700 ℃鍋爐熱偏差優化數值模擬研究

0 引言

我國電站鍋爐主要向著大容量、高參數方向發展

。目前，電站鍋爐燃燒方式主要分為四角切圓方式和前后墻對沖方式兩種

，其中又以四角切圓燃燒方式為主

。四角切圓燃燒方式能夠很好地保證煤粉在爐膛內有充足的停留時間，使爐膛火焰充滿度良好，有利于煤粉的燃盡。但是四角切圓燃燒方式由于爐膛高度限制，導致爐膛出口仍存在較強的旋轉殘余

。旋轉殘余的存在使得水平煙道內煙氣速度及溫度出現偏差，這也造成了過熱器以及再熱器吸熱不均，引起過熱器和再熱器系統汽溫偏差。隨著鍋爐容量的增大，這種偏差逐漸增大，嚴重情況下，甚至會引發過熱器、再熱器系統超溫爆管

。

4．中國的明治文學本質研究，在文學研究方法、研究內容重心選擇甚至結論的獲得等方面，受日本影響較大，能找出與日本的一一對應關系，原創研究較少。

信息化投資效益貢獻率模型采用國際通用的柯布-道格拉斯生產函數（C-D生產函數）方法，以量化的方式認識電力企業信息化在管理效率提升、經濟效益改善方面帶來的實際作用的大小，評價信息化投資對企業發展的貢獻率。

現今，國內外許多學者都對700 ℃發電技術進行了研究

。對于更高參數的700 ℃鍋爐而言，由于其蒸汽參數的提高，其對受熱面材料要求更高

，這也導致熱偏差問題對于700 ℃鍋爐的影響更加嚴重。所以，優化700 ℃切圓鍋爐熱偏差是700 ℃發電技術必須要解決的難題

。

李田樹等

通過對660 MW超臨界鍋爐試驗研究發現，SOFA 風反切可以有效地降低爐膛出口截面煙氣溫度的偏差；田登峰等

通過模擬2 290 t·h

亞臨界鍋爐，發現燃燒器上擺一定角度可以有效削弱爐膛出口截面熱偏差；劉昌基等

對660 MW 塔式鍋爐研究，發現SOFA速度進行合理偏置，能夠有效地削弱爐膛出口熱偏差；姚志鵬等

通過模擬700 ℃Π型鍋爐，發現合理的燃盡風反切以及右側燃盡風速度偏置對優化爐膛出口熱偏差效果顯著。

雪螢一直有意無意地注意著他。他擠在兩個女子中間，車啟動后，借著車的自然晃動，故意站不穩似的，朝前面那位年輕漂亮的女子身上靠，那女子回頭看了他一眼，便轉過身，往前移了移位置。男子的身子又跟著貼過去。兩只眼睛直盯著女子的屁股，握著拉手的手指蠢蠢欲動地扭來扭去。

1 研究對象

圖6所示為工況1、工況6至工況8爐內溫度分布，可以看出燃燒器上擺角度增加，爐內縱截面溫度大體上的分布狀況未發生明顯變化，但是高溫區域明顯上移；在燃燒器截面上可以看出，工況1的切圓形狀良好，截面中心區域溫度在1 250 K左右，工況6 至工況8 隨著燃燒器上擺角度的增加，截面上切圓形狀逐漸地變化，工況6、工況7還能看出在截面中心出現的切圓，相比于工況1，它們在中心區域的溫度更高，工況6 中心區域溫度將近1 600 K，工況7中心區域溫度將近1 900 K，工況8雖仍然表現出近壁面溫度高，中心區域溫度低，但是已經不能看出切圓的形狀，中心區域溫度將近2 000 K。

如圖1所示，在鍋爐的燃燒器區域，每個角分布六層一次風噴口，一次風沿爐膛斷截面中心線方向將煤粉送入爐膛；在一次風上下各布置一層二次風噴口，與一次風呈3°的夾角沿逆時針進入爐膛，對一次風進行啟旋，并提供燃燒所需空氣；每兩層一次風噴口下方布置一層油噴口，在鍋爐啟動時，通入少量油進行點火，鍋爐穩定燃燒后通入二次風；在燃燒器上部布置兩層燃盡風噴口，并預置順時針方向25°偏角；燃燒器部分的噴口，可在豎直方向進行±15°擺動。

2 計算模型及數值方法

2.1 網格的劃分

如圖2所示，鍋爐模型整體較為規則，因此網格劃分主要采用結構化的六面體網格；鍋爐自下部灰斗區域到上部爐膛出口區域，依次進行分區處理，在燃燒器區域為防止出現偽擴散現象，對該區域網格進行加密處理；經網格無關性驗證，并考慮計算效率后，最終確定網格數量為155萬。

2.2 計算方法

煤粉燃燒過程是一個十分復雜的化學反應過程，利用FLUENT 進行模擬時需要選取合適的數學模型。湍流方程采用Realizable k-ε模型對爐膛內部旋轉氣流進行描述；爐內煤粉燃燒選擇非預混燃燒PDF模型進行模擬；爐內煤粉顆粒之間存在的輻射換熱選取P1模型描述；由于煤粉燃燒過程中氣相吸收系數會發生變化，因此選用WSGGM進行描述；利用拉格朗日隨機軌道追蹤煤粉顆粒的運動；并利用Rosin-Rammler分布描述煤粉顆粒的分布；煤粉顆粒在爐膛內熱解過程選取雙方程競爭模型描述；并對于焦炭的燃燒選用動力學擴散控制速率模型

；控制方程采用SIMPLE算法，其余方程采用一階迎風格式

。

2.3 邊界條件

如圖7（b）為爐膛出口截面溫度分布，工況1高溫區域在截面最右側，整體溫度表現為截面右側溫度高于截面左側溫度；相比于工況1，工況6、工況7高溫區域面積更大，高溫區域主要分布在截面中心區域，截面上溫度分布趨于均勻；工況8 比工況1、工況6、工況7 高溫區域面積更大，并且工況8 高溫區域主要集中在截面左側區域，使得截面上熱偏差更大。

2.4 模擬工況

如表3所示，本文模擬一共分為8個工況，各個工況均采用單因子分析法。工況1 為原始工況；工況2至工況5 在工況1的基礎上改變相鄰兩角的燃盡風風門開度，研究風門開度對爐內熱偏差的影響，燃盡風開度變化主要改變燃盡風風量，由于燃燒器噴口面積一定，因此改變燃盡風風門開度在數值模擬過程中主要通過燃盡風速度改變來控制；工況6 至工況8 在工況1 的基礎上將燃燒器進行一定角度的上擺，研究燃燒器上擺爐內熱偏差的影響。

3 計算結果分析及討論

3.1 模擬準確性驗證

通過自制調查問卷對所選患者進行調查,調查前先對調查內容及目的進行介紹,取得患者同意,主要調查以下內容:①性別、年齡、患病狀況等基本信息。②流感及流感疫苗的認知情況。③流感疫苗接種情況、態度等。共發放問卷1100份,回收1100份,回收率為100%。

3.2 爐膛內速度及溫度分布狀況

切圓鍋爐中煤粉穩定燃燒的前提條件是擁有一個良好的速度場。如圖3（a）所示，氣流被燃燒器帶入爐膛內，速度分布呈現四周高中心低，即在燃燒器噴口附近氣流速度高，遠離燃燒器噴口部位氣流速度低，并且兩側氣流速度分布較為均勻對稱，主氣流呈現上升趨勢。在燃燒器區域及燃盡風區域氣流速度較高；下部灰斗區域及燃盡風區域上部氣流速度較低；氣流經過折焰角時，由于折焰角的阻擋作用，使得折焰角上部氣流速度大幅下降。圖3（b）所示，為一次風截面速度等勢線分布，一次風噴口攜帶煤粉氣流進入爐膛，上游氣流沖擊下游氣流，使得煤粉氣流發生偏轉，在爐膛內四角的一次風噴口射流形成一個十分對稱的切圓，由于氣流的剛性較強，因此氣流并未出現刷壁的現象。

鍋爐內煤粉的燃燒是一個十分復雜的過程，由圖3（c）可以看出，爐內溫度分布與速度分布狀況相似，在燃燒器附近溫度較高，而爐膛中部區域溫度較低，并且兩側溫度分布基本呈對稱分布；在鍋爐下部灰斗區域，溫度較低；燃燒器區域煤粉在高溫情況下迅速燃燒，使得這一部位溫度最高，近壁面處溫度將近2 000 K；在燃盡風區域由于大量的冷空氣加入使得該部位溫度降低，之后由于下部缺乏空氣而未燃盡的煤粉，在該區域得到大量空氣的補充從而繼續燃燒，釋放大量的熱量，溫度有所回升。折焰角的存在阻擋了火焰直接進入水平煙道，水平煙道中過熱器及再熱器的存在分割高溫煙氣，使得在爐膛出口前部溫度區域均勻。由圖3（d）一次風截面溫度等勢線分布可以看出，煤粉在燃燒器噴口附近燃燒，并在燃燒器噴口附近出現煙氣高溫卷吸現象，有利于煤粉的燃燒，截面上溫度分布較為對稱，并且呈現四周高中心低的趨勢；截面高溫區域距離爐膛壁面有一定距離，能夠有效地避免高溫結焦狀況的出現。

當前，對700 ℃鍋爐熱偏差優化研究報道較少，本文主要對一臺700 ℃的660 MW Π型四角切圓鍋爐進行模擬研究，通過改變燃盡風風門開度以及燃燒器上擺角度來探究優化爐膛出口存在的熱偏差問題，以期為700 ℃鍋爐的研發提供一定程度的理論指導。

如圖4 所示，為各工況爐膛溫度沿爐膛高度的分布，各個工況溫度分布趨勢相近，爐內最高溫度在1 900 K左右，能夠滿足實際工況要求；并且通過工況1 至工況5 可以看出，燃盡風的改變不會影響燃燒器區域燃燒狀況；通過工況6 至工況8 可以看出，隨著燃燒器的上擺，在鍋爐的下部爐內溫度逐漸降低，而在燃燒器區域、燃盡風區域以及爐膛出口區域，爐內溫度相較于未上擺工況有明顯的提高，說明燃燒器上擺使得爐內高溫區域上移。

3.3 燃盡風風門開度對熱偏差的影響

圖5（a）為爐膛出口截面速度分布，工況1、工況2、工況5 速度分布狀況基本近似，高速區域在截面左、右兩側以及截面中心區域都有分布，雖然截面上速度分布表現為右側速度高于左側速度，但是工況2、工況5 相較于工況1 而言，截面上速度分布更加趨于均勻；工況3、工況4速度分布表現為截面右側速度高于左側速度，并且高速區域明顯偏向截面右側部位，相較于工況1，截面速度分布變得更加紊亂。

圖5（b）所示為爐膛出口截面溫度分布，工況1溫度分布表現為高溫區分布在截面右側部位，左、右兩側溫度偏差明顯；工況3、工況4溫度分布狀況相似，與工況1 溫度分布相同，工況3、工況4 都表現為右側溫度高于左側，但相比于工況1 高溫區域面積有明顯減小；工況2、工況5 溫度分布基本相同，對比工況1，工況2、工況5 高溫區域更加趨向于截面中心，并且高溫區域最高溫度有明顯降低，截面溫度左、右兩側偏差更低，整體溫度分布更加均勻。

信息化和智能化管理減輕了人力成本，解放了醫護人員［8］；信息流的全程貫通，實現了從供應源頭把關耗材流通，及時監督物流服務高效透明的全程化質量管理，減少了耗材損耗，提高了物資供應的及時性和安全性；零庫存管理、定數管理、消耗后結算、主動推送等多項管理服務和SPD院內物流精細化管理等系統服務，優化了工作流程，提高了管理效率，降低了醫院管理成本，實現了耗材的精細化管理。

通過對比幾個工況截面速度及溫度分布，可以看出，工況2及工況5為最佳工況，即1號角、2號角及4號角、1號角燃盡風風門開度增大，能夠有效地降低爐膛出口截面上速度和溫度偏差。

3.4 燃燒器上擺對熱偏差的影響

本文研究的對象為某廠研發的一臺660 MW的700 ℃Π型四角切圓鍋爐，該鍋爐為直流鍋爐，單爐膛結構，一次中間再熱，該鍋爐尺寸為18.816 m×16.8 m×63.29 m（寬×深×高），鍋爐制粉系統配備有6臺直吹式中速磨煤機，滿負荷時投入5臺運行。

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如圖7（a）所示，爐膛出口截面速度分布，工況1高速區域主要分布在截面左右以及中部區域，工況6、工況7 高速區域主要集中在截面中心區域，工況8 高速區域集中在截面左側區域；通過對比可以看出工況6、工況7的兩側速度偏差最小，速度分布最為均勻；而工況8燃燒器上擺角度過大，使得爐膛下部的逆時針旋轉氣流在上升過程中經過燃盡風反切后，主氣流旋向發生偏轉，從而導致爐膛出口截面上左側速度高于右側速度。

爐膛內風率及風速參數如表1 所示，該鍋爐的設計煤種參數如表2 所示。鍋爐一、二次風及燃盡風噴口設置為速度入口，鍋爐爐膛出口為壓力出口設置1 000 K的回流溫度，并添加微負壓。

通過對比幾個工況截面溫度分布，可以看出燃燒器上擺角度的增大，會導致爐膛出口煙氣溫度升高，并且一定的上擺角度對降低爐膛出口截面熱偏差有明顯效果，而過大的上擺角度會使得截面溫度左側高于右側，增大截面熱偏差。

盾構施工會對地層產生一定擾動，由此引起的地層應力狀態發生變化，以及隧道周圍巖體產生一定變形。地表沉降不僅與支護手段、隧道埋深和施工方法有關，同時亦會受水文地質條件的影響。

3.5 各工況爐膛出口狀況數值分析

從圖片中直觀地分析爐膛出口熱偏差有一定的局限性，對于溫度分布相近工況不能明確區分，因此為了能更加清晰地分析各工況爐膛出口熱偏差，本文引入速度偏差Δ

，溫度偏差Δ

，用來表征爐膛出口截面右側與左側速度及溫度差值；引入截面速度分布不均系數

M

，截面溫度分布不均系數

M

，用來表征爐膛出口截面速度及溫度分布的不均勻性，具體公式如下：

為了驗證模擬準確性，如表4所示，將模擬數值與設計試驗數值進行了對比。由表中數據可以看出，只有高溫過熱器出口飛灰含碳量誤差超過5%，其余值誤差均在5%以下。即模擬工況所得數值能夠十分吻合試驗數值，說明數值模擬能夠準確地模擬實際運行狀況。

將模擬所得數據代入公式計算，并將計算所得爐膛出口截面速度及溫度參數繪制為折線圖（見圖8）。

由圖8（a）速度及溫度偏差可看出工況1 至工況5 中，工況2 與工況5 相比工況1，無論速度還是溫度偏差都有所減小；工況3相比工況1，速度及溫度偏差反而有所提升；工況4相比工況1速度及溫度偏差基本沒有變化；工況5爐膛出口截面的速度及溫度偏差最小，即為燃盡風風門開度改變的最佳工況。工況6 至工況8 中，工況6 速度偏差0.5 m·s

以上，溫度偏差在10 K 以上；工況7 速度偏差趨近0，基本不存在速度偏差，溫度偏差趨近10 K；工況8速度偏差在-1 m·s

左右，溫度偏差-45 K左右；工況6至工況8相比工況1，速度及溫度偏差都有優化效果，但是工況6、工況7爐膛出口截面速度及溫度偏差都維持正值，而工況8 由于燃盡風區域旋轉動量較下部旋轉動量高，從而使得爐膛水平煙道內左側煙氣速度高于右側煙氣速度，導致爐膛出口截面煙氣溫度左側高于右側。

如圖8（b）速度及溫度分布不均系數所示，工況1速度分布不均系數在1.5左右，溫度分布不均系數在1.9左右；工況2至工況5對比工況1，可看出除工況3 外，其余工況速度及溫度分布不均系數均有所減小，其中，工況5在幾個工況中速度及溫度分布不均系數最小。工況6至工況8對比工況1，速度及溫度分布不均系數都有一定程度的減小，其中，工況7速度及溫度分布最均勻，兩個分布系數最小，速度分布不均系數小于1.1，溫度分布不均系數為1.02左右。綜合各個工況，可以得出，工況5為最佳的改變燃盡風風門開度工況，工況7 為最佳燃燒器上擺工況；對比工況5、工況7 可看出，在燃盡風反切25°基礎上，燃燒器上擺對熱偏差優化效果優于燃盡風風門開度工況。

4 結論

通過對700℃Π型四角切圓機組模擬，所得結論如下：

1）相鄰兩角燃盡風風門開度改變能夠在一定程度上優化爐膛出口熱偏差，且工況5為最佳燃盡風風門開度工況，該工況爐膛出口熱偏差35 K左右。

2）燃燒器上擺會使爐內火焰略微偏上，導致爐內高溫區域上移，從而使得爐膛出口溫度偏高，并且一定角度的燃燒器上擺能夠有效地降低爐膛出口熱偏差。

1）經濟基本面向好，預期未來回報率持續增長，近端利率水平抬升帶動遠端國債收益率上漲，同時原油價格受需求增加而上漲。

3）工況5以及工況7為最佳工況，但相比之下，工況7 降低熱偏差幅度更大，爐膛出口熱偏差在10 K左右，即說明燃燒器上擺角度改變較燃盡風風門開度改變能夠對爐膛出口熱偏差優化更加有效。

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