燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫、脱硝模型及其传热模型研究

摘要

福建省的能源资源以煤为主，其中无烟煤占98.3％。福建无烟煤结构致密、反应性较差，灰熔点低、具有强烈的热破碎性质、难于着火和燃尽，在燃烧利用上存在不少困难。循环流化床锅炉具有燃料适应性广，燃烧效率高，污染物排放低等优点，近年来已成为燃烧福建无烟煤的首选炉型。燃烧福建无烟煤CFB锅炉目前存在的主要问题是，很多脱硫脱硝设备都没有运行；此外，燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内固体颗粒浓度较高，炉膛温度超过1050℃，炉内传热特性与燃烧其它煤种的CFB锅炉不同、CFB锅炉顶部区传热对整个炉内传热来说也是很重要的。因此，开展燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫脱硝模型和传热模型研究对于推广洁净煤技术和优化CFB锅炉设计或运行具有很重要的意义。 本文首先介绍了CFB锅炉原理、特点以及国内外发展概况，近年来针对福建无烟煤清洁燃烧的研究概况，国内外脱硫模型、脱硝模型研究进展以及CFB锅炉炉内传热研究进展。 其次，在深入研究燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫特性基础上，建立了一步法脱硫反应模型和两步法脱硫反应模型，并与工业试验数据结果作比较。与一步法反应模型相比，当钙硫比小于2.2时，两步法模型计算结果与工业实测结果吻合更好。两模型计算表明，在保持钙硫比不变的条件下，脱硫效率随流化速度的增加而降低，随循环倍率的增加而提高，随燃烧温度的升高而增加，但随负荷波动的变化很小。 再次，在深入研究燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内氮氧化物生成和还原特性基础上，建立了一个半经验脱硝数学模型，模拟计算结果与工业试验数据吻合较好。模拟结果表明，炉膛出口NOx(NO)排放浓度随二次风率增加而降低，随燃烧温度的升高而降低，随烟气流速的增大而增加，随焦炭粒径的增大而增加，随着钙硫比增大而增加。 进一步地，以燃烧其它煤种CFB锅炉炉内传热模型为参照，修正了燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内传热模型；以CFB锅炉顶部区流动特性和传热特性研究为基础，建立了针对燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉膛顶部区传热模型。模型计算结果表明，采用突变出口可以加强炉膛顶部传热，但是对于燃烧福建无烟煤CFB锅炉顶部传热系数增加很少。 本文最后，分析所建模型存在的问题。脱硫模型中脱硫效率随温度的变化趋势与工业试验矛盾；脱硝模型中，石灰石对炉膛内NOx浓度的影响与工业试验结果矛盾。这些问题表明，燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫脱销模型需要进一步研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章序论

1.1循环流化床锅炉技术的发展

1.1.1循环流化床原理、特点及循环流化床锅炉的优点

1.1.2国外循环流化床锅炉的发展现状

1.1.3国内循环流化床锅炉的发展现状

1.1.4循环流化床锅炉在福建省的发展现状

1.2 CFB锅炉清洁燃烧福建无烟煤的研究进展

1.2.1福建无烟煤在CFB锅炉中燃烬技术的研究

1.2.2燃烧福建无烟煤CFB锅炉低污染排放的技术研究

1.2.3小结

1.3本文的研究背景、意义和内容

1.3.1本文的研究背景、意义

1.3.2本文研究内容

1.3.3本文创新点

参考文献

第二章CFB锅炉脱硫、脱硝及传热模型研究概况

2.1 CFB锅炉燃烧中炉内脱硫数学模型概述

2.1.1引言

2.1.2机理模型

2.1.3半经验模型

2.1.4小结

2.2 CFB锅炉燃烧中脱硝研究概述

2.2.1引言

2.2.2实验研究

2.2.3模型研究

2.2.4小结

2.3循环流化床锅炉传热研究概述

2.3.1传热机理

2.3.2传热试验

2.3.3传热模型

2.3.4小结

参考文献

第三章燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内燃烧脱硫模型

3.1一步法脱硫模型

3.1.1建模

3.1.2模型求解结果与讨论

3.1.3结论

3.2两步法脱硫模型

3.2.1建模

3.2.2模型求解结果与讨论

3.2.3结论

3.3本章小结

参考文献

第四章燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内燃烧脱硝模型

4.1燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内NO脱除数学模型建立

4.1.1模型假设

4.1.2床内NO浓度分布

4.1.3CNO,0计算

4.1.4二次风口处烟气体积计算

4.1.5焦炭颗粒直径的计算

4.1.6脱硝效率计算

4.2模型验证与模型计算结果和讨论

4.2.1模型验证

4.2.2二次风率的影响

4.2.3温度的影响

4.2.4流化速度的影响

4.2.5焦炭粒径的影响

4.2.6加入CaO的影响

4.3本章小结

参考文献

第五章燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内传热模型

5.1稀相区传热模型

5.1.1建模

5.1.2模型求解结果与讨论

5.2顶部区传热模型

5.2.1建模

5.2.2模型求解结果与讨论

5.3本章小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1本文的结论

6.2本文需要进一步研究的问题

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致谢