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300MW对冲燃烧锅炉低NOx燃烧数值模拟

作　者: 赵耀光
导　师: 毕明树
学　校: 大连理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 旋流燃烧器锅炉燃烧 NOx排放数值模拟
分类号: TK224.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

火电厂燃煤产生的NOx排放日益严重地危害着人类自身的健康和生存环境。研究锅炉燃烧和NOx生成过程,降低NOx的排放,具有工程实际意义。与使用直流燃烧器的四角切圆锅炉相比,使用旋流燃烧器的对冲锅炉在抗结渣腐蚀、低负荷稳燃、烟温偏差等方面有其独特的优势,但其NOx排放量要高于四角切圆锅炉。为降低对冲锅炉的NOx排放量,本文采用流体力学方法,对中心给粉旋流锅炉中的煤粉燃烧过程进行了模拟计算,提出了降低其NOx生成的方法。具体工作和结论如下：1、以某电厂使用中心给粉旋流燃烧器的300MW墙式对冲锅炉为研究对象,建立了单个中心给粉燃烧器煤粉扩散燃烧和NOx生成-还原模型,模拟了单个中心给粉燃烧器中的煤粉燃烧过程,研究了燃烧过程中浓缩环结构、煤粉粒径及进煤量对燃烧器NOx排放性能的影响,结果表明,燃烧器浓缩环距端口距离为325mm、浓缩环间距为80mm及煤粉粒径为120μm时,燃烧器有较高的燃烧效率、较低的NOx排放和较轻的结渣腐蚀。2、在对单个燃烧器研究的基础上,建立了300mw对冲锅炉的模型,研究了使用中心给粉旋流燃烧器时锅炉的一次风率、二次风率、过量空气系数对锅炉NOx排放性能的影响,得出当锅炉的一次风率为25%-30%、内二次风率为30%-40%,外二次风率为60%-70%时,过量空气系数为1.2左右时,锅炉有比较好的脱氮效果和燃烧效率。3、对于使用中心给粉旋流燃烧器的锅炉,各个燃烧器独立燃烧,相互间影响很小。气流进入炉膛后形成回流区,可保证煤粉的及时着火燃烧。炉膛内火焰充满度良好,烟温分布合理。4、使用浓淡燃烧技术和空气分级技术,炉膛内可形成还原性气氛来抑制NOx的生成,锅炉具有较低的NOx排放量。5、通过对中心给粉旋流燃烧器结构和运行工况的改造,在保证锅炉燃烧效率和安全运行的前提下,锅炉的NOx排放量得到了明显的降低。本文的创新点是：本文采用计算流体力学方法,对中心给粉旋流锅炉中的煤粉燃烧过程进行了模拟计算,给出了既能保证较高的燃烧效率又能降低NOx排放的优化参数。通过对中心给粉旋流燃烧器结构和运行工况的改造,在保证锅炉燃烧效率和安全运行的前提下,锅炉的NOx排放量得到了明显的降低。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-12
1 文献综述  12-35
  1.1 旋流燃烧器技术的发展  12-16
    1.1.1 燃烧器分类及比较  12-14
    1.1.2 旋流燃烧器的形式  14-15
    1.1.3 旋流燃烧器的发展趋势  15-16
  1.2 NO_X的生成机理及低NO_X技术  16-23
    1.2.1 NO_X的生成机理及控制方法  16-20
    1.2.2 NO_X排放控制技术  20-23
  1.3 旋流燃烧器及锅炉燃烧研究现状  23-24
    1.3.1 国外研究动态  23-24
    1.3.2 国内研究动态  24
  1.4 煤粉燃烧及NO_X生成-还原模型  24-33
    1.4.1 基本守恒方程  26
    1.4.2 气相湍流运动模型  26-27
    1.4.3 气固两相湍流流动模型  27-28
    1.4.4 气相湍流燃烧模型  28-29
    1.4.5 辐射换热模型  29
    1.4.6 煤粉颗粒燃烧模型  29-32
    1.4.7 NO_X生成-还原模型  32-33
  1.5 本文研究内容  33-35
2 数学模型及数值计算方法  35-46
  2.1 气相流动模型  35-36
  2.2 气固两相流动模型  36-37
  2.3 气相湍流燃烧模型  37
  2.4 辐射换热模型  37-39
  2.5 挥发分析出模型  39
  2.6 焦炭燃烧模型  39-40
  2.7 NO_X生成模型  40-44
    2.7.1 热力型NO_X生成模型  41
    2.7.2 快速型NO_X生成模型  41-42
    2.7.3 燃料型NO_X生成模型  42-44
  2.8 数值模拟方法  44-45
  2.9 本章小结  45-46
3 单只中心给粉旋流燃烧器低NO_X燃烧的数值研究  46-72
  3.1 数值模拟对象  46-48
    3.1.1 模拟对象  46-47
    3.1.2 中心给粉旋流燃烧器的性能特点  47-48
  3.2 中心给粉旋流燃烧器的燃烧模拟  48-58
    3.2.1 网格划分  48-49
    3.2.2 煤种性质  49-50
    3.2.3 计算模型和入口条件  50
    3.2.4 模型的有效性考核  50-51
    3.2.5 燃烧模拟结果与分析  51-58
  3.3 浓缩环结构对燃烧器NO_X排放性能的影响  58-65
    3.3.1 浓缩环距燃烧器端口距离的影响  58-62
    3.3.2 浓缩环间距的影响  62-65
  3.4 煤粉粒径对燃烧器NO_X排放性能的影响  65-68
  3.5 不同给煤量下燃烧器NO_X排放的性能  68-71
  3.6 本章小结  71-72
4 锅炉炉内低NO_X燃烧的数值研究  72-93
  4.1 威300MW锅炉简介  72-73
  4.2 锅炉的燃烧模拟  73-82
    4.2.1 网格划分  73-74
    4.2.2 煤种性质  74-75
    4.2.3 计算模型和边界条件  75
    4.2.4 模拟结果与分析  75-81
    4.2.5 燃烧器模拟结果的验证  81-82
  4.3 一次风率对锅炉NO_X排放性能的影响  82-86
  4.4 二次风率对锅炉NO_X排放性能的影响  86-89
  4.5 过量空气系数对锅炉NO_X排放性能的影响  89-92
  4.6 本章小结  92-93
结论  93-94
参考文献  94-97
附录A 附录内容名称  97-98
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  98-99
致谢  99-100

300MW对冲燃烧锅炉低NOx燃烧数值模拟

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