拱上OFA对W火焰炉燃烧及NOx生成特性影响数值模拟研究

摘要

W火焰锅炉由于其下炉膛温度高、煤粉行程长等优点成为燃用难燃煤的很好的炉型,我国难燃煤占动力用煤的2/5以上,因此W火焰锅炉在我国得到了很大的应用和发展。但W火焰锅炉运行中的一个主要问题是氮氧化物(NOx)排放量高,拱上布置燃尽风(OFA)技术能够有效的降低炉内NOx生成量。本文以某电厂一台660MW福斯特惠勒(FW)型W火焰锅炉为对象,进行了拱上布置OFA炉内燃烧及NOx生成特性的数值模拟研究,得如下研究结果。
　　在总风量保持不变的条件下,当OFA风率从0％增加到25%时,拱上煤粉气流下冲深度没有太大变化,但OFA气流的穿透深度不断增加,与上行烟气的混合程度加强;同时随着OFA风率增加,下炉膛中心高温区有一定程度的上移,下炉膛煤粉燃尽率变小,炉膛出口飞灰可燃物含量从4.23%增加到6.79%,增加了2.56%,而出口NOx排放量则从1559mg/m3减少到1051mg/m3,降低幅度为32.6%。综合考虑OFA风率对炉内流动和燃烧的影响以及对NOx排放量和锅炉运行经济性的影响规律,较佳的OFA风率可取为20%。
　　在OFA风率保持不变的条件下,OFA下倾角度的变化主要对炉拱区域及上炉膛的流动和燃烧产生影响。增加OFA下倾角度能够降低OFA气流与上行烟气的混合点,增加混合气流中煤粉颗粒的燃尽距离,但是OFA下倾角度过大时OFA气流水平冲量降低,与上行烟气混合减弱,同时会使得OFA气流中的部分空气被卷入拱下回流区,降低了下炉膛的还原性气氛。当OFA角度从15°增加到30°时,上炉膛区域平均烟气温度先升高后降低,在20°时平均烟气温度水平达到最高,而平均氧气浓度先降低后升高,在20°时最小。炉膛出口飞灰可燃物含量以及NOx排放量先降低后升高,OFA下倾角度为25°时炉膛出口NOx排放量最低,但炉膛出口飞灰可燃物含量在20°时最低,当OFA下倾角度从20°增加到25°时,NOx排放量只降低了29mg/m3,而飞灰可燃物含量增加了0.22%。综合考虑OFA下倾角度对炉内燃烧以及炉膛出口的NOx排放量和飞灰可燃物含量的影响,较佳的OFA下倾角度可取为20°。

目录

拱上 OFA 对 W 火焰炉燃烧及 NOx生成特性 影响数值模拟研究

NMMERICAL SIMULATION OF COMBUSTION CHARACTERISTICS AND NOx EMISSIONS FOR A DOWN-FIRED UTILITY BOILER WITH ARCH-ARRANGED OFA

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 W 火焰锅炉概述

1.3 燃煤 NOx的生成与控制

1.4 W 火焰锅炉数值模拟研究现状

1.5 主要研究内容

第2章 锅炉原型

2.1 锅炉本体及其燃烧系统

2.2 拱上布置燃尽风方案

2.3 本章小结

第3章 炉内燃烧数值计算模型

3.1 几何模型的建立及网格划分

3.2 数值计算模型

3.3 数值模拟计算的合理性验证

3.4 本章小结

第4章 燃尽风风率对炉内燃烧及 NOx生成的影响

4.1 计算工况安排

4.2 数值模拟结果及分析

4.3 本章小结

第5章 燃尽风下倾角度对炉内燃烧及 NOx生成的影响

5.1 工况安排

5.2 数值模拟结果及分析

5.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢