燃用烟煤墙式布置410t/h锅炉低NO_x燃烧技术的数值模拟

论文摘要

随着对环保问题的日益重视,利用各种手段来降低锅炉的污染物排放已被广大研究工作者所关注。本文以此为目的,以某电厂采用双蜗壳燃烧器燃用烟煤墙式布置410t/h锅炉为研究对象,对降低NOx排放提出了两种方案。方案1:将双蜗壳燃烧器换成中心给粉旋流燃烧器;方案2:采用中心给粉旋流燃烧器后加设燃尽风(OFA)。根据改造方案,设置三种工况,分别对三种工况下锅炉炉内空气动力场、煤粉燃烧和NOx生成特性进行了数值模拟,进而得到对老锅炉改造的最佳方案。为了保证在模拟过程中所采用的数值模型和计算方法的可行性,首先对采用双蜗壳燃烧器的炉膛(工况1)和采用中心给粉旋流燃烧器无燃尽风的炉膛(工况2)进行冷态模拟。结果表明:在采用燃烧器和炉膛分别进行网格划分和模拟的基础上,炉膛燃烧器区域为结构化网格模拟的结果伪扩散比较小,计算得出双蜗壳燃烧器区域没有回流区,而中心给粉燃烧器区域出现明显回流区。然后对工况1和工况2进行热态模拟,经过模拟结果与现场测得结果的对照,两者吻合较好,验证了数学模型的可靠性,同时表明:在中心给粉燃烧器出口处形成了高煤粉浓度和高温区,使得煤粉及时着火和充分燃烧;采用双蜗壳燃烧器,NOx浓度较高,没有满足我国环保的要求。仅将双蜗壳燃烧器换成中心给粉燃烧器,工况2炉膛出口NOx浓度比工况1降低30.8%,说明采用中心给粉燃烧器能够很好的抑制NOx的生成。在此基础上,在采用中心给粉燃烧器的炉膛增设OFA喷口(工况3),对其进行热态模拟,并与工况1和工况2的模拟结果进行比较分析,结果表明:工况3燃烧器中心线所在水平截面的烟气温度高于工况1燃烧器中心线所在水平截面的烟气温度,低于工况2燃烧器中心线所在水平截面的烟气温度;工况3炉膛出口处的平均NOx浓度为277mg/m3(O2=6%),比工况1炉膛出口NOx降低了67.4%,比工况2炉膛出口NOx降低了52.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• x 燃烧技术'>1.2 旋流煤粉燃烧技术和低NO_x燃烧技术
• 1.2.1 旋流煤粉燃烧技术
• x 燃烧手段'>1.2.2 低NO_x燃烧手段
• 1.2.3 课题研究方向
• 1.3 Fluent 软件介绍
• 1.3.1 Fluent 软件的基本模型
• 1.3.2 Fluent 软件的特点及应用情况
• 1.4 课题研究的意义与主要内容
• 1.4.1 课题研究的意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 煤粉炉内燃烧及NO 生成模型
• 2.1 气相湍流模型
• 2.1.1 微观模拟
• 2.1.2 概率密度函数模拟
• 2.1.3 统观模拟
• 2.1.4 本文选用的模型
• 2.2 气固两相流动模型
• 2.2.1 单流体模型
• 2.2.2 小滑移模型
• 2.2.3 双流体模型
• 2.2.4 颗粒轨道模型
• 2.2.5 本文选用的模型
• 2.3 辐射换热模型
• 2.3.1 热流法
• 2.3.2 蒙特卡洛法
• 2.3.3 离散坐标法
• 2.3.4 本文选用的模型
• 2.4 煤粉燃烧模型
• 2.4.1 挥发份热解模型
• 2.4.2 焦炭燃烧模型
• 2.4.3 本文所选用的模型
• 2.5 NO 生成模型
• 2.5.1 热力型NO 生成模型
• 2.5.2 燃料型NO 生成模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 410t/h 锅炉炉膛气相流场数值模拟
• 3.1 数值模拟对象
• 3.1.1 模拟对象
• 3.1.2 中心给粉旋流煤粉燃烧器的性能特点
• 3.2 数值模拟手段
• 3.3 旋流燃烧器气相模拟结果及分析
• 3.3.1 计算域及网格的划分
• 3.3.2 模拟结果的比较和分析
• 3.4 炉膛气相模拟结果及分析
• 3.4.1 伪扩散分析
• 3.4.2 计算域及网格的划分
• 3.4.3 边界条件
• 3.4.4 模拟结果的比较和分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 采用不同旋流燃烧器时410t/h 锅炉炉内燃烧过程数值模拟
• 4.1 数值模拟对象
• 4.2 数学模型及计算方法
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.2 基本方程
• 4.3 网格划分及边界条件
• 4.3.1 网格划分
• 4.3.2 边界条件
• 4.4 模型验证
• 4.4.1 两相流动特性验证
• 4.4.2 燃烧特性验证
• 4.5 模拟结果的对比分析
• 4.5.1 燃烧器区域烟气温度和氧气浓度分布
• 4.5.2 燃烧器出口中心线上烟气温度和烟气成分浓度的沿程分布
• 4.5.3 沿炉膛高度方向上烟气温度和烟气成分浓度的分布特性
• 4.5.4 炉膛出口处烟气温度和烟气成分浓度的分布特性
• 4.6 本章小结
• x形成的影响'>第5章 燃尽风对410t/h 锅炉炉内燃烧及NO_x形成的影响
• 5.1 数值模拟对象及手段
• 5.2 网格划分及边界条件
• 5.2.1 网格划分
• 5.2.2 边界条件
• 5.3 数学模型及计算方法
• 5.4 模拟结果的比较和分析
• 5.4.1 燃烧器区域烟气温度分布比较
• 5.4.2 沿炉膛高度方向上烟气温度分布和烟气成分浓度分布比较
• 5.4.3 炉膛出口处烟气温度分布和烟气成分浓度分布比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢