“W”型火焰锅炉燃烧优化与氮氧化物控制研究

摘要

为了更好地燃烧无烟煤和贫煤，“W”型火焰锅炉应运而生并在我国得到了广泛应用。然而，在实际应用中，“W”型火焰锅炉出现了着火晚、结焦结渣严重、下冲行程短、飞灰含碳量高以及氮氧化物排放高等一系列问题。本文分别以一台Babcock&Wilcox(B&W)锅炉以及一台Foster Wheeler(FW)锅炉为研究对象，根据锅炉特点和实际燃烧中存在的问题，对燃烧器、二次风分配、燃尽风参数、煤种变化以及二次风角度等进行了数值模拟研究，并分析各因素对其燃烧及NOx排放的影响。 本文通过数值模拟结合现场实验的方法，分析了某600MW超临界B&W锅炉燃烧和污染物排放现状，对SOFA风引入后调整二次风分配、燃烧器旋向布置、SOFA风率和位置布置等关键因素对低氮燃烧的影响进行了深入的研究。研究结果表明，引入SOFA风调整二次风率，可以较好的控制氮氧化物的生成，但引入了较高的飞灰含碳量。通过燃烧器旋向的调整，解决了着火晚，温度分布不均，飞灰含碳量过高等一系列问题。最后通过探讨SOFA参数对低氮燃烧的影响，得出最佳SOFA风率为20%，SOFA风位置为拱上5m。此外，本文研究了某600MW亚临界FW锅炉无烟煤改烟煤、拱下二次风角度以及SOFA风风率对低氮燃烧的影响。研究表明，更换煤种后从根本上解决了脱硫成本高的问题，并且NOx从1276mg/m3降低为594mg/m3，飞灰含碳量也由原来的4.13%降低为2.5%。但拱下风率过大，煤粉无法穿透拱下二次风等一系列问题依然存在。通过对拱下二次风角度以及SOFA风率的研究，优化了燃烧中存在的一系列问题并进一步降低了氮氧化物的排放。 本文首先研究了网格划分方式对网格质量的影响以及网格数量对计算精度的影响。然后对煤粉燃烧数值模拟所涉及到的主要模型进行了理论分析，并且对各种湍流模型和焦炭燃烧模型进行了具体的数值模拟对比分析，最终确定了本文所采用的全部数学模型。

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