我國(guó)能源結(jié)構(gòu)目前正處于化石能源向可再生能源逐步轉(zhuǎn)型時(shí)期,大力發(fā)展清潔能源是能源轉(zhuǎn)型的首要目標(biāo),解決清潔能源的消納問題是建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的有力抓手,也是促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為提高我國(guó)清潔能源的消納能力,需提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力,充分挖掘現(xiàn)有系統(tǒng)調(diào)峰能力。具體到火電機(jī)組,其中很重要的一點(diǎn)就是提升燃煤鍋爐最低負(fù)荷穩(wěn)燃能力,燃燒器作為煤粉燃燒系統(tǒng)中的核心設(shè)備,對(duì)鍋爐穩(wěn)燃特性起最關(guān)鍵的作用。本文針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)火電機(jī)組鍋爐低負(fù)荷調(diào)峰能力受限的問題,以某新型低NO_x旋流燃燒器為研究對(duì)象,采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、冷態(tài)�；囼�(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算等研究手段,詳細(xì)探究了新型低NO_x旋流燃燒器穩(wěn)燃器形狀、煤粉濃縮器位置、風(fēng)速(風(fēng)量)配比、旋流強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)其穩(wěn)燃特性的影響。通過對(duì)配置某新型低NO_x旋流燃燒器的褐煤鍋爐進(jìn)行深度調(diào)峰現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),采用雙色光譜輻射測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)燃燒器噴口火焰溫度場(chǎng)進(jìn)行在線測(cè)量,研究了運(yùn)行參數(shù)對(duì)燃燒器噴口火焰溫度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,內(nèi)二次風(fēng)量開度由40%開大至100%,燃燒器噴口平均溫度提高96℃;降低煤粉細(xì)度、增大旋流強(qiáng)度等措施均可不同程度提高燃燒器噴口火焰溫度;通過精細(xì)化運(yùn)行調(diào)整,借助雙色光譜輻射測(cè)溫系統(tǒng)的在線測(cè)量和準(zhǔn)確反饋,能夠挖掘機(jī)組自身所具有的低負(fù)荷調(diào)峰能力。試驗(yàn)過程中存在以下問題,機(jī)組30%額定負(fù)荷試驗(yàn)期間,部分燃燒器火檢信號(hào)強(qiáng)度較低,燃燒狀態(tài)變差,存在滅火的風(fēng)險(xiǎn),為進(jìn)一步提升鍋爐低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性,需針對(duì)該燃燒器搭建冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)探究其關(guān)鍵參數(shù)對(duì)噴口流場(chǎng)的影響。搭建燃燒器冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái),對(duì)原型燃燒器4:1縮小模型進(jìn)行冷態(tài)模化試驗(yàn)研究,采用粒子圖像測(cè)速儀(PIV)和煙花示蹤法對(duì)燃燒器噴口流場(chǎng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究結(jié)果表明,相比原型燃燒器,齒形穩(wěn)燃器和十字鈍體穩(wěn)燃器將回流面積分別擴(kuò)大0.08m~2和0.02m~2;濃縮器位置由基準(zhǔn)工況υ=0.19前移至υ=0.14時(shí),已無明顯的回流區(qū)形成;增加內(nèi)二次風(fēng)與一次風(fēng)速配比和增強(qiáng)旋流強(qiáng)度可以增大回流面積,提升高溫?zé)煔饣亓髁?內(nèi)二次風(fēng)速w_2由基準(zhǔn)工況18.07m/s增至21.60m/s時(shí),回流區(qū)面積擴(kuò)大0.04m~2,外旋葉片開度由30%開大至60%,外旋強(qiáng)度Ω_((17))由0.69增大至1.94,回流區(qū)面積擴(kuò)大0.14m~2;旋流強(qiáng)度的增強(qiáng)同時(shí)會(huì)引起氣流擴(kuò)展角的增大。建立新型低NO_x旋流燃燒器三維模型,采用數(shù)值模擬的方法對(duì)燃燒器噴口流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、CO濃度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。數(shù)值計(jì)算與冷態(tài)試驗(yàn)的燃燒器噴口速度分布有相同的變化趨勢(shì),與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所測(cè)噴口平均溫度范圍相近,說明通過合適數(shù)學(xué)物理模型選擇,數(shù)值計(jì)算能夠得到可靠的計(jì)算結(jié)果。相比原型燃燒器,齒形穩(wěn)燃器與十字鈍體穩(wěn)燃器均可使回流區(qū)位置、煤粉氣流熱解位置、著火位置前移,其中著火位置前移約0.24m;一次風(fēng)與內(nèi)二次風(fēng)的風(fēng)速配比對(duì)回流區(qū)大小、回流速度及燃燒室溫度影響顯著,一次風(fēng)速w_1由19.60m/s降至12.10m/s時(shí),最大回流速度提高1.5m/s,燃燒室內(nèi)最高溫度由1420K提高至1557K;旋流強(qiáng)度主要影響火焰擴(kuò)展角與回流速度,外旋葉片開度由30%開大至60%,外旋強(qiáng)度Ω_((17))由0.69增大至1.94,火焰擴(kuò)展角增大70°,最大回流速度提高2.7m/s。通過對(duì)比原型燃燒器和安裝齒形穩(wěn)燃器的燃燒器燃燒模擬過程CO生成濃度發(fā)現(xiàn),原型燃燒器CO濃度明顯增長(zhǎng)的區(qū)域(CO摩爾分?jǐn)?shù)大于0.01)在外二次風(fēng)擴(kuò)口附近,安裝齒形穩(wěn)燃器CO濃度明顯增長(zhǎng)的區(qū)域位于穩(wěn)燃器后0.04m處,較原型燃燒器前移約0.2m,穩(wěn)燃器的存在使煤粉氣流熱解位置提前,同時(shí)與原型燃燒器相比燃燒室內(nèi)整體CO濃度降低,有利于緩解爐膛兩側(cè)還原性氣氛高,水冷壁高溫腐蝕的問題。為提高新型低NO_x旋流燃燒器的穩(wěn)燃能力,應(yīng)首先通過精細(xì)化運(yùn)行調(diào)整,挖掘機(jī)組自身所具有的低負(fù)荷調(diào)峰潛力,主要調(diào)整原則為:降低煤粉細(xì)度,適當(dāng)降低一次風(fēng)速,提高內(nèi)二次風(fēng)速,適當(dāng)增強(qiáng)旋流強(qiáng)度。為進(jìn)一步提升機(jī)組深度調(diào)峰能力,可以針對(duì)燃燒器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,在一次風(fēng)噴口安裝齒形或十字鈍體穩(wěn)燃器,煤粉濃縮器位置可布置于遠(yuǎn)離一次風(fēng)噴口處,并安裝一次風(fēng)導(dǎo)流環(huán),提高高溫?zé)煔饣亓髁康耐瑫r(shí)保證了“濃淡分離”效果。
【學(xué)位單位】：西安熱工研究院有限公司
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM621.2
【部分圖文】：

1.1 課題研究背景社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)與人民生活的不斷提升都與能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展休戚相關(guān)，“十三五”時(shí)期是全面建成小康、全面深化改革的關(guān)鍵時(shí)期，也是推動(dòng)能源革命的加速期，能源產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型任重道遠(yuǎn)。大力發(fā)展清潔能源是能源轉(zhuǎn)型的首要目標(biāo)，解決清潔能源的消納問題是建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的有力抓手，也是促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布的《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確指出：“大力發(fā)展新能源”是我國(guó)電力發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)[2]，然而，常規(guī)火電機(jī)組的運(yùn)行特性限制了電力系統(tǒng)的靈活性，也是我國(guó)許多地區(qū)可再生能源消納困難的首要原因。截止 2018 年底，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量為 19.00 億千瓦，其中，火電、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的裝機(jī)容量分別約為 11.44 億千瓦、3.52 億千瓦、1.84 億千瓦、1.75 億千瓦，電力總產(chǎn)量為6994.0TWh，火電、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電量分別約為 4923.1TWh、1232.9TWh、366.0TWh、177.5TWh[3]，主要能源裝機(jī)容量及發(fā)電量占比見圖 1-1，水電等可再生能源發(fā)電量占比為 25.4%，遠(yuǎn)小于其裝機(jī)容量占比 37.4%，“棄風(fēng)棄光棄水”現(xiàn)象仍十分嚴(yán)重，清潔能源的消納問題，已成為制約電力行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]。

、爐墻等對(duì)煤粉的輻射換熱，忽略回流煙氣對(duì)流換熱2 4 404 ( )mh mTr T T 1，著火前 Tm4 Th4,可略去，則由式(1-4)可求得：( )4 4h mT T )和式(1-5)計(jì)算得出煤粉顆粒加熱曲線如圖 1-2 所示。氣溫度 1000℃時(shí)，考慮對(duì)流傳熱和輻射傳熱的煤粉顆時(shí)，由于煤粉顆粒周圍介質(zhì)溫度較低，煤粉受高溫?zé)熃o周圍介質(zhì)，曲線 3 為考慮這一因素的煤粉顆粒加熱速度較粗煤粉顆�？斓亩�，因此，煤粉顆粒的著火由傳熱的升溫速度比輻射傳熱快得多。在煤粉氣流中，高溫?zé)煔獾妮椛浼訜�，以上幾點(diǎn)可以說明煤粉氣流的流傳熱，因此在低負(fù)荷穩(wěn)燃燃燒器的運(yùn)行參數(shù)與結(jié)構(gòu)如何增大高溫?zé)煔饣亓髁恳詮?qiáng)化煤粉氣流的初期著火

西安熱工研究院碩士學(xué)位論文氣回流穩(wěn)燃原理粉著火前在爐膛內(nèi)被加熱的熱源主要為高溫?zé)煔獾膶?duì)流傳熱區(qū)有利于煤粉初期的燃燒[6]。旋流燃燒器噴口為旋轉(zhuǎn)射流，在一個(gè)低于周圍介質(zhì)壓力的負(fù)壓區(qū)，與周圍介質(zhì)形成壓差，在周圍介質(zhì)逆軸向射流方向向噴口處運(yùn)動(dòng)，形成如圖 1-3 所示器一次風(fēng)噴口處加裝穩(wěn)燃器，利用煤粉氣流流經(jīng)穩(wěn)燃器后產(chǎn)高溫?zé)煔獾膶?duì)流換熱量。
【參考文獻(xiàn)】

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1 孫元;彭小奇;;基于彩色CCD的雙色與三色比色測(cè)溫法比較研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2015年08期

2 胡主寬;;鍋爐爐膛溫度場(chǎng)測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)探討[J];中國(guó)測(cè)試;2015年04期

3 成汭珅;張廣才;陳國(guó)輝;周科;王一坤;解冰;;HT-NR3旋流燃燒器冷態(tài)試驗(yàn)[J];熱力發(fā)電;2014年11期

4 李兵臣;宋景慧;沈躍良;李德波;周少祥;;二次風(fēng)旋流強(qiáng)度可調(diào)范圍的數(shù)值模擬研究[J];動(dòng)力工程學(xué)報(bào);2012年12期

5 崔凱;張海;王衛(wèi)良;吳玉新;楊海瑞;呂俊復(fù);;旋流燃燒器數(shù)值模擬中Realizable κ-ε和RSM模型的比較[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2012年11期

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本文編號(hào)：2848141