800MW对冲燃煤锅炉低NOx改造的数值模拟

摘要

随着环境问题的日趋严峻，NOx等大气污染物的排放问题受到越来越多的重视。本文针对某800MW对冲燃煤锅炉NOx排放过高的问题，拟通过增设燃尽风，利用空气分级燃烧对其进行改造。空气分级燃烧在降低NOx排放的同时不可避免地会产生一定负面影响。本文利用FLUENT软件对这一锅炉在不同工况下的燃烧及排放进行了数值模拟，权衡利弊，实现了关键参数的确定和改造方案的改进。
　　首先，建立恰当的物理、数学模型，选用合理的计算方法，对改造前的原始工况进行了模拟。对所预报的速度、温度及组份分布进行详细的理论分析，说明了计算结果的合理性;对部分参数的计算值与实测值进行对比，验证了计算结果的准确性，认为本文所用的计算模型和方法是合理可靠的，可以用于改造工况的预测。
　　其次，深入分析了NOx的生成特性，以期更好地指导完善空气分级燃烧。先对原始工况和加设燃尽风工况的模拟结果进行对比，在比较温度和组份场的基础上，对NOx浓度及其反应速率的分布变化进行了讨论，全面分析了空气分级燃烧对炉内NOx生成特性产生的影响。然后深入探讨了空气分级燃烧下NOx生成速率的变化，对燃料型NOx和热力型NOx生成速率分别加以讨论，同时找到了炉内不同位置NOx生成速率的控制因素。
　　最后，设计了不同的工况，通过对模拟结果的对比，分析了燃尽风率和燃尽风喷口高度对燃烧和排放的影响。结果表明，燃尽风率增加、燃尽风喷口高度增加都会降低NOx排放，但都会对燃尽及炉膛上部温度产生一定的不利影响。分析结果表明，燃尽风率选取20％，燃尽风喷口高度为44m时，既能较大程度降低NOx排放，又能将负面影响控制在可接受范围内。此外，本文结合实际情况，进一步提出增设燃尽风同时，主燃区燃烧器下移的改造方案。经过验证，这一方案能够较大程度降低NOx排放，负面影响也最小，是较为理想的改造方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 NOx的危害和生成机理

1．3 燃煤锅炉NOx的控制措施

1．3．1 低氧燃烧技术

1．3．2 空气分级燃烧技术

1．3．3 燃料分级燃烧技术

1．3．4 烟气再循环技术

1．3．5 低NOx燃烧器

1．3．6 尾部烟气脱硝技术

1．4 炉内燃烧数值模拟研究进展

1．4．1 炉内燃烧数值模拟的发展

1．4．2 炉内NOx模拟研究动向

1．5 本文研究的主要内容

第2章 数值计算方法及相关模型

2．1 控制方程组

2．2 求解过程

2．3 气相湍流流动模型

2．3．1 微观模拟

2．3．2 概率密度函数模拟

2．3．3 统观模拟

2．3．4 本文选用的湍流模型

2．4 气固两相流模型

2．4．1 单流体模型

2．4．2 小滑移模型

2．4．3 双流体模型

2．4．4 颗粒轨道模型

2．4．5 本文选用的气固两相流模型

2．5 煤粉燃烧模型

2．5．1 挥发分热解模型

2．5．2 气相湍流燃烧模型

2．5．3 焦炭燃烧模型

2．5．4 本文选用的煤粉燃烧模型

2．6 辐射传热模型

2．6．1 区域分析法

2．6．2 蒙特卡洛法

2．6．3 热流法

2．6．4 离散坐标法

2．6．5 本文选用的辐射模型

2．7 NOx反应模型

2．7．1 热力型NOx反应模型

2．7．2 燃料型NOx反应模型

第3章 锅炉运行现状及其模拟

3．1 锅炉现状

3．1．1 锅炉概要

3．1．2 原燃烧设备和制粉系统

3．1．3 现有锅炉运行状况

3．2 数值模拟方法

3．2．1 物理模型和网格划分

3．2．2 数学模型的选取

3．2．3 边界条件的设置

3．3 模拟结果与分析

3．3．1 速度场

3．3．2 温度场

3．3．3 相关组份场

3．3．4 NOx计算结果

3．4 计算方法和模型的验证

3．5 本章小结

第4章 燃尽风对锅炉燃烧排放过程的影响

4．1 增设燃尽风对燃烧过程的影响

4．1．1 燃尽风对温度场的影响

4．1．2 燃尽风对氧气浓度分布的影响

4．1．3 燃尽风对CO浓度分布的影响

4．1．4 NOx浓度分布的影响

4．1．5 燃尽风对NOx反应速率分布的影响

4．2 空气分级燃烧下NOx生成特性

4．2．1 NOx反应速率的变化趋势

4．2．2 NOx反应速率的控制因素

4．3 本章小结

第5章 改造方案的确定

5．1 工况简介

5．2 燃尽风率的选取

5．2．1 燃尽风率对温度的影响

5．2．2 燃尽风率对氧气浓度的影响

5．2．3 燃尽风率对CO浓度的影响

5．2．4 燃尽风率对NOx浓度的影响

5．2．5 综合比较分析

5．3 燃尽风喷口位置的确定

5．3．1 温度分布

5．3．2 氧气浓度分布

5．3．3 NOx浓度分布

5．4 改造方案的改进

5．4．1 温度分布分析

5．4．2 CO浓度分布分析

5．4．3 NOx浓度分布分析

5．4．4 综合比较分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 论文创新

6．3 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢