空气冷却式煤粉燃烧室数值模拟研究

王永英; 杨石; 张深

doi:10.13226/j.issn.1006-6772.20012002

摘要：双锥煤粉燃烧室在小容量工业锅炉中广泛采用水冷却方式,但随着市场对高容量锅炉需求的增加,双锥燃烧室体积增大、数量增多,如仍采用水冷却的方式将导致安装困难、水系统复杂等问题,亟需开发新的冷却方式.空气冷却形式具有结构简单、预热后的空气可以增加煤粉的着火稳定性等优点,需要考察其首次应用于双锥煤粉燃烧室中的效果.为了确定空气冷却式燃烧室燃烧和壁面冷却情况,采用数值模拟技术对14 MW工业锅炉燃烧室和炉膛进行三维建模,得到50％和100％两种负荷下不同内外二次风配风比例下燃烧室内部燃烧情况、金属壁面温度、出口火焰形状和炉膛充满度.结果表明:控制总空气过量系数不变,随着内二次风比例的逐渐增加,燃烧室内的平均温度逐渐降低;50％负荷下金属壁面温度随二次风比例的增加逐渐降低,100％负荷下金属壁面温度先降低后升高,这是内二次风助燃燃烧和外二次风的冷却共同作用的结果.随着内二次风比例的增加,金属壁面的高温区域逐渐后移,集中于后锥出口区域;在50％负荷下内二次风量占总空气量比例为0.4时,金属壁面具有最高温度930 K,100％负荷下内二次风量占总空气量比例为0.2时,壁面金属最高温度835K,2个最高温度均出现在后锥收缩段,据最高温度推荐壁面材料选取0Cr18Ni9,2种负荷下最高温度出现时燃烧室内的内二次风配风量为2 600 Nm3/h,应尽量使内二次风远离此配风量;50％负荷下燃烧室平均温度、金属壁面平均温度及最高温度均高于100％负荷,是空气冷却结构需要重点考察的工况.随着内二次风比例的逐渐增加,火焰长度先增加后减小,当内二次风过小时,出口气速较小,外二次风具有向中心的速度分量,火焰主要集中在炉膛前部.随着内二次风比例的增加,出口速度增大,火焰变长变细.但随着比例的继续增加,外二次风的轴向速度变小,出口火焰的旋流强度完全由二次风决定,出口旋流强度的增大导致了火焰的变短变粗,在2种负荷下,火焰长度较长时,内二次风比例为0.4～0.5.内外二次风比例为0.5∶0.5时,燃烧室内燃烧情况和壁面温度均匀稳定,火焰在炉膛内的充满度最好,是2个考察负荷下均较适合的运行参数.