本文對美國B&W公司330MW自然循環(huán)對沖燃燒鍋爐在額定負荷、55%額定負荷兩個工況下的溫度場、顆粒場和NOx場進行了數(shù)值模擬，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行了對比驗證。
1、鍋爐結(jié)構(gòu)
    該鍋爐是一種典型的對沖燃燒鍋爐，結(jié)構(gòu)如圖1所示：單爐膛，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣全懸吊結(jié)構(gòu)，尾部雙煙道呈L型。爐膛由膜式水冷壁構(gòu)成。爐膛上部布屏式過熱器，爐膛折焰角上方有兩級高溫過熱器，水平煙道布置了垂直再熱器。尾部豎井由隔墻分成前后兩個煙道。前部布置水平再熱器，后部布置水平過熱器和省煤器。在分煙道出口設(shè)計了煙氣調(diào)節(jié)擋板裝置，用來調(diào)整前后煙道的煙氣量，保證控制負荷范圍內(nèi)再熱器的出口汽溫。煙氣通過調(diào)節(jié)擋板后匯集在一起經(jīng)兩個煙道引入左右各一的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、計算網(wǎng)格和數(shù)值方法
    由于爐膛的幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，只有用非均勻網(wǎng)格才能較好的符合計算意圖。計算中面網(wǎng)格采用三角形網(wǎng)格，體網(wǎng)格采用六面體／四面體混合網(wǎng)格，對燃燒器和爐膛出口附近網(wǎng)格進行了加密，共劃分了30多萬個網(wǎng)格。
    本文采用FLUENT軟件進行計算。數(shù)值模擬三維穩(wěn)態(tài)工況，采用SIMPLE方法求解N-S方程，氣固兩相間的湍流計算采用RNG k-8湍流模型，煤粉顆粒的軌跡場采用基于拉格朗日的隨機顆粒軌道方法，燃燒過程在考察顆粒在爐內(nèi)的歷史軌跡中記人。對于爐內(nèi)燃燒時的輻射和對流換熱采用Pl輻射模型；對煤粉揮發(fā)分的釋放采用了雙匹配速率模型；對于氣相的湍流燃燒采用漩渦破碎模型；對于焦炭的燃燒采用了考慮多個表面反應(yīng)的總體反應(yīng)速率的非均相反應(yīng)模型；對于氮氧化物的生成主要考慮了燃料氮和熱力氮的生成以及氮氧化物的再燃效應(yīng)。
3、結(jié)果和分析
3.1  流  場
    在額定工況下從圖2中可以清楚的看到前后墻的三層燃燒器噴入爐內(nèi)的情形。從三層燃燒器噴出的氣流在爐膛中心相碰并形成分界線，絕大部分向上流動，一部分向下。兩側(cè)燃燒器的一部分氣流向側(cè)墻沖刷，并形成一個渦。流場證明了此種鍋爐一個顯著的優(yōu)點，即在采用墻式燃燒圓型燃燒器條件下，低速直流的煤粉空氣混合物處在兩股強大的二次風(fēng)包圍之中，由于煤粉難以從二次風(fēng)中分離出來，因此很少有接觸爐壁的機會，不易造成爐膛結(jié)焦。
    圖3為負荷降至55%后的流場圖。與圖2比較后可以看出此時流場與滿負荷時有較高的相似性，這顯然有利于低負荷下的穩(wěn)定燃燒。
    所計算的兩種工況下爐膛出口水平流場如圖4所示。圖中流速較均勻，沒有發(fā)現(xiàn)大的偏流的現(xiàn)象，這與浙江電力試驗研究所的測試結(jié)果較吻合。由于在爐膛出口沒有殘余旋轉(zhuǎn)，不會引起水平煙道過熱器溫度偏差。這一結(jié)論也可從后面的溫度分布中得出。
3.2溫度場
    圖5a為爐膛中心縱截面溫度分布，圖5b中計算值與實測值的對比表明溫度場計算值與實驗值吻合的較好，從而有力地證明了本計算結(jié)果的正確性。圖中顯示，爐膛中心處溫度最高，達到1800K左右，燃燒器出口未著火處溫度最低，而這兩個區(qū)域之間為著火區(qū)，溫度變化劇烈。圖5c為BMCR工況下水平煙道溫度場。可以看出煙氣溫度沿爐膛寬度方向分布較為均勻，煙溫偏差較小。
    圖6為55%額定負荷下的縱剖面溫度場，與圖
5比較可以看出，盡管爐膛最高溫度仍有約1800K，但絕大部分區(qū)域溫度水平還是低于額定負荷。
3.3顆粒場
    圖7為額定負荷工況和55%額定負荷工況時追蹤顆粒數(shù)量為200時的顆粒軌跡圖。此顆粒軌跡分布與流場分布圖存在較好的對應(yīng)關(guān)系。圖中顯示煤粉顆粒基本沿主氣流方向運動，路線較直較短，從而導(dǎo)致煤粉在爐內(nèi)停留時間較短，不利于煤粉充分燃盡。大部分煤粉顆粒可隨氣流流出爐膛，而部分煤粉顆粒由于重力作用會落入冷灰斗。
    55%額定負荷時由于采用單側(cè)燃燒器運行，煤粉分布不均較為嚴重，煤粉有可能附著在未投運燃燒器側(cè)，從而加重該側(cè)的結(jié)渣。由圖中可以看出由于煤粉上升運動與水平運動的綜合影響，爐膛前墻上部折焰角對面處煤粉附著尤為嚴重，存在較高的結(jié)渣危險。
4、結(jié)論
    本文對330MW對沖鍋爐在額定工況、55%額定負荷工況下的流場、溫度場、顆粒場和NO，濃度場進行了模擬研究，模擬的結(jié)果與實際運行經(jīng)驗吻合較好。通過研究得出了一些有參考價值的數(shù)據(jù)和結(jié)論，對該鍋爐的設(shè)計優(yōu)化和安全運行具有較為重要的參考價值。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。