论文题目: 超细煤粉再燃机理及改造方案的数值模拟研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程热物理
作者: 潘维
导师: 岑可法,池作和
关键词: 煤粉再燃,氮氧化物,基元反应模型,数值模拟,网格
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,煤炭在一次能源结构中的主导地位,决定了电力生产中以煤电为主的格局。燃煤过程中释放出各种污染物,其中氮氧化物（NOx）是造成环境污染的主要物质之一。本论文结合国家863课题“超细煤粉再燃降低氮氧化物排放”,针对我国大量采用中间储仓式热风送粉系统的四角切圆燃烧锅炉,采用试验、反应动力学模型计算、数值模拟和现场试验相结合的方法,研究超细煤粉再燃机理,设计出适合我国国情具有自主知识产权的细粉再燃技术改造方案。 本课题再燃燃料为大同烟煤,在再燃条件下,其煤焦对NOx的异相还原效率很小,挥发份对NOx的均相还原对整个再燃效率具有决定性的影响。本论文利用完备的基元反应模型研究挥发份及其主要碳氢成分对NO的再燃特性,考察烟气中的CO和挥发份中的含氮组分（HCN和NH3）对还原效率的影响。对挥发份中主要碳氢组分和NO的还原反应系统进行敏感性分析,得到与NO生成和消减密切相关的基元反应,分析这些提炼出的基元反应并整理归纳成两种反应类型:碳氢物质转化反应和含氮物质转化反应。以“树”图的形式显示这些反应的内在联系,清晰地揭示了挥发份还原NO的本质特征。 超细煤粉再燃技术实施的前提是有足够的细粉作为再燃燃料。通常三次风中携带有一定量的超细煤粉,但是含粉量较低（10～15%）,不能满足再燃燃料量的要求。本论文创行性地提出了直接从细粉分离器底部抽气以获取细粉的方案并在大型多相流试验台上进行了试验。虽然抽风量足够大时可获得足够量的煤粉,但是通过粒度分析却发现抽取的煤粉粒径过于粗大。为此,对下抽气方案的设计方案进行了改进,开发了圆形撞击式分离设备,放置于细粉分离器底部圆锥筒内对煤粉进行二次分离。改进后,抽取的煤粉完全能满足再燃煤粉“量”和“粒度”的要求,巧妙解决了再燃技术中细粉的来源和收集问题。 网格是数值计算的基础。本论文针对四角切圆燃烧锅炉横界面,利用网格处理器（Gambit）生成三种典型的非结构网格体系,一种三角形网格和两种四边形网格。这两种四边形网格,一是网格线与炉壁平行的Map网格,一是以四个燃烧器喷口为中心呈辐射状的Paving网格。定量比较了三种网格的网格点数量,网格单元的正交性和光滑性。编程计算了四角切向流动气流进入Map和Paving网格时,射流轨迹所经历的每个网格点上的网格大小,网格线与气流速度方向夹角以及伪扩散大小。翔实的计算结果表明:Paving网格能有效抑制气流在燃烧器出口附近的伪扩散,保证了四角切圆流动模拟计算的收敛性,适合求解四角切圆流动问题。
论文目录:
第一章 总论
§1.1 引言
§1.2 本论文主要研究内容和拟解决的技术难题
§1.3 本论文采用的研究方法
第二章 氮氧化物生成机理和排放控制技术
§2.1 引言
§2.2 燃料中氮的赋存形态及和燃烧中氮氧化物生成量的关系
2.2.1 燃料中氮的衍变和赋存形态
2.2.2 热解过程中煤中氮的析出形态
2.2.3 煤中氮和 NOx释放的关系
§2.3 燃烧过程中氮氧化物生成机理及影响因素
§2.4 降低NOx排放的主要技术措施
2.4.1 低NOx燃烧技术(Combustion Modification)
2.4.2 烟气净化降低NOx技术(Post-combustion controls)
2.4.3 联合控制NOx技术
§2.5 本章小结
第三章 煤粉再燃过程中挥发份还原氮氧化物的机理研究
§3.1 引言
§3.2 计算数学模型
§3.3 挥发份的组成及再燃特性
§3.4 过量空气系数和温度对挥发份中不同组分还原NO效率的影响
§3.5 烟气中的CO对于挥发份中各种组分还原NO效率的影响
§3.6 挥发份中的含氮组分对还原NO效率的影响
3.6.1 HCN对挥发份中各种碳氢成分还原NO效率的影响
3.6.2 NH_3对挥发份中各种碳氢成分还原NO效率的影响
§3.7还原化学反应系统的敏感性分析
3.7.1 挥发份中的碳氢成分还原NO的反应敏感性分析I-碳氢物质转化
3.7.2 挥发份中的碳氢成分还原NO的反应敏感性分析II-含氮物质间转化
§3.8 本章小结
第四章 煤粉燃烧特性和热解过程中氮迁移规律的试验研究
§4.1 引言
§4.2 不同煤种燃烧特性试验
4.2.1 试验方案
4.2.2 试验结果及分析
§4.3 热解试验中氮迁移规律研究
4.3.1 试验方案
4.3.2 试验结果与分析
§4.4 本章小结
第五章 超细煤粉收集方案设计及试验研究
§5.1 引言
§5.2 细粉收集初步方案设计
5.2.1 细粉收集方法
5.2.2 细粉收集方案的初步设计
§5.3 下抽气细粉分离器的试验研究
5.3.1 试验系统简介
5.3.2 试验步骤
5.3.3 试验结果分析
§5.4 加装圆形撞击式分离装置的下抽气细粉分离器的试验研究
5.4.1 圆形撞击式分离装置的设计
5.4.2 加装圆形撞击式分离装置的下抽气细粉收集方案试验研究
§5.5 下抽气细粉分离器试验的相似性分析
§5.6 本章小结
第六章 四角切圆燃烧锅炉网格划分方法研究
§6.1 引言
§6.2 结构化网格生成技术
§6.3 非结构化网格生成技术
6.3.1 前沿推进法
6.3.2 Delaunay三角形化方法
6.3.3 分叉树法(四，八叉树法)
§6.4 网格优化处理
§6.5 网格质量评价
§6.6 四角切圆燃烧锅炉网格划分方法
6.6.1 四角切圆燃烧锅炉炉膛横截面网格体系的建立及网格质量评价
6.6.2 炉膛横截面不同网格体系的伪扩散研究
6.6.3 四角切圆燃烧锅炉炉膛体网格生成
§6.7 本章小节
第七章 再燃技术改造工况的数值模拟研究
§7.1 引言
§7.2 数值模拟的数学模型
7.2.1 四角切圆炉内气流流动的数值模拟方法
7.2.2 煤粉燃烧时炉内传热的模型
7.2.3 煤粉炉内颗粒模型
7.2.4 湍流化学反应的PDF模拟
7.2.5 NOx生成模拟
§7.3 镇海电厂200MW四角切圆燃烧锅炉再燃技术改造方案的数值模拟
7.3.1 研究对象及初步改造方案设计
7.3.2 各工况的炉内温度场、组分浓度场分析
7.3.3 颗粒相分析
7.3.4 各工况污染物NOx生成状况
§7.4 现场试验
§7.5 本章小结
第八章 全文总结和展望
§8.1 论文主要内容
§8.2 论文创新点
§8.3 进一步工作的展望
附表1 反应物质种类
附表2 基元反应方程
参考文献
攻读博士学位论文期间主要成果
致谢
发布时间: 2005-10-08
参考文献
- [1].超细煤粉的燃烧机理与表面化学研究[D]. 张超群.上海交通大学2007
- [2].采用煤粉再燃技术炉内流动特性及工程应用研究[D]. 王国忠.哈尔滨工业大学2007
- [3].四角切圆燃煤锅炉超细煤粉再燃技术数值试验研究[D]. 贾艳艳.大连理工大学2008
- [4].超细煤粉再燃和深度空气分级技术的试验研究与数值模拟[D]. 斯东波.浙江大学2008
- [5].超细煤粉再燃机理及细粉分离技术研究[D]. 李戈.浙江大学2003
- [6].煤粉再燃中着火与脱硝相互作用的实验研究及其模化[D]. 齐永锋.上海交通大学2009
- [7].煤粉再燃还原NO_x的实验研究与机理分析[D]. 高正阳.华北电力大学（河北）2003
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- [7].直流煤粉低NOx燃烧和再燃技术的实验、理论与数值模拟研究[D]. 苟湘.浙江大学2007