W型火焰锅炉氮氧化物减排技术研究

摘要

W型火焰锅炉是燃用劣质煤的主力炉型，但其存在燃烧不稳定、氮氧化物排放量高等问题。因此，研究W型火焰锅炉燃烧及脱硝技术具有重要意义。本文对某330MW的W型火焰锅炉氮氧化物控制技术进行了研究。
　　首先，建立了W型火焰锅炉几何模型和数学物理模型，并进行了网格独立性考核，网格数为206万时的模拟结果满足准确度和网格无关性的要求。利用PDF燃烧模型、双竞争挥发分析出模型、DPM模型、动力/扩散焦炭燃烧模型、NOx预测模型等对W型火焰锅炉不同负荷下的两种工况进行了热态数值模拟研究，得到的温度结果与现场运行数据相对误差在10％以内，NO出口浓度值与现场运行数据相对误差为11.5%。
　　然后，分析了配风、浓淡煤粉气流比、燃烧气氛等因素对W型火焰锅炉燃烧和氮氧化物排放量的影响。计算结果表明：改进配风条件下炉膛内的流场及温度场对称性比原始配风条件下的好，且炉膛出口氮氧化物排放量降低15.92%；拱上浓淡煤粉气流比越大，炉膛空间利用率越高、出口平均温度越低、氮氧化物排放量越低，但过大高温烟气会进入冷灰斗，造成冷灰斗的结焦结渣。为保证炉膛良好的燃烧特性及较低的氮氧化物排放量，选择浓淡气流比为8:2为最佳；W型火焰锅炉在含氧量为21%的O2/CO2气氛下燃烧的最高温度比相同氧含量的O2/N2气氛下的最高温度低339℃，但在含氧量为35%的O2/CO2气氛下燃烧的最高温度比含氧量为21%的O2/N2气氛下的最高温度高25℃。在O2/CO2气氛下锅炉氮氧化物的排放量比O2/N2气氛下的排放量降低80%以上，但要达到较理想的燃烧状态，需要消耗更多的氧气。
　　进而，在低氮燃烧基础上，采用组分输运及涡耗散概念模型进行了 SNCR热态数值模拟研究，并利用ANSYS Exploration优化平台建立了热态优化模型。结果表明：SNCR反应主要发生在水平烟道部分，原始喷氨口布置的脱硝效率为51.84%。对前墙两层还原剂喷口位置进行了优化分析，前墙第二层喷氨口位置对脱硝效率的影响较第一层对脱硝效率影响大，还原剂喷口位置优化后减少了副反应的发生，脱硝效率提高5.7%。
　　最后，在SCR脱硝反应器冷态流场优化的基础上，利用多孔介质及涡耗散概念模型对联合SCR进行了热态数值模拟。冷态流场优化后催化剂进口速度均匀提高19%，反应器内压降降低15.12%。热态联合SCR在氨氮比为1.2时，脱硝效率为80.45%，氨逃逸量9.45ppm。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 W型火焰锅炉NOx产生及控制技术

1.3 W型火焰锅炉燃烧技术研究现状

1.4 烟气后处理技术研究现状

1.5 本文主要研究内容

2 W型火焰锅炉燃烧及NOx生成热态数值模拟

2.1 研究对象

2.2 模型建立

2.3 边界设置

2.4 网格独立性考核

2.5 不同计算工况下的结果分析

2.6 本章小结

3 锅炉燃烧及氮氧化物生成影响因素分析

3.1不同配风对锅炉燃烧及氮氧化物生成的影响分析

3.2不同浓淡煤粉气流条件比对燃烧及氮氧化物生成的影响分析

3.3 不同燃烧气氛对锅炉燃烧及氮氧化物生成的影响分析

3.4 本章小结

4 SNCR热态数值模拟研究及优化

4.1 SNCR烟气脱硝反应机理

4.2 模型建立

4.3 网格划分

4.4 边界设置

4.5 SNCR热态模拟结果分析

4.6 还原剂喷口位置优化研究

4.7 本章小结

5 联合SCR流场优化及热态数值模拟研究

5.1 SCR烟气脱硝反应机理

5.2 数学模型

5.3 SCR脱硝反应器原始模型数值模拟研究

5.4 SCR脱硝反应器流场优化数值模拟研究

5.5 SCR脱硝反应器热态数值模拟研究

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢