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300MW高炉煤气煤粉混燃锅炉燃烧特性研究与数值模拟

作　者: 魏建国
导　师: 王春波
学　校: 华北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: 高炉煤气 混燃锅炉 掺烧比 热力计算 发电成本
分类号: TK229.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


高炉煤气是一种低热值的燃料,利用率低,有效利用将产生很大的经济效益。高炉煤气与煤粉混燃是一种有效的利用方式,但是存在易超温、难燃尽等问题。本文以300MW高炉煤气煤粉混燃锅炉为研究对象,利用FLUENT数值计算软件分别在100%负荷不同掺烧比下和相同掺烧比不同负荷下进行数值模拟；对纯燃煤和高炉煤气掺烧比为10%、20%、30%四种工况进行热力计算,研究高炉煤气与煤粉的混燃特性；并对锅炉机组进行经济性分析。由数值模拟的结果分析,掺烧高炉煤气后炉内温度水平有明显下降,且随着掺烧量的增加而加剧,但下降的趋势变缓。掺烧高炉煤气后产生烟气量增多,炉膛出口烟速有明显增加,煤粉颗粒实际停留时间缩短,使得煤粉燃尽变得困难。同时,NO的生成量随高炉煤气掺烧量的增加而明显减少。由热力计算分析,高炉煤气掺烧比越大理论燃烧温度越低,高炉煤气掺烧比为30%的理论燃烧温度只有1635℃,这就限制了高炉煤气掺烧比。掺烧高炉煤气改变受热面的吸热特性,炉内的辐射吸热量减少,过热器和再热器的对流吸热量增大。炉膛出口烟温和各对流受热面的烟气温度随高炉煤气掺烧比的增大而升高,最终排烟温度升高,锅炉效率降低。高炉煤气煤粉混燃锅炉机组的发电成本随掺烧比的增大而降低。在不计入高炉煤气成本的情况下,掺烧比为10%、20%、30%工况的发电成本比纯燃煤分别减少0.0223元/kWh、0.0408元/kWh、0.0585元/kWh。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 选题背景及其意义  9-10
  1.2 国内外研究动态  10-11
  1.3 课题研究内容  11-13
第2章 数值模拟数学模型  13-25
  2.1 基本守恒方程  13-14
  2.2 湍流流动模型  14-15
  2.3 气固两相流模型  15-17
  2.4 煤粉颗粒燃烧模型  17-21
    2.4.1 挥发分热解模型  17-18
    2.4.2 挥发分燃烧模型  18-20
    2.4.3 焦炭燃烧模型  20-21
  2.5 辐射模型  21-23
  2.6 NO_x反应模型  23-24
  2.7 本章小结  24-25
第3章 高炉煤气/煤粉混燃锅炉数值模拟  25-42
  3.1 锅炉结构数据  25-26
  3.2 燃料特性分析  26-27
  3.3 网格划分  27-29
  3.4 数值模拟结果与分析  29-41
    3.4.1 模拟工况  29-30
    3.4.2 流场特性分析  30-31
    3.4.3 温度场分析  31-34
    3.4.4 烟气组分分析  34-39
    3.4.5 烟气流速及煤粉颗粒实际停留时间  39-40
    3.4.6 NO浓度场  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 混燃锅炉的热力计算  42-58
  4.1 锅炉概况说明  42-44
    4.1.1 锅炉容量及主要参数  42
    4.1.2 过热器再热器布置  42-43
    4.1.3 蒸汽流程  43-44
  4.2 烟气量和理论燃烧温度的计算  44-47
    4.2.1 理论烟气量的计算公式  44-46
    4.2.2 发热量和理论燃烧温度  46-47
  4.3 热力计算结果及分析  47-53
    4.3.1 换热方程  47-48
    4.3.2 锅炉各受热面吸热量的分析  48-50
    4.3.3 各受热面烟气温度和工质温度分析  50-52
    4.3.4 改造工况计算结果及分析  52-53
  4.4 管壁金属温度的计算  53-57
    4.4.1 管壁金属温度计算方法  53-54
    4.4.2 炉膛分段热力计算  54-55
    4.4.3 高温受热面管壁金属温度计算结果  55-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章 混燃锅炉经济性分析  58-62
  5.1 厂用电率的计算  58-59
  5.2 煤耗与燃料成本计算  59
  5.3 发电成本计算  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第6章 结论与展望  62-64
  6.1 主要研究成果  62-63
  6.2 工作展望  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽锅炉 > 各种类型锅炉 > 混燃各种燃料的锅炉
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