600MW对冲燃煤锅炉低NOx改造数值模拟研究

摘要

随着环境问题的日趋严峻，尤其是近几年华北地区雾霾天气的大面积肆虐，大气污染物的排放引起了人们极大的关注。在此背景下，针对燃煤电站，国家层面提出了超低排放战略，这使得燃煤电站的减排改造极为迫切。本文结合具体的低NOx燃烧改造工程项目，以王曲电厂600MW超临界直流锅炉为研究对象，通过改变燃尽风喷口的取风率与燃尽风喷口的结构、数量、旋流叶片角度等，对对冲燃煤锅炉煤粉燃烧时NOx的生成进行数值模拟分析，并根据模拟结果指导锅炉的低NOx燃烧器改造。
　　首先，根据质量、动量、能量和组分守恒的约束构建了数值模拟控制方程组，根据数值模拟计算的常用求解过程确定了模拟计算的求解过程，通过比较常用的气相湍流模型、气固两相流模型、燃烧模型、辐射换热模型及NOx反应模型确定了锅炉低NOx数值模拟的具体模型。
　　然后，对王曲电厂2号机组600MW锅炉的运行现状进行了介绍，在此基础上，从数值模拟的计算工况及边界条件、锅炉燃尽风模拟计算、锅炉燃尽风优化设计模拟计算对王曲电厂2号机组600MW锅炉进行了数值模拟分析，并得出：燃尽风喷口的取风率与燃尽风喷口的结构、数量、旋流叶片角度和风道阻力有关；去掉缩口并取消旋流风强度，增加燃尽风喷口数量有利于降低飞灰和NOx排放量；增加燃尽风喷口数量后，当旋流叶片全开时，燃尽风的取风率可达到38％，高于设计取风率，可通过调节风门开度控制风量分配，从而达到设计风率30%。
　　最后，根据数值模拟的结论，给出了针对王曲电厂2号机组600MW锅炉的低氮燃烧改造方案，对该改造方案进行了热力性能校核计算，并从炉内温度场分布、氧气浓度分布、CO浓度分布和NOx浓度分布对模拟结果进行了对比分析。
　　模拟结果显示：改造后，在炉内形成了良好的空气动力场，燃烧器区域温度分布非常均匀，没有显著的高温区，出口温度、氧量分布也均匀。在燃烧器区域形成了中心还原区域，这些显著抑制了NOx的生成。由于深度的空气分级作用，NOx排放较原方案更低，且依然能保证较高的煤粉燃尽率。在600MW负荷条件下，NOx和CO排放浓度经折算后能够达到设计目标，锅炉的飞灰含碳量和机械不完全燃烧热损失不高于锅炉现有的运行水平，并且可有效降低水冷壁结渣和高温腐蚀的倾向。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作

第2章 数值模拟方法及相关模型

2.1 控制方程组

2.2 求解过程

2.3 气相湍流流动模型

2.4 气固两相流模型

2.5 煤粉燃烧模型

2.6 辐射传热模型

2.7 NOx反应模型

2.8 本章小结

第3章 王曲电厂600MW锅炉运行现状及其模拟

3.1 设备概况

3.2 数值模拟

3.3 本章小结

第4章 王曲电厂600MW锅炉低NOx改造分析

4.1 低氮燃烧改造方案

4.2 热力性能校核计算

4.3 模拟结果对比分析

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢