600MW亚临界锅炉低NOx燃烧改造设计与数值模拟

摘要

我国电力工业中燃煤火力发电占主导地位，但燃煤锅炉排放的大量氮氧化物(NOx)对生态环境造成了严重危害。国家最新出台的《火电厂大气污染物排放标准》对排放标准进行了严格限制。新的排放标准的及收费政策的出台使整个火电行业面临异常严峻的环保形势。采取措施减少氮氧化物的排放，是火电厂面临的一项刻不容缓的工作。目前已有的控制常规燃煤电站锅炉NOx排放的技术措施可分为低NOx燃烧技术和烟气净化技术两类。尾部烟气脱硝技术投资及运行费用昂贵，而先进低NOx燃烧技术可降低排放浓度到450~650 mg/Nm3。对于烟煤可降低到450mg/Nm3以下，对已经投运600MW机组亚临界锅炉进行低NOx燃烧系统改造，目前还是一项空白。因此进行本课题的研究很有意义。本论文通过对某600MW亚临界机组锅炉工程燃用煤种(神府东胜煤)和运行数据的分析，结合对已经运行锅炉的NOx排放数据进行分析，开发适合本改造工程的LNTFS低NOx的燃烧系统。本论文在改造设计方面的主要工作有：1.改进的燃烧系统的设计；2.改进的二次风配风方式的设计；3.改进的一、二次风喷嘴的设计；4.对锅炉NOx排放进行预测，并对运行调整提出建议。在完成改造方案的基础上，通过数值模拟等方法验证此系统的减排效果及NOx排放数据；并通过数值模拟验证煤粉细度、风量分布等对锅炉性能指标的影响规律指导锅炉的运行。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 概述

1.1 课题的背景

1.2 国内外现状

1.3 论文工作内容

1.4 改造目标

1.5 工程意义

本章小结

第二章 某电厂3 号炉原设计及运行情况

2.1 锅炉总体设计情况介绍

2.2 燃烧系统介绍

2.3 锅炉的总体运行情况

本章小结

第三章 LNCFS 低 NO_x 燃烧技术研究

3.1 NO_x 生成机理

3.1.1 热力型 NO_x 的生成机理及其控制

3.1.2 快速 NO_x 的生成机理及其控制

3.1.3 燃料型 NO_x 的生成机理及控制

3.2 低 NO_x 技术的研究与发展

3.3 低 NO_x 燃烧技术

3.3.1 低NO_x 燃烧技术概述

3.3.2 空气分级燃烧

3.4 LNTFS 低NO_x 燃烧器

3.4.1 煤粉燃烧时 NO_x 的生成

3.4.2 LNTFS 的组成

3.4.3 控制 NO_x 的 CCOFA 和 SOFA

3.4.4 用于控制 NO_x 的预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）的作用

3.4.5 用于控制 NO_x 的宽调节比煤粉喷嘴（WR）的作用

本章小结

第四章 低 NO_x 燃烧改造方案

4.1 改造方案的提出背景

4.2 此改造工程煤种分析

4.2.1 设计煤种资料

4.2.2 煤质评价

4.3 低NO_x 燃烧系统改造方案

4.4 燃烧系统初步设计参数

4.4.1 燃烧器的主要设计参数

4.4.2 燃烧器的面积改造

4.5 燃烧器结构改造

4.5.1 增加4 个 SOFA 燃烧器

4.5.2 SOFA 燃烧器介绍

4.5.3 SOFA 风系统改造

4.5.4 其他的改造

4.5.5 二次风喷嘴

4.5.6 燃烧器二次风挡板的控制原则

本章小结

第五章 燃烧器改造方案的数值模拟

5.1 数值模拟技术简介

5.2 模拟工况的建立

5.2.1 边界条件

5.2.2 计算域及网格划分

5.3 炉内场参数特性分析

5.3.1 风速分布

5.3.2 温度场

5.4 炉内水冷壁面特性分析

5.4.1 燃尽风量对炉内水冷壁面特性影响的研究

5.4.2 分离燃尽风级数对炉内水冷壁面特性影响的研究

5.5 炉内特性参数影响的研究

5.5.1 燃尽风量对炉内特性参数影响

5.5.2 分离燃尽风级数对炉内特性参数影响

5.5.3 各工况屏底和还原区特性参数比较

5.5.4 各工况NO_x 排放特性比较

本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文