燃煤电厂锅炉烟气含湿量计算分析及排湿特性研究

摘要

针对燃煤电厂锅炉烟气含湿量过大会带来的锅炉尾部烟道及设备腐蚀问题，向大气环境中排放湿量过大可能会造成酸雨、雾霾问题。本文以燃煤电厂与烟气湿量有关的工艺作为对象，通过数据调研、理论分析和数值模拟分析方法针对烟气中含湿量的来源、烟气中含湿量的量化计算、锅炉尾部烟囱排放含湿烟气的扩散特性进行了研究。主要工作如下：
　　（1）对燃煤电厂锅炉燃烧系统湿量平衡理论计算分析。通过对燃煤锅炉系统烟气湿量来源进行探讨，建立了锅炉燃烧系统湿量计算的基本模型。根据热力学基本原理和物料守恒原理，给出了燃煤锅炉系统湿量的计算方法，采用该方法对燃烧不同煤种锅炉的实际运行参数进行湿量计算分析比较，发现有效降低烟气湿量可以选择燃烧基水分含量较少的煤种。
　　（2）对湿法烟气脱硫工艺湿量平衡理论计算分析。通过对石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺烟气湿量进行探讨，建立了湿法脱硫系统湿量计算的基本模型。根据热力学基本原理和物料守恒原理，给出了湿法烟气脱硫工艺湿量的计算方法。采用该方法对6个不同容量的机组的实际运行数据进行湿量计算分析比较，烟气排放湿量主要来源为湿法脱硫工艺。
　　（3）对烟囱向环境排放湿量理论计算分析。根据热力学基本原理和物料守恒原理，给出了湿烟气在烟囱中凝结的湿量和向环境中排放湿量的计算方法。采用该方法对某600MW燃煤机组锅炉烟气在春、夏、秋、冬四个季节向环境排放的湿量进行计算。通过对计算结果的分析，结果表明：80％以上的湿饱和烟气中的湿量会排放到大气环境中，不同季节湿烟气向环境中排放湿量多少关系为冬季>春季>秋季>夏季，烟气向环境中排放的湿量会使环境空气湿度上升，相当部分湿量会形成雾，这种情况下会给雾霾和酸雨的形成创造有利条件，再结合雾霾多发季节冬季>春季>秋季>夏季，可知湿烟气向环境中排放的湿量有助于雾霾的产生。
　　（4）对上海地区燃煤电厂锅炉烟气向环境中排放湿量理论计算分析。根据热力学基本原理，计算出上海地区燃煤电厂一年向大气环境中排放的湿量，对比分析2006年到2013年上海地区燃煤电厂向环境中排放湿量、烟尘量、二氧化硫量和氮氧化物量。结果表明：上海地区燃煤电厂锅炉烟气排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放量在逐年减少，而湿量的排放在逐年增多，结合近些年来雾霾天气频发，可知燃煤电厂锅炉烟气向环境中排放的大量湿量为雾霾产生创造了“雾”的条件。
　　（5）对烟囱排放湿烟气的扩散特性CFD数值模拟研究。利用Gambit软件对某燃煤电厂烟囱排放湿烟气流动模型进行建模，利用Fluent软件对不同排烟速度和不同环境风速下湿烟气温度场和速度场进行数值模拟，通过对模拟结果的分析，结果表明：烟囱排放烟气速度一定时，在一定的环境风速范围内，湿烟气的横向传输距离与环境风速的大小成正比，湿烟气的抬升高度与环境风速的大小成反比；环境风速比较大时，湿烟气排放需要有足够的动量。

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主要符号表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 燃煤电厂烟气含湿量研究现状

1.3 烟气含湿量来源及排放分析

1.4 研究内容和方法

第二章 锅炉燃烧系统湿量平衡计算分析

2.1 锅炉燃烧系统湿量平衡计算模型及假设

2.2 锅炉燃烧系统烟气湿量计算分析

2.3 锅炉燃烧系统湿量平衡方程核算及校验

2.4 对比与误差分析

2.5 本章小结

第三章 湿法烟气脱硫工艺湿量平衡计算分析

3.1 湿法脱硫工艺湿量平衡计算模型及假设

3.2 湿法脱硫工艺湿量计算分析

3.3 湿法脱硫工艺湿量平衡方程的计算及校验

3.4 对比与误差分析

3.5 本章小结

第四章 烟囱向环境排放湿量计算分析

4.1 湿烟气向环境排放湿量计算模型和假设

4.2 湿烟气向环境排放湿量计算分析

4.3 湿烟气向环境排放湿量计算

4.4 不同季节湿烟气向环境排放湿量对比分析

4.5 本章小结

第五章 上海地区燃煤电厂锅炉烟气向环境中排放湿量计算分析

5.1. 上海地区各电厂装机容量

5.2 上海地区污染物排放综合分析

5.3 上海地区燃煤电厂锅炉烟气向环境中排放总湿量计算分析

5.4 全国各地区燃煤电厂锅炉烟气向环境中排放湿量计算

5.5 本章小结

第六章 烟囱排放湿烟气的扩散特性研究

6.1 前言

6.2 烟囱排放湿烟气控制方程

6.3烟囱排放湿烟气物理模型的建立

6.4 烟羽扩散情况的数值模拟分析

6.5 模型验证

6.6 本章小结

第七章 总结与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及专利

致谢