水煤浆代油清洁燃烧的研究及工业应用

论文摘要

随着世界经济的发展，能源与环境问题变得日益突出，我国作为一个发展中国家，经济发展速度较快，这些问题显得尤为突出，我国原油储量有限，随市场的需要，提高现有原油商品化率刻不容缓；而在中国仍有大量的原油被用来燃烧，是一种极大的浪费。为了有效利用这部分原油，存在着一个客观的问题就是代油燃料技术和由于使用能源而造成的氮氧化物污染问题。本文着重于对此的研究及应用。在水煤浆燃烧理论的基础上，本文针对水煤浆在注汽锅炉的炉内燃烧，灰沉积和现场应用几个方面进行了试验，计算。结果表明，水煤浆替代原油应用于注汽锅炉是可行的。通过多种结渣预测模型，对所使用的注汽锅炉所用的水煤浆及其灰渣，进行了结渣特性进行了研究；对锅炉改造和所用的燃烧器的进行了系统的试验和计算，对炉内的飞灰轨迹进行了模拟以研究炉内可能产生的积灰与结渣。解决了世界首台注汽锅炉改烧水煤浆的问题，实现水煤浆稳定燃烧。使燃油注汽锅炉广泛改烧水煤浆成为可能，所开发的水煤浆燃烧器具有油-浆两用功能，具有创新性。随着氮氧化物造成的空气污染越来越引起人们的重视。在烟气脱硝技术领域国内外学者进行了大量的研究工作，控制NOx排放的措施大致分为两类，一类是烟气净化技术，脱除烟气中的NOx；另一类是低NOx燃烧技术，通过各种技术手段，抑制或还原燃烧过程中的NOx，达到降低NOx排放的目的。不论是洁净燃烧技术还是洁净燃料都无法根本解决氮氧化物的污染问题，而SCR则是一种最为有效的氮氧化物控制技术，广为世界关注。由于水煤浆本身特性的关系，在脱硫反面具有优势，在氮氧化物方面没有特殊的控制方法。本文针对目前环保中所存在的氮氧化物污染问题，就选择性催化还原反应的反应器所涉及的主要参数进行了系统的分析，并根据实际工程和计算，推导出合理的结构数据及相应的公式，对同类工程应用有重要作用。具有创新性。

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第一章绪论

1.1 代油燃料水煤浆的研究意义

1.1.1 燃油锅炉改造的必要性

1.1.2 研究水煤浆技术的意义

1.2 水煤浆在燃油锅炉应用的国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 燃油锅炉改烧水煤浆可能出现的问题

1.3.1 我国水煤浆技术发展存在的主要问题

1.3.2 燃油锅炉改烧水煤浆可能出现的技术问题

1.4 烟气脱硝的重要性和必要性

1.5 选择性催化还原烟气脱硝技术

1.5.1 反应机理

1.5.2 SCR催化剂

1.6 SCR系统的工艺流程

1.7 实际运行中影响SCR系统的参数

1.8 实际燃煤发电厂的SCR技术运行经验

1.9 研究内容

第二章水煤浆的沾污、结渣特性研究

2.1 引言

2.2 注汽锅炉用水煤浆的结渣分析研究

2.2.1 水煤浆的结渣倾向性预测

2.2.2 辽河油田注汽锅炉用水煤浆样品粘结特性及灰熔融特性实验

2.3 小结

第三章水煤浆燃烧器流场的试验及数值模拟

3.1 水煤浆燃烧器的冷态试验及数值模拟

3.1.1 概述

3.1.2 燃烧器冷态试验及数值模拟

3.1.3 结果分析

3.1.4 小结

3.2 注汽锅炉中灰沉积的数值模拟

3.2.1 概述

3.2.2 计算方法

3.2.3 计算结果

3.2.4 炉内结渣预测

3.2.5 小结

3.3 注汽锅炉水煤浆燃烧过程的数值模拟

3.3.1 概述

3.3.2 水煤浆着火的数学模型

3.3.3 计算结果

3.3.4 小结

第四章注汽锅炉的改造设计

4.1 概述

4.2 注汽锅炉改进设计

4.2.1 点火方式

4.2.2 燃烧系统

4.2.3 燃料系统

4.2.4 烟风系统

4.2.5 雾化蒸汽系统

4.2.6 吹灰系统

4.2.7 电气及自控系统

4.3 改造中有待于进一步解决问题的研究

4.3.1 燃烧器部分

4.3.2 炉内积灰结渣问题

4.4 水煤浆与油燃烧排放结果及分析

4.5 水煤浆代油经济性

4.7 小结

第五章 SCR数值模拟

5.1 引言

5.2 模型对象

5.3 模型假设、简化及数学模型

5.3.1 模型假设及简化

5.3.2 数学模型

5.3.3 多孔介质模型

5.3.4 偏差定义

5.4 网格划分及边界条件

5.5 计算结果与分析

5.5.1 反应器入口导流隔栅对反应器内流场分布的影响

5.5.2 喷嘴数量对NH3分布流场的影响

5.5.3 顶棚角度对流场的影响

5.5.4 SCR进口烟速对流场的影响

5.6 小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的的论文

作者在攻读博士学位期间参加的主要科研项目和工作

致谢

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