某600MW锅炉低氮燃烧器改造评估及燃烧试验研究

摘要

本文选择了某火力发电厂内的2台600MW功率的超临界锅炉在燃烧过程中出现的NOx超标现象作为研究对象，在阅读文献资料的基础上，密切结合相关工程的实践经验和数值模拟技术，有针对性地论述了燃尽风与低氮燃烧器充分结合相关的技改措施和方案。所述技改方案实施后对锅炉运行进行了相应的工业调试、试验研究，最后实现了这两台锅炉在燃烧过程中产生低含量的NOx工程目标。目前的成果显示，一次风煤粉设备中的浓淡部分的相互分离，二次风如何分级，燃烧器风口喷口的具体设计结构，这些是设计燃烧器过程中的重中之重。燃尽风的实际风率与具体的开口位置会在很大程度上影响NOx生成与锅炉燃烧工况，所以本文在设计燃烧器与开展数值模拟的过程中，侧重讨论和研究了上述问题。针对该发电厂中的＃4锅炉，设计出了全新的燃烧器，具体特征如下所示:配风涵盖了四个风道，分别是一次风、中心风、外二次风、内二次风。在这其中，一次风采取直流方式，二次风采取旋流方式，在这个一次风道中，添加了煤粉浓淡分离的相关组件。在设计燃烧器出口的过程中，考虑让它产生新型煤粉气流（呈现出内淡外浓的特征），运用相应的风口扩椎，循序渐进地强化了它的中心回流区。开展了气相以及气固领域中的两相数值模拟操作。在此过程中，发现燃烧器中心产生了较为明显的回流区，煤粉能够获得良好的富集效应。本文运用这个燃烧器，对所研究的＃4锅炉实施了相应的技改。在＃4炉完成了技术改造之后，在现场充分地运用相关的冷态空气动力学知识，开展了动力学试验，相关试验结果证实，这个燃烧器的旋流特性非常优异。紧接着，对＃4锅炉开展了相应的热态调整试验，进行了相应的性能测试，从它的测试结果来看，在该燃烧器投入使用后，锅炉自身表现出了良好的稳定性、经济性以及环保性，但是本次改造也在一定程度上增加了飞灰中的碳含量以及高温腐蚀的问题。论文根据槲炉的改造经验，完善和优化了＃3炉的燃烧器设计工作，对煤粉浓淡分离的相关装置进行了改进，使燃烧器出口煤粉浓度提高，另外还在设计过程中，优化外二次风、内二次风生成旋流的相关叶片的具体角度。新的燃烧器优化完成之后，开展了相应的数值模拟活动，分析了主要运行参数对燃烧器的流场影响，接着实施了相应的热态模拟分析，对锅炉燃烧状况和锅炉NOx排放情况进行模拟研究。改进和完善了锅炉燃烧器之后，就对本文所研究的＃3炉实施了低NOx的技术改造，并且对燃尽风运用了双层结构。在开展了热态调整的相关试验后，针对完成了技术改造的＃3炉实施了性能测试，从相关的测试数据来看，优化燃尽风和燃烧器后，锅炉安全性、稳定性、经济性良好，并且明显降低了锅炉排放氮氧化物的水平，取得良好的效果，在额定负荷的情况下，对锅炉尾部烟气内的NOx的实际含量进行控制，使其最大数值不高于每立方米280毫克，实现了技术改造的目标，并在一定程度上提高了锅炉的经济性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 NOx主要来源

1．3 我国氮氧化物排放标准

1．4 本文研究内容

1．4．1 本论文研究锅炉介绍

1．4．2 本文研究目标

1．4．3 研究方法

1．4．4 论文的主要内容

第2章 NOx减排理论及工程方案确定

2．1 NOx的减排理论基础

2．1．1 NOx生成机理

2．1．2 煤粉炉中NOx生成

2．1．3 空气分级燃烧技术

2．2 低NOx燃烧数值模拟技术

2．2．1 数值模拟基本原理

2．2．2 物理低NOx燃烧数值形态

2．3 工程改造方案设计

2．4 改造方案的试验研究

2．5 本章小结

第3章 #4炉低氮氧化物燃烧的技术改造

3．1 概述

3．2．1 数值建模

3．2．2 边界条件与工况设置

3．2．3 冷态流场和颗粒场的计算结果与分析

3．3 #4炉工程的技术改造和现场试验

3．3．1 技术改造的相关方案

3．3．2 现场冷热态调试试验

3．3．3 #4炉性能试验

3．4 #4炉技术改造效果评价

3．4．1 安全性能的评价

3．4．2 稳定性评价

3．4．3 经济性方面的评价

3．4．4 环保指标评价

3．5 #4炉技术改造的相关展望

3．6 本章小结

第4章 #3炉低NOx燃烧改进改造方案研究

4．1 概述

4．2．1 数值建模

4．2．2 边界条件和工况设置

4．2．3 计算结果与分析

4．3 #3炉新型燃烧器设计结构二的数值模拟

4．3．1 数值建模

4．3．2 边界条件与工况设置

4．3．3 计算结果与分析

4．4 #3炉膛开展数值模拟

4．4．1 炉膛的具体建模和边界条件的界定

4．4．2 炉膛计算的具体工况

4．4．3 炉膛的相关数值计算结果和数值分析

4．5 #3工程技术改造与现场试验

4．5．1 落实改造方案

4．5．2 #3炉的现场调整

4．5．3 #3炉性能试验测试过程及方法

4．6 #3炉改造效果

4．7 #3炉改造展望

4．8 本章小结

第5章 全文总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

作者简介