某1000MWe塔式锅炉低负荷NOx生成排放特性和烟温偏差的数值模拟

摘要

塔式锅炉机组因具有单机容量大，烟温偏差小，换热器管壁磨损小等优点，近年来在我国的应用越来越广泛。但实际运行表明，部分塔式锅炉仍然存在低负荷下NOx排放量偏高和一定程度的烟温偏差问题。本文采用数值模拟的研究方法，对一台1000MWe超超临界塔式锅炉低负荷下的NOx生成与排放特性和烟温偏差机理开展了详细地研究，并通过燃烧优化和改进锅炉烟道结构来降低锅炉低负荷下的NOx排放和烟温偏差。
　　首先，对该锅炉进行了完整的几何建模和细致的网格划分，并将数值模拟与现场试验结果进行对比，模拟结果与试验测量值符合较好。在此基础上，结合高中低三个负荷的模拟计算结果与机组实际运行参数，分析了该锅炉低负荷下NOx排放浓度偏高的原因，即较高的运行氧量和一次风煤比大大促进了煤粉燃烧初期NOx的生成。
　　其次，通过适当降低周界风挡板开度降低周界风风量，从而降低煤粉燃烧初期化学当量比，燃烧初期的温度、O2浓度及NOx生成速率均相应下降，且NOx被还原的速率增加。模拟结果与试验结果均显示700MWe、500MWe下锅炉出口NOx浓度降低20％左右，且飞灰含碳量没有明显的增加。在此基础上将周界风的挡板开度设置为运行负荷的函数，从而能够使其始终维持在一个合理的水平。运行结果显示优化后的周界风控制策略不会影响锅炉效率及蒸汽参数，同时燃烧器喷口壁面也不会超温。
　　最后，采用数值模拟的方法分析了该锅炉换热器结构对该区域烟气的流动、温度及换热的影响。结果表明换热器区域的烟气在引风机牵引力的作用下会向后墙偏斜，而密集的换热器会增加烟气偏斜的程度，且阻碍了烟气的横向流动，引起烟气流量分布不均，最终导致左右两侧产生烟温偏差。在省煤器上方增加烟气导流结构“折烟角”后，烟气必须经过转向才能进入后烟道，能有效防止烟气向后墙偏斜。合适的“折烟角”深度使得换热器区域左右两侧烟气流动及烟温分布更加对称，同时不会对主燃区的燃烧和锅炉出口参数产生明显影响。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2锅炉炉内燃烧数值模拟的研究现状

1.3本文的研究内容

2 数值模拟对象和方法

2.1 1000MWe塔式锅炉简介

2.2数值模拟计算模型

2.3网格划分及独立性检验

2.4计算条件及方法

2.5数值模拟验证

2.6 本章小结

3 塔式锅炉低负荷下低NOx燃烧数值模拟

3.1 低负荷下NOx浓度偏高的原因

3.2 周界风挡板开度对低负荷下NOx生成排放的影响

3.3周界风控制策略的优化

3.4 本章小结

4 塔式锅炉烟温偏差的原因分析

4.1 计算工况设置

4.2 换热器区域烟气的流动及温度分布

4.3塔式锅炉烟温偏差原因分析

4.4 本章小结

5 烟道结构对塔式锅炉烟温偏差影响

5.1 计算工况设置

5.2 烟道结构对烟温偏差的影响

5.3 烟道结构对锅炉燃烧的影响

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后期工作展望

致谢

参考文献

附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利