[发明专利]数值模拟预测炉内结渣特性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤粉锅炉的炉膛换热计算方法，且特别涉及一种数值模拟预测炉内结渣特性的方法。

背景技术

结渣对锅炉运行的经济性与安全性均带来不利影响，主要表现在如下一些方面：

(1)使运行经济性下降

1)受热面结渣后，使传热恶化，排烟温度升高，锅炉热效率下降；

2)燃烧器出口结渣，造成气流偏斜，燃烧恶化，有可能使机械未完全燃烧热损失、化学未完全燃烧热损失增大；

3)使锅炉通风阻力增大，厂用电量上升；

(2)影响锅炉出力

1)水冷壁结渣后，会使蒸发量下降；

2)炉膛出口烟温升高，蒸汽出口温度升高，管壁温度升高，以及通风阻力的增大，有可能成为限制出力的因素。

(3)影响锅炉运行的安全性

1)结渣后过热器处烟温及汽温均升高，严重时会引起管壁超温；

2)结渣往往是不均匀的，结果使过热器热偏差增大；对自然循环锅炉的水循环安全性以及强制循环锅炉的水冷壁热偏差带来不利影响；

3)炉膛上部渣块掉落时，可能砸坏冷灰斗水冷壁管，造成炉膛灭火或堵塞排渣口，使锅炉被迫停止运行；

4)除渣操作时间长时，炉膛漏入冷风太多，使燃烧不稳定甚至灭火。

现有技术中，煤粉锅炉在进行设计及校核计算时，燃料结渣对炉内换热影响的处理一般都是根据燃用燃料的特性及以往的经验数据假设一个炉膛的污染系数，在此基础上计算煤粉燃烧在炉内的换热水平。其计算结果往往误差较大，造成实际运行时一些重要参数无法达到设计要求，降低了燃煤机组的整体运行效率。

发明内容

本发明提出一种数值模拟预测炉内结渣特性的方法，其能够更加准确的预测煤粉燃烧在炉内的结渣程度及换热。

为了达到上述目的，本发明提出一种数值模拟预测炉内结渣特性的方法，包括下列步骤：

建立燃料结渣特性基础数据；

将结渣数值模拟模型添加到燃烧数值模拟模型中；

结合炉内数值计算，预测炉内易结渣的位置及厚度。

进一步的，将所述计算结果作为边界条件，对炉内燃烧进行三维数值计算，最终提取炉内的整体换热水平。

本发明提出一种数值模拟预测炉内结渣特性的方法，首先通过实验室测量建立不同燃料结渣特性的基础数据；在此基础上，将结渣数值模拟模型添加到燃烧数值模拟模型中，并结合炉内数值计算，预测炉内易结渣的位置及厚度；将计算结果作为边界条件，对炉内燃烧进行三维数值计算，最终可提取炉内的整体换热水平，因此本发明能够更加准确的预测煤粉燃烧在炉内的结渣程度及换热。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的数值模拟预测炉内结渣特性的方法流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

结渣是复杂的物理和化学过程，国内外学者已做了大量研究，初步揭示了其形成的机理及与煤灰性质的关系，制定了若干用以判断煤灰结渣性的指数，同时揭示了锅炉设计和运行对结渣的影响。

1.1灰与渣的特性

煤灰的结渣性同灰的化学成分、灰渣的物理特性有关。现选择其中一些主要的指标详述如下。

1.1.1灰的熔化温度

灰熔温度同灰的成分有关，灰中的酸性氧化物，如SiO₂，Al₂O₃和TiO₂等都是聚合物的构成者，因此会提高灰的熔化温度；碱性氧化物则相反，如CaO，MgO和Na₂O等都是聚合物的破坏者，会降低灰的熔化温度。但这种解释对含有大量碱性物的灰来说不适用，所谓“褐煤型灰”就会有大量CaO和MgO，其量比Fe₂O₃多得多，这些灰中的SiO₂、Fe₂O₃、Na₂O和K₂O都会降低软化温度，而Al₂O₃、CaO和MgO却提高软化温度。美国对国内一些特定煤种，依据大量统计数据已建立了精确的灰熔温度与灰化学成分之间的关系，这样，根据灰中的碱性组分就可以确定灰熔点。

至于灰中铁的作用，要视其氧化状态而定，三价铁是聚合物的构成者，提高灰熔温度；二价铁则是聚合物的破坏者，降低灰熔温度。

灰的熔化温度在氧化氛围与还原氛围中是不同的，两者的差异是随着灰中CaO和MgO成分的增加而变小。