链条炉选择性非催化还原脱除氮氧化物模拟研究

论文摘要

通过对已有氮氧化物(NOx)脱除技术和中小锅炉燃烧过程特点的比较分析,针对在链条炉内利用选择性非催化还原(SNCR)脱除NOx过程中存在的反应温度窗口狭窄和停留时间较短,以及因链条炉燃烧方式和炉膛结构尺寸与煤粉炉不同而难以参考煤粉炉上SNCR过程的问题,本文开展了链条炉炉内燃烧过程和SNCR脱除NOx过程的模拟研究,并对加入甲烷促进其反应过程的可行性进行了初步的模拟分析。本文利用单元体方法对一台35t/h链条炉炉排上方煤层燃烧过程建立了数学模型,对炉排上煤的燃烧过程进行了数值模拟;利用炉排燃烧过程模拟结果作为炉膛空间模拟的边界条件,采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对链条炉内的温度和流场分布进行了模拟,以此为基础对此锅炉上的SNCR过程进行了初步设计,进而对SNCR过程进行了模拟,并采用简化反应动力学模型和CFD结合的方法对加入CH4促进SNCR脱除NOx的过程进行了模拟,以期为实际应用提供参考和理论基础。模拟结果与实测数据的对比表明,本文建立的煤燃烧模型可较准确地模拟和预测典型链条炉排的燃烧过程,进而为研究层燃炉排的燃烧过程和炉排优化设计提供参考。炉内工况模拟结果表明链条炉适合SNCR反应的位置处于炉拱上部的炉膛中部狭窄区域。在此基础上在前墙和后墙各平均布置了5个矩形喷嘴对SNCR系统进行了初步的设计。在前期研究的基础上,采用CFD结合简化反应模型的方法对加入适量的甲烷促进脱除NOx过程进行了初步模拟分析,结果表明,加入适量甲烷可使常规SNCR的NOx脱除效率提高9%左右,氨泄漏降低至50ppm,可为实际应用提供指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 现有NOX 脱除技术分析
• 1.2.1 NOx 生成原理
• 1.2.2 现有NOx 排放控制技术比较分析
• 1.3 中小锅炉应用SNCR 介绍和分析
• 1.3.1 SNCR 工艺介绍与分析
• 1.3.2 SNCR 用于中小锅炉改造的关键问题
• 1.4 SNCR 反应以及炉内SNCR 模拟的相关研究
• 1.4.1 SNCR 反应机理相关研究
• 1.4.2 炉内SNCR 模拟的相关研究
• 1.5 论文研究思路及研究内容
• 1.5.1 论文研究思路
• 1.5.2 课题研究内容
• 第2章 炉排燃烧数值模拟
• 2.1 链条炉燃烧过程
• 2.2 单元体方法
• 2.3 基本假设与守恒方程
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 守恒方程
• 2.4 煤燃烧模型
• 2.4.1 挥发分的释放与燃烧模型
• 2.4.2 焦炭的燃烧
• 2 的还原反应'>2.4.3 CO₂的还原反应
• 2.4.4 NO 的生成和还原
• 2.4.5 边界条件与数值求解
• 2.5 计算结果分析
• 2.5.1 炉排燃烧过程的失重曲线和温度分布
• 2.5.2 床层上方出口烟气温度分布
• 2.5.3 床层上方出口烟气组分分析
• 2.6 模型验证
• 2.7 本章小结
• 第3章 炉膛网格处理与数学模型
• 3.1 计算对象
• 3.2 网格处理
• 3.3 数学模型选择
• 3.3.1 基本守恒方程
• 3.3.2 流动模型
• 3.3.3 辐射换热模型
• 3.3.4 NOx 还原反应模型
• 3.4 求解方法
• 3.4.1 离散格式选取格式
• 3.4.2 算法选取
• 3.5 本章小结
• 第4章 炉内脱除NOX 过程的数值模拟
• 4.1 炉内模拟结果与分析
• 4.1.1 边界设置与收敛性判断
• 4.1.2 炉内温度分布
• 4.1.3 炉内流场分布特性
• 2 和NOx 浓度分布特性'>4.1.4 O₂ 和NOx 浓度分布特性
• 4.2 SNCR 系统初步设计
• 4.3 常规SNCR 脱除NOX 过程模拟结果
• 4.3.1 还原剂在炉内的分布
• 4.3.2 NH3 与NOx 浓度分布
• 4.4 CH4 促进SNCR 反应简化模型CFD 验证
• 4.4.1 沉降炉介绍以及边界条件
• 4.4.2 沉降炉实验工况模拟
• 4.4.3 脱除NOx 反应过程模拟
• 4.5 加入甲烷的脱除NOX 反应模拟结果
• 4.6 NOX 脱除效果比较
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果