660 MW燃煤锅炉耦合废纺热解产物掺烧数值模拟研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.260208

发电技术 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2): 304-314.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.260208

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660 MW燃煤锅炉耦合废纺热解产物掺烧数值模拟研究

张翼惟¹, 张成¹, 韩澳¹, 马仑², 黄浩³, 刘宇浓³, 方庆艳¹, 陈刚¹

^1.煤燃烧与低碳利用全国重点实验室(华中科技大学)，湖北省武汉市 430074
^2.武汉理工大学安全科学与应急管理学院，湖北省武汉市 430070
^3.广东省能源集团有限公司沙角C电厂，广东省东莞市 523936

收稿日期:2025-05-30 修回日期:2025-08-21 出版日期:2026-04-30 发布日期:2026-04-21
作者简介:张翼惟(1999)，男，硕士研究生，研究方向为燃煤耦合有机固废掺烧数值模拟， yiwei13292009400@163.com；
张成(1980)，男，博士，教授，研究方向为固体废弃物高效综合利用、煤粉清洁燃烧与优化运行等，本文通信作者，chengzhang@hust.edu.cn；
韩澳(1999)，男，硕士研究生，研究方向为有机固废热解半焦耦合燃煤发电，aohantb@163.com；
马仑(1990)，男，博士，研究员，研究方向为含碳固体燃料耦合调控与机制，malun3g@126.com；
黄浩(1983)，男，硕士研究生，高级工程师，研究方向为电厂运行管理等，249163428@qq.com；
刘宇浓(1966)，男，高级工程师，研究方向为电力运行、燃煤锅炉燃烧优化、配煤掺烧等，shclyn888@163.com；
方庆艳(1974)，男，博士，教授，研究方向为生物质与煤先进燃烧理论与技术、燃烧数值模拟等，qyfang@hust.edu.cn；
陈刚(1965)，男，博士，教授，研究方向为清洁燃烧理论与技术、燃煤火电机组锅炉优化运行等，gangchen@hust.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52576115)

Numerical Simulation of Combustion of Waste Textile Pyrolysis Products in a 660 MW Coal-Fired Boiler

Yiwei ZHANG¹, Cheng ZHANG¹, Ao HAN¹, Lun MA², Hao HUANG³, Yunong LIU³, Qingyan FANG¹, Gang CHEN¹

^1.State Key Laboratory of Coal Combustion and Low Carbon Utilization (Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China
^2.School of Safety Science and Emergency Management, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, Hubei Province, China
^3.Shajiao C Power Plant, Guangdong Energy Group Co. , Ltd. , Dongguan 523936, Guangdong Province, China

Received:2025-05-30 Revised:2025-08-21 Published:2026-04-30 Online:2026-04-21
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52576115)

摘要/Abstract

摘要：

目的废纺热解产物耦合燃煤发电不仅可提高废旧纺织品处理规模，降低发电成本，还对燃煤电厂碳减排有积极意义，为此，针对此工艺路线开展了燃烧数值模拟研究。方法构建了燃煤锅炉的网格模型，并耦合了纯煤燃烧及热解气燃烧反应机理。在此基础上进行了网格无关性和模型合理性验证，并以废纺热解质量流量、燃尽风风率、热解气入炉位置3个运行参数作为自变量，开展了燃烧数值模拟计算。结果 3个参数的变化对炉膛出口飞灰含碳量及炉膛出口NO _x 质量浓度具有复杂而显著的影响。结论综合考虑该工艺路线的安全、经济、环保性能，建议在热解半焦及热解气热量掺混比低于10%，且为炉外掺混方式下，将燃尽风风率维持在31%左右。对于废纺热解质量流量和热解气入炉位置，建议根据实际条件和需求来确定。

关键词: 燃煤锅炉, 废旧纺织品, 固废耦合, 热解半焦, 热解气, 混燃, 燃尽风, 数值模拟

Abstract:

Objectives The waste textile pyrolysis products coupled with coal-fired power generation can not only increase the treatment capacity of waste textiles and reduce power production costs, but also contribute positively to carbon emission reduction in coal-fired power plants. Therefore, numerical simulation of combustion is carried out for this process route. Methods A grid model of a coal-fired boiler is constructed, and the reaction mechanisms of pure coal combustion and pyrolysis gas combustion are coupled. On this basis, the grid independence and model rationality are validated, and the combustion numerical simulation is carried out with the three operating parameters of mass flow rate of waste textile pyrolysis products, overfire air ratio, and pyrolysis gas inlet position as independent variables. Results In the three parameters have complex and significant influences on fly ash carbon content and NO _x mass concentration at the furnace outlet. Conclusions Considering the safety, economic, and environmental performance of this process route, it is recommended to maintain the overfire air ratio at around 31% when the heat blending ratio of pyrolysis char and pyrolysis gas is lower than 10% and blended outside the furnace. As for the mass flow rate of waste textile pyrolysis products and the pyrolysis gas inlet position, appropriate values should be determined according to actual conditions and demand.

Key words: coal-fired boiler, waste textile, solid waste coupling, pyrolysis char, pyrolysis gas, co-firing, overfire air, numerical simulation

中图分类号:

TK 16

张翼惟, 张成, 韩澳, 马仑, 黄浩, 刘宇浓, 方庆艳, 陈刚. 660 MW燃煤锅炉耦合废纺热解产物掺烧数值模拟研究[J]. 发电技术, 2026, 47(2): 304-314.

Yiwei ZHANG, Cheng ZHANG, Ao HAN, Lun MA, Hao HUANG, Yunong LIU, Qingyan FANG, Gang CHEN. Numerical Simulation of Combustion of Waste Textile Pyrolysis Products in a 660 MW Coal-Fired Boiler[J]. Power Generation Technology, 2026, 47(2): 304-314.

图/表 17

图1 炉膛结构及网格划分

Fig. 1 Furnace structure and mesh division

表1 废纺热解产物产率

Tab. 1 Pyrolysis yield of waste textiles

产物	热解半焦	热解油	热解气
热解产率/%	23.30	24.43	52.27

表2 废纺原料工业分析、元素分析及热值分析

Tab. 2 Industrial analysis, elemental analysis and calorific value analysis of waste textile feedstock

材料名称	工业分析			元素分析					Q_net /(kJ/kg)
材料名称	A_d /%	V_d /%	F_Cd /%	C_d /%	H_d /%	O_d /%	N_d /%	S_d /%	Q_net /(kJ/kg)
废纺	0.24	89.81	9.95	62.60	4.79	31.90	0.47	0	22 300

表3 设计煤种、燃用煤种及热解半焦工业分析、元素分析及热值分析

Tab. 3 Industrial analysis, elemental analysis and calorific value analysis of design coal, combustion coal and pyrolysis char

材料名称	工业分析					元素分析				Q_gr /(kJ/kg)
材料名称	M_ar /%	V_ar /%	F_Car /%	A_ar /%	C_ar /%	H_ar /%	O_ar /%	N_ar /%	S_ar /%	Q_gr /(kJ/kg)
设计煤种-1	11.71	23.67	49.17	15.45	60.17	4.16	6.82	0.88	0.81	23 948.25
设计煤种-2	15.69	28.50	47.17	8.64	60.43	3.77	10.35	0.71	0.41	24 510.46
燃用煤种	25.94	40.24	31.15	2.67	51.99	5.98	12.56	0.68	0.19	22 281.51
热解半焦	0	16.05	82.27	1.68	83.06	3.32	10.76	1.18	0	32 087.00

表4 热解气各组分质量分数及热值

Tab. 4 Mass fractions and calorific values of pyrolysis gas components

参数	CH₄	CO	CO₂	H₂
质量分数/%	0.28	36.56	63.16	4.33×10^-4
Q_gr /(kJ/kg)	55 600.45	10 108.35	—	141 563.98

表5 气相燃烧化学反应及动力学参数

Tab. 5 Equations and kinetic parameters of gas-phase combustion reactions

序号	反应式	A/(×10¹¹ s^-1)	E/(J/mol)
R1	Vol₁+0.96O₂→0.79CO+0.26CO₂+0.83H₂O+0.007N₂+ 0.002SO₂	2.119	202.7
R2	Vol₂+0.86O₂→0.31CO+0.1CO₂+2.037H₂O+0.052N₂	2.119	202.7
R3	CO+0.5O₂→CO₂	22.390	170.0
R4	CH₄+1.5O₂→CO+2H₂O	5.012	200.0
R5	H₂+0.5O₂→H₂O	0.010	31.0

表6 模拟运行工况

Tab. 6 Simulation operating conditions

工况	废纺热解质量流量/(t/d)	入炉热解半焦及热解气热量掺混比/%	燃尽风风率/%	热解气入炉高度/m
1	0	0	23	—
2	300	1.66	23	26.92
3	900	4.98	23	26.92
4	1 800	9.96	23	26.92
5	1 800	9.96	15	26.92
6	1 800	9.96	31	26.92
7	1 800	9.96	39	26.92
8	1 800	9.96	23	25.85
9	1 800	9.96	23	30.02

表7 模拟结果与实际运行测量数据对比

Tab. 7 Comparison between simulated results and actual operation measurement data

参数	出口O₂摩尔分数	出口飞灰中残碳质量分数	出口NO _x 质量浓度
相对误差/%	4.23	1.38	0.10
实际数据	2.60%	2.90%	292.20 mg/m³
模拟结果	2.71%	2.86%	292.48 mg/m³

图2 不同废纺热解质量流量下温度及组分摩尔分数分布云图

Fig. 2 Cloud diagrams of temperature and component molar fraction at different waste textile pyrolysis mass flow rates

图3 不同废纺热解质量流量下沿高度方向平均温度、平均O2摩尔分数、平均NO x 质量浓度分布

Fig. 3 Distribution of average temperature, O2 mole fraction and NO x mass concentration along height at different waste textile pyrolysis mass flow rates

表8 不同废纺热解质量流量下炉膛出口及屏底参数

Tab. 8 Parameters of furnace outlet and platen superheater bottom at different waste textile pyrolysis mass flow rates

工况	屏底烟气温度/K	出口飞灰中残碳质量分数/%	出口NO _x 质量浓度/(mg/m³)
2	1 634.76	1.24	373.90
3	1 636.36	2.85	379.88
4	1 666.55	2.53	426.24

图4 不同SOFA风率下温度及组分摩尔分数分布云图

Fig. 4 Cloud diagrams of temperature and component molar fraction at different SOFA air rates

图5 不同SOFA风率下沿高度方向平均温度、平均O2摩尔分数、平均NO x 质量浓度分布

Fig. 5 Distribution of average temperature, O2 mole fraction and NO x mass concentration along height at different SOFA air ratios

表9 不同燃尽风风率下炉膛出口及屏底参数

Tab. 9 Parameters of furnace outlet and platen superheater bottom at different overfire air ratios

工况	屏底烟气温度/K	出口中残碳质量分数/%	出口NO _x 质量浓度/(mg/m³)
5	1 599.71	5.98	533.20
4	1 666.56	2.53	426.24
6	1 691.10	1.81	336.94
7	1 680.46	4.20	346.71

图6 热解气入炉位置对温度及组分摩尔分数的影响

Fig. 6 Effect of pyrolysis gas inlet positions on temperature and component molar fraction

图7 热解气入炉位置对沿高度方向平均温度、平均O2摩尔分数、平均NO x 质量浓度的影响

Fig. 7 Effect of pyrolysis gas inlet positions on average temperature, O2 mole fraction and NO x mass fraction along height

表10 热解气入炉位置对炉膛出口及屏底参数的影响

Tab. 10 Effect of pyrolysis gas inlet positions on parameters of furnace outlet and platen superheater bottom

工况	屏底烟气温度/K	出口飞灰中残碳质量分数/%	出口NO _x 质量浓度/(mg/m³)
8	1 658.62	3.88	512.01
4	1 666.56	2.53	426.24
9	1 649.61	4.34	358.13

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660 MW燃煤锅炉耦合废纺热解产物掺烧数值模拟研究

Numerical Simulation of Combustion of Waste Textile Pyrolysis Products in a 660 MW Coal-Fired Boiler

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摘要/Abstract

引用本文

图/表 17

参考文献 39

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