基于四拱双W火焰高效低NOx燃烧的三次风优化研究

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针对W火焰炉强化低NOx燃烧难以兼顾高效燃尽而提出的四拱双W火焰高效低NOx燃烧布局(CLHC),本文选取一台600MW超临界W火焰炉为研究对象,通过开展改变三次风下倾角θ(与水平方向夹角)、三次风位置CH(布置于下炉膛上部前后墙的下部区域,无量纲值)和三次风率SA共三个方面的炉内流场、煤燃烧和NOx生成数值计算研究,以评估三次风参数对CLHC的高效低NOx燃烧性能的影响,同时选取采用现有多次引射分级燃烧技术(MIMSCT)的同尺度W火焰炉开展数值计算以进行对比性研究,验证CLHC的高效低NOx燃烧有效性,并最终构建具有NOx排放更低和燃尽效果更好的CLHC最佳三次风组合参数设置。所述MIMSCT型600MW超临界W火焰炉满负荷常规运行工况的计算值与工业测量值吻合度高,确认了数值计算方法的有效性。三次风在上述三个方面构建的数值计算工况序列包括:θ=15°、20°、25°和30°,CH=0.65、0.70、0.75和0.80,SA=17.5%、20%、22.5%和25%。其数值计算结果表明:1)θ=15°和30°时炉内流场和燃烧出现不同程度的不对称现象。随θ增加,炉内流场和燃烧对称性先改善后恶化,相应地,其炉膛出口处氧量、飞灰可燃物含量、CO浓度和NOx排放量均呈先下降后上升的变化趋势,最终在θ=20°工况时炉内燃烧对称程度、NOx排放和燃尽效果上综合性能最佳;2)下移三次风喷口位置以增大CH和加大三次风率SA,炉内流场和燃烧对称性以及炉膛出口性能指标亦呈现先改善后快速恶化的特征,最终CH=0.75和SA=20%分别在各自的三次风工况序列中构建了较为理想的对称燃烧、令人满意的低NOx排放和高燃尽效果;3)综合三方面结算结果,具有NOx排放更低和燃尽效果更好的CLHC最佳三次风组合参数设置为θ=20°、CH=0.75和SA=20%,其计算NOx排放量669mg/m~3(折6%O2)和飞灰可燃物含量5.1%,考虑基于MIMSCT型W火焰炉的NOx排放计算误差(+4.4%),CLHC在此最佳三次风组合参数设置下实炉NOx排放可修正至更低的640mg/m~3(折6%O2),较现有低氮燃烧的MIMSCT型W火焰炉进一步减排NOx约26%的同时不影响燃尽,进而验证了CLHC的高效低NOx燃烧有效性。
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