1900t/h锅炉燃烧及NO_x生成过程的数值模拟

论文摘要

氮氧化物（NOx）作为一种最重要的污染排放物,通过燃煤产生的比例达到了67%。为了降低污染物的排放和提高锅炉热效率,通过优化运行使煤得到高效、清洁利用显得至关重要。控制NOx的排放量已经成为电力工业发展所面临的一大重要课题。因此,研究煤燃烧过程中NOx的形成机理及其控制方法,对促进国民经济发展和改善生态环境具有重要的现实意义。本文以某1900t/h四角切圆煤粉锅炉为研究对象,对炉膛内煤粉的流动、燃烧及NOx的生成过程进行了数值模拟。根据炉膛的结构和流动特点,将整个炉膛划分为燃烧器区域、燃烧器上部区域、燃烧器下部区域、炉膛拐角区域和水平烟道区域共五个计算区域块。在燃烧器区域块中,燃料及产物的速度及温度变化非常剧烈,所以该部分区域的网格划分比较密;燃烧器下部区域及水平烟道区域的网格逐渐变稀;拐角处由于速度方向的急剧变化,网格也较密。在燃烧器区域处使网格线与煤粉射流方向基本一致,以有效地减小数值模拟中的伪扩散问题。气相的湍流流动采用Realizable k -ε模型;采用涡团耗散概念（EDC）模型耦合详细化学反应机理模拟气相湍流燃烧;煤粉颗粒相流动采用随机轨道模型;挥发份析出模型为双竞争反应热解模型;用P1辐射模型计算辐射传热。通过以上模型进行计算,获得了炉内煤粉的流动、燃烧及NOx的生成过程。并将计算获得的锅炉出口NOx浓度与实际运行工况测试所得结果进行对比,吻合较好。分析和比较结果表明本模拟方法可以较好地反映炉内的燃烧和NOx的生成特性。模拟结果还表明,炉内一些组分的浓度分布与NOx的生成分布存在很强的对应关系,该微观分析结果为NOx的排放控制和系统的优化设计奠定了理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• x 生成的控制'>1.3 锅炉燃烧过程NO_x生成的控制
• 1.4 本文的研究内容
• 2 湍流气固两相流动模型
• 2.1 研究气固两相流的两大经典方法
• 2.2 气相湍流流动模型
• 2.3 多相流动模型
• 2.4 本文所选取的气固两相流动模型
• 2.4.1 气相湍流模型
• 2.4.2 颗粒轨道模型
• 3 煤粉燃烧模型
• 3.1 煤的热解挥发模型
• 3.2 焦炭燃烧模型
• 3.3 气相燃烧模型
• 3.3.1 涡破碎模型（简称EBU 模型）
• 3.3.2 湍流预混燃烧的拉切滑模型
• 3.3.3 湍流燃烧的PDF 输运方程模拟简介
• 3.3.4 湍流燃烧的条件矩封闭（Conditional Moment Closure）模型
• 3.3.5 湍流燃烧的简化PDF 模型
• 3.3.6 湍流燃烧的关联矩模型
• 3.3.7 湍流燃烧的ESCIMO 模型
• 3.3.8 涡团耗散模型（简称EDM）
• 3.3.9 涡团耗散概念模型（简称EDC）
• 3.4 辐射模型
• x 生成机理与模型'>3.5 NO_x生成机理与模型
• x 生成机理'>3.5.1 热力NO_x生成机理
• x 生成机理'>3.5.2 燃料NO_x生成机理
• x 生成模型'>3.5.3 NO_x生成模型
• 4 锅炉燃烧过程的数值模拟
• 4.1 模拟对象介绍
• 4.2 煤粉性质分析
• 4.3 计算工况
• 4.4 网格划分
• 4.5 边界条件
• 4.5.1 入口边界条件
• 4.5.2 出口边界条件
• 4.5.3 壁面边界条件
• 4.6 机理及机理简化
• 4.7 燃烧模拟结果及分析
• 4.7.1 锅炉炉内速度场结果分析
• 4.7.2 锅炉炉内温度场结果分析
• 4.7.3 炉内气相组分质量浓度分布分析
• x 生成分析'>4.8 NO_x生成分析
• x 生成分析'>4.8.1 NO_x生成分析
• 4.8.2 模拟值与测试值对比
• x 生成的措施'>4.8.3 降低NO_x生成的措施
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录