是定期排渣，渣样采集根据试验情况及排渣情况具体安排。
第七炉膛出口烟气温度测量：用特设的装在炉膛出口水平烟道末级再热器后烟道截面上的 16根铠装热电偶测量该烟道截面 2 个标高（51.9m 和55.55m）烟道宽度方向的烟气温度分布。每一试验工况测量 2 次。
第八水冷壁近壁气氛测量：用特设的测点及德国 PMA10 型氧量仪及 CO 测定仪测量水冷壁近壁气氛中的 O2和 CO。每一试验工况测定一次。
第九运行参数记录：采用 1 号机组配套的数据采集系统打印与试验有关的运行参数，每 15min打印一次。
2锅炉燃烧调整试验
2.1运行氧量、排烟温度参数标定试验
试验目的在于校验运行氧量表和排烟温度的准确性。将锅炉调整到试验负荷下运行时，利用烟气分析仪对省煤器入口烟道、SCR 出入口烟道采用网格法进行烟气中O2含量的实地测量，同时记录表盘指示 O2含量。在空预器出口两侧烟道同样采用网格法进行排烟温度测试，同时记录表盘指示排烟温度，试验结束后将两侧测量平均值与表盘指示平均值进行比较。
2.2空预器性能试验
采用网格法在每台空气预热器入口、出口处布置多个采样点，利用试验设备烟气分析仪在进、出口同时进行烟气采样分析并记录分析结果，试验期间表盘记录每 15min 记录一次，同时进行空预器烟气侧、空气侧阻力测试。
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2.3 一次风压优化试验
锅炉在 70%额定负荷下稳定运行，分别维持不同一次风压，每个工况下运行 2h，观察锅炉主要参数变化情况，锅炉效率变化情况，NOx 排放情况，并对飞灰和炉渣可燃物进行分析，根据试验结果确定当前煤种下合适的一次风量。
2.4 运行氧量优化试验
在最佳燃尽风量下，保持锅炉分别在 100%、70%额定负荷下稳定运行，每个负荷维持 3 种不同的运行氧量，每个工况下稳定运行 2h，观察锅炉主要参数变化情况，锅炉效率变化情况，NOx 排放情况，并对飞灰和炉渣可燃物进行分析，根据试验结果确定当前煤种条件下最佳运行氧量。
2.5 二次风配风优化试验
试验在 90%额定负荷下进行，根据现场实际情况，对各层二次风配风进行重新调整，观察尾部 NOx 排放情况，并对飞灰和炉渣可燃物进行分析，根据优化试验结果确定最佳的各层二次风配比参数。
2.6 燃尽风优化试验
锅炉分别在 100%、80%、60%额定负荷下稳定运行，分别维持不同过燃风门开度，每个工况下运行 2h，观察锅炉主要参数变化情况、NOx 排放变化，并对飞灰和炉渣可燃物进行分析，根据试验结果确定当前煤种下最佳过燃尽风量。 通过对三个不同地区的热电厂的燃烧调整试验，对锅炉燃烧调整又有了更加清楚的认识，熟悉了电厂锅炉燃烧调整的方法为后续锅炉燃烧的数值模拟不仅开阔了思路而且还提供了有力的数据支持。
3煤粉炉内燃烧的数值计算模型
煤粉燃烧实际上是一系列比较复杂的物理化学过程，那么，格局相关的理论研究发现，其主要机理包括：首先是伴有传热过程的一种气相湍流，然后这种气相湍流还会发生燃烧，并通过燃烧传热，之间主要是根据多相湍流机理，在燃烧颗粒表面会形成液体蒸发现象，而且颗粒挥发份也会直接被析出和氧化，形成一定的烟灰和污染物，最终就变成了积灰结渣。 一次风携带风粉混合物由经旋流燃烧器射入炉膛，经过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，另外受到炉内高温火焰的辐射传热，煤粉被迅速加热当达到着火温度后被点燃。整个燃烧过程一定会受到很多方面的影响，比如说烟气所发生的湍流流动方式以及传热方式等，另外燃烧过程中的化学反应也会对其产生一定的影响。其中炉内气体的流动是非常复杂的三维湍流流动，包括气体连续相和煤粉颗粒的固体离散相，传热方式主要为对流传热和辐射换热而炉内化学反应涉及到挥发份的析出、煤粉颗粒的燃烧以及其他可燃物质的燃烧等。
随着当今网络技术和计算机技术出现了大幅度的进步，从而就使得我们可以直接模拟煤粉在炉内的整个燃烧过程，而且可以求出相应的数值解，让电站锅炉燃烧的数值模拟在工程实际中得以应用。研究人员从实验室的试验台到现场锅炉的探索中，探索出各种不同的计算模型，这些模型在计算量、简化假设、计算精度和合理性等方面都有所不同。本文研究的范围设定在炉膛某稳定负荷工况下下三维稳态的情况，涉及气相湍流两相流动、多组分传热方式，并进行燃烧化学反应。进行研究所使用的仿真软件为 ANSYS Fluent，使用其自带的能量守恒方程、气相湍流流动模型、离散相模型等来进行数值模拟计算。
结论
本文运用有限元软件 ANSYS FLUENT 进行数值模拟计算，再结合某电厂的实际运行工况进行对比分析，对一台 300MW 亚临界旋流对冲燃煤锅炉进行了研究，选取了合适的计算方法和数学模型，并对选用的模型进行了简单地分析与介绍，同时结合锅炉的理论原理和实际运行情况证明了模拟结果的正确性，并通过对比分析的出最佳的运行条件，对现场实际运行调整起到了一定的参考价值。
结束语
煤质好坏直接影响机组运行的安全性和经济性，由于煤源不同和燃煤煤质波动较大，减小无烟煤比例煤质特性不一定变好，建议电厂配煤时根据实际煤质化验结果进行。使入炉煤煤质特性尽量接近设计值。
参考文献：
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[3] 王焱.煤质特性对冲火焰锅炉炉内燃烧影响的数值模拟[D].长沙理工大学硕士学位文,2012.
论文作者:于怀峰,董志刚,王连民
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/21
标签：锅炉论文; 测量论文; 工况论文; 湍流论文; 烟气论文; 情况论文; 煤质论文; 《电力设备》2017年第29期论文;