专利名称：前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉技术领域，尤其涉及一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法和一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统。
背景技术：
我国的能源结构在较长时期内仍然以煤炭为主。由于大量燃煤被用于发电，所释放的NOx (氮氧化物)占全国总排量的很大比例，对环境造成了严重的破坏。因此，锅炉燃烧过程中的NOx排放量应尽量降低。由于我国煤炭长期以来被过度开采，煤炭储备开始显现不足，煤炭供应出现紧张状况。因此，在降低NOx排放的同时，如何让燃料高效的燃烧，使锅炉燃烧效率提高，也是电厂关心的一个重要问题。在火力发电中，锅炉运行好坏与炉内空气动力场情况有着紧密联系。较好的炉内空气动力场不仅可以保证锅炉安全可靠地运行，又保证了电厂的经济性。燃烧器是影响炉内空气动力场的关键设备，不同类型的燃烧器在炉内生成不同的空气动力场。燃烧器分为两种:直流燃烧器和旋流燃烧器。直流燃烧器一般应用于四角切圆锅炉，适用于中小型机组；而旋流燃烧器一般应用于对冲旋流燃烧锅炉，应用于大型机组。与直流燃烧器相比，旋流燃烧器的稳燃性好、燃烧经济性高、烟温偏差小、机组大型化等方面具有独特的优势，但NOx生成量较高，有些机组仍达不到国家排放标准。旋流燃烧器由于煤粉与气流混合强烈，炉内流场过快的温升以及局部过量的氧气，使得煤粉燃烧强度较高，导致氮氧化物大量生成。在电厂的实际运行中，通过改变二次风配分的方式实现低NOx排放和改善燃烧效率是一种重要手段。目前对于前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风的一般做法是根据人工经验来进行，由于人工经验的准确度并不高，有时会引起炉内燃烧不稳，导致燃烧器出口被烧坏，或局部受热面结焦，严重时还会造成锅炉灭火，降低电厂的安全性和经济性降低；此外，目前的做法无法对锅炉配置合理的二次风，从而影响了锅炉的燃烧效率；并且人工配风的方式会造成在燃烧过程中产生大量的污染物，对环境造成很大的破坏。
发明内容
基于此，本发明提供了一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法和一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统。一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，包括以下步骤:根据前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的设计参数，按照旋流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型；根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程、挥发分析出过程、焦炭燃烧过程和氮氧化物生成过程的数学模型；根据建立的所述数学模型对煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例；在所述锅炉运行时，按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。与一般技术相比，本发明前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法建立与煤粉燃烧所形成的各个理化过程相对应的数学模型，采用数值模拟的方法获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例，并按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。本发明在数值模拟过程中耗时短，计算成本低，实现过程中不需电厂现场的调控配合，并且模拟结果具有很好的可视性。克服了人工配风所产生的准确度不高，容易会引起炉内燃烧不稳定的问题，提高了锅炉的燃烧效率，同时可大大降低燃烧过程中产生的污染物。一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统，结构模型建立模块、数学模型建立模块、模拟模块和配风模块；所述结构模型建立模块，用于根据前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的设计参数，按照旋流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型；所述数学模型建立模块，用于根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程、挥发分析出过程、焦炭燃烧过程和氮氧化物生成过程的数学模型；所述模拟模块，用于根据建立的所述数学模型对煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例；所述配风模块，用于在所述锅炉运行时，按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。与一般技术相比，本发明前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统建立与煤粉燃烧所形成的各个理化过程相对应的数学模型，采用数值模拟的方法获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例，并按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。本发明在数值模拟过程中耗时短，计算成本低，实现过程中不需电厂现场的调控配合，并且模拟结果具有很好的可视性。克服了人工配风所产生的准确度不高，容易会引起炉内燃烧不稳定的问题，提高了锅炉的燃烧效率，同时可大大降低燃烧过程中产生的污染物。
图1为本发明前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法的流程示意图；图2为锅炉结构主视图；图3为锅炉结构前视图；图4为旋流燃烧器结构示意图；图5为锅炉的网格划分区域示意图；图6为不同工况下炉高各截面02浓度分布示意图；图7为不同工况下炉高各截面NOx浓度分布示意图；图8为不同工况下炉膛出口截面NOx平均浓度示意图9为不同工况下炉高各截面CO浓度分布示意图；图10为不同工况下炉膛出口截面CO平均浓度示意图；图11为不同工况下炉膛出口截面CO和NOx平均浓度趋势图；图12为本发明前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统的结构示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。请参阅图1，为本发明前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法的流程示意图。本发明前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，包括以下步骤:SlOl根据前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的设计参数，按照旋流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型；S102根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程、挥发分析出过程、焦炭燃烧过程和氮氧化物生成过程的数学模型；S103根据建立的所述数学模型对煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例；S104在所述锅炉运行时，按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。以DG2060/26.15—112型锅炉为例，根据电厂的实际运行数据，建立整个炉膛的数学模型。在保证煤粉稳定燃烧和锅炉安全运行的基础上，改变旋流燃烧器内、外二次风的旋流强度，对燃烧器进行全炉膛区域的冷态模拟，得出内外二次风旋流强度的可调范围；在锅炉安全运行的前提下，即提高了锅炉燃烧效率，又保证NOx排放量在标准范围内。作为其中一个实施例，在所述建立所述锅炉的网格化结构模型的步骤中，所述设计参数包括炉膛宽度、炉膛高度、顶棚拐点标高、水平烟道深、旋流燃烧器的个数、相邻旋流燃烧器的间距、炉膛入口的边界条件和炉膛出口的边界条件。这样可建立起锅炉的完整网络化结构图，并且根据设参数建模可保证建模的准确性。步骤SlOl中，对整个锅炉进行建模。对电厂660丽锅炉BMCR (Boiler MaximumContinuous Rate，锅炉最大连续蒸发量)工况进行建模，构建模型时，旋流燃烧器、炉膛、屏式过热器及入、出口边界条件等条件均为锅炉设计参数。以广东省汕尾电厂DG2060/26.15-112型锅炉为例，该电厂装设有2台660MW燃煤汽轮机发电机组。锅炉为超超临界参数、变压直流炉、对冲燃烧方式(旋流式燃烧器)、固体排渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊、n型结构。锅炉主要界限尺寸见表I。表I锅炉主要界限尺寸
权利要求
1.一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，包括以下步骤: 根据前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的设计参数，按照旋流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型； 根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程、挥发分析出过程、焦炭燃烧过程和氮氧化物生成过程的数学模型； 根据建立的所述数学模型对煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例； 在所述锅炉运行时，按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。
2.根据权利要求1所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，在所述建立所述锅炉的网格化结构模型的步骤中，所述设计参数包括炉膛宽度、炉膛高度、顶棚拐点标高、水平烟道深、旋流燃烧器的个数、相邻旋流燃烧器的间距、炉膛入口的边界条件和炉膛出口的边界条件。
3.根据权利要求1所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，在所述建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程、挥发分析出过程、焦炭燃烧过程和氮氧化物生成过程的数学模型的步骤之后，包括采用热态试验对建立的所述数学模型进行验证的步骤: 对所述锅炉进行热态试验，获取热态试验结果； 采用所述数学模型对所述锅炉进行热态模拟，获取热态模拟结果； 将所述热态模拟结果与所述热态试验结果进行比较，验证所述数学模型是否满足预设性能。
4.根据权利要求3所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，如果所述热态模拟结果与所述热态试验结果之间的差距小于或者等于预设差值，则判断所述数学模型满足预设性能。
5.根据权利要求1所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例为一个数值范围，在该数值范围内选取燃尽风量占总二次风量的比例数值，对所述锅炉进行二次风的配风。
6.根据权利要求5所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，在所述对所述锅炉进行二次风的配风的步骤之后，包括以下步骤: 在所述锅炉的运行过程中，当燃尽风量占总二次风量的比例数值大于所述数值范围的最大值或者小于所述数值范围的最小值时，则发出告警信号。
7.一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统，其特征在于，包括结构模型建立模块、数学模型建立模块、模拟模块和配风模块； 所述结构模型建立模块，用于根据前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的设计参数，按照旋流燃烧器、冷灰斗区域、燃烧器区域、燃烧器上方区域和屏式过热器区域的结构，建立所述锅炉的网格化结构模型； 所述数学模型建立模块，用于根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的气相湍流流动过程、气固两项流动过程、辐射传热过程、挥发分析出过程、焦炭燃烧过程和氮氧化物生成过程的数学模型； 所述模拟模块，用于根据建立的所述数学模型对煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例； 所述配风模块，用于在所述锅炉运行时，按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。
8.根据权利要求7所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统，其特征在于，所述设计参数包括炉膛宽度、炉膛高度、顶棚拐点标高、水平烟道深、旋流燃烧器的个数、相邻旋流燃烧器的间距、炉膛入口的边界条件和炉膛出口的边界条件。
9.根据权利要求7所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统，其特征在于，所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例为一个数值范围，所述配风模块用于在该数值范围内选取燃尽风量占总二次风量的比例数值，对所述锅炉进行二次风的配风。
10.根据权利要求9所述的前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统，其特征在于，还包括告警模 块，所述告警模块用于在所述锅炉的运行过程中，当燃尽风量占总二次风量的比例数值大于所述数值范围的最大值或者小于所述数值范围的最小值时，发出告警信号。
全文摘要
本发明公开了一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风方法，包括建立所述锅炉的网格化结构模型；根据所述网格化结构模型，建立煤粉燃烧所形成的各个过程的数学模型；根据建立的所述数学模型对煤粉燃烧过程进行模拟，获取所述锅炉内气体浓度分布满足预设指标时燃尽风量占总二次风量的比例；在所述锅炉运行时，按照所述燃尽风量占总二次风量的比例对所述锅炉进行二次风的配风。此外，还公开了一种前后对冲旋流燃烧煤粉锅炉的二次风配风系统。本发明克服了人工配风所产生的准确度不高，容易会引起炉内燃烧不稳定的问题，提高了锅炉的燃烧效率，同时可大大降低燃烧过程中产生的污染物。
文档编号F23N3/00GK103148507SQ20131010889
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者李德波 申请人:广东电网公司电力科学研究院