600MW机组锅炉不同煤质燃烧的数值研究

　　由煤质变化造成的炉内燃烧不稳定一直是影响某电厂600MW机组锅炉安全运行的关键原因。以该锅炉为研究对象，通过Gambit软件建立炉膛的三维结构并生成网格，在FLUENT软件中选择合理的数学模型，进行了不同煤质下炉内燃烧的数值模拟。研究发现：随着煤质的改善，炉内温度和CO浓度升高，气粉分离现象减轻，煤粉着火提前，炉膛火焰充满度逐渐提高，但燃烧器分组效果降低。模拟结果与锅炉实际运行情况吻合较好。

　　锅炉炉内燃烧是一复杂的物理、化学过程，它涉及到多相流动、传热、传质和化学反应等诸多学科。随着计算流体力学、燃烧学、传热学、化学反应动力学和计算机技术的发展，利用数值模拟方法分析炉内燃烧工况已成为一种有效的研究手段。

　　本文以某600MW机组锅炉为研究对象，根据其结构、设计和运行参数，对燃用不同煤质下的炉内流动、传热和燃烧等过程进行数值模拟，得出燃用不同煤质下的炉内温度分布和CO浓度分布等。

　　一、研究对象

　　某电厂600MW机组的HG-2008/18.2-HM3锅炉采用四角切圆燃烧方式，燃烧时1、3号角和2、4号角在炉膛中心分别形成直径为d565mm和d845mm的假想切圆(图l)。每一角燃烧器分为上下两组，底层一次风距炉底16846mm。整个锅炉高81m，炉膛截面尺寸为 20052mm×20193mm。锅炉燃用褐煤，煤质分析见表1。锅炉采用中速磨煤机正压直吹式系统，配有8台MPS-255中速磨煤机，每台磨煤机供给同1层4只燃烧器，锅炉额定出力运行时，6台磨煤机运行，2台备用。

　　二、网格划分、模型选取及边界条件设定

　　2.1 网格划分

　　在Gambit软件中进行锅炉三维结构的构建并进行网格生成，仅对锅炉四周水冷壁采用无厚度的固定壁面进行简化，模拟空间从冷灰斗底部延伸到水平烟道。考虑到燃烧器区域的流动、传热、传质和化学反应比较剧烈，对燃烧器区域进行了网格加密，具体网格划分如图2所示。

　　2.2 计算模型选取和边界条件的设定

　　采用FLUENT流体计算软件进行三维稳态计算。基本控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程、状态方程。燃烧计算采用非预混燃烧模型，气相湍流的输送采用标准k-ε。模型，煤粉颗粒的跟踪采用随机轨道模型，煤粉挥发分的释放采用两步竞争反应模型，气相湍流的燃烧采用混合分数/PDF模型，焦炭的燃烧采用动力/扩散控制反应速率模型，辐射传热采用P-1辐射模型。

　　对于边界条件的设定，以实际运行的锅炉参数为依据：一次风速为23.73m/S，一次风温345K;二次风速为54.7m/s，二次风温 655K。