摘要
针对燃用无烟煤和贫煤等劣质煤而引进的W火焰锅炉近年来在我国得到广泛的应用。但在实际运行中面临一个最为突出的问题：在当前技术水平下进一步降低NOx排放难以兼容煤粉颗粒高效燃尽。针对此问题而提出了四拱双W火焰高效低NOx燃烧布局(CLHC)，构建了将浓淡燃烧、深度空气分级、超细粉再燃和烟气再循环耦合为一体的全局超低NOx燃烧体系。本文选取一台600MWe超临界四拱双W火焰锅炉(CLHC)为研究对象，首先借助一台600MWe超临界多次引射分级燃烧W火焰炉(MIMSCT)的满负荷工业测量和数值模拟计算的结果对比来验证数值模拟方法的有效性。然后利用验证有效的数值模拟方法研究四拱双W火焰锅炉变燃烧器结构参数(主燃烧器角度θ、主燃烧器位置Cb和乏燃烧器角度ɑ)炉内流动、煤燃烧和NOx生成特性。具体研究内容及结果如下： 1) 引射分级燃烧W火焰炉工业测量和数值模拟的结果对比表明，模拟值与实测值吻合程度高，计算误差可控制在5%以内，验证了数值模拟方法的有效性。 2) 利用该计算方法研究四拱双W火焰锅炉变燃烧器结构参数下(即三个工况序列：θ=0°、5°、8°和11°；Cb=0.30、0.35、0.4和0.45；ɑ=35°、40°、45°和50°)的低NOx燃烧特性。数值计算结果表明：当θ=0°和5°时炉内流场和燃烧出现不同程度的偏斜流场。θ=8°和11°则较为对称。随θ增加，流场对称程度逐渐增加，相应其炉膛出口处氧量、飞灰可燃物含量和CO浓度均呈逐渐下降变化趋势，而NOx排放浓度呈先下降后上升趋势。工况θ=11°过早的一二次风混合燃烧是的产生局部高温，从而造成略高的NOx排放。因此综合NOx排放和燃尽效果，最终选择在θ=8°为最佳主燃烧器角度；工况Cb=0.30、Cb=0.35及Cb=0.45的产生偏斜不同的炉内流场，随着Cb的增加，流场及燃烧场的对称程度先改善后逐渐恶化，在工况Cb=0.40处取得最为对称，其NOx排放和燃尽效率综合效果最佳；随着ɑ的增加，炉内低NOx燃烧性能整体上呈先提高后降低的趋势，乏燃烧器角度最小工况ɑ=35°工况燃烧明显不对称，乏燃烧器角度最大工况ɑ=50°燃烧对称程度虽好于ɑ=35°工况，但整体对称性仍有待提高，综合性能工况ɑ=40°最佳。 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四拱双W火焰锅炉最佳燃烧器组合参数设置为θ=8°、Cb=0.40和ɑ=40°，计算NOx排放量669mg/m3(折6%O2)和飞灰可燃物含量5.1%，与现有低氮燃烧的MIMSCT型W火焰炉相比，在不影响燃尽的同时，降低NOx排放约26%，从而验证了CLHC的高效低NOx燃烧的有效性。
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