低挥发分煤高效低NOx燃烧试验及模拟研究

摘要

能源与环境是制约人类发展的重要问题,兼顾能源工业的发展和环境保护的需要,是中国这样一个产煤大国可持续发展的重要课题。我国燃用低挥发分煤普遍存在燃烧效率低、污染物尤其是NOx排放严重等问题。电站锅炉炉内的煤粉燃烧是一个复杂的物理化学过程,要实现低挥发分煤的高效低NOx排放燃烧,必须在充分掌握煤的燃烧特性的基础上,采用适当的燃烧方式。本文将按照这个思路,采用理论分析、试验和数值模拟相结合的研究方法,从煤粉的燃烧特性、空气深度分级燃烧试验与数值模拟以及对W型火焰锅炉二次风配平的数值模拟等几个方面,展开对低挥发分煤粉高效低NOx燃烧技术的探寻工作,以期获得具有工业指导及应用意义的研究成果。
　　本文通过热重试验等手段,综合考虑煤粉的燃烧特性包括着火特性、燃尽特性、热解特性、表面积和空隙特性等方面,较为全面地研究了细度对煤粉的燃烧特性的影响规律。结果表明,煤粉的细化,能够很好地改善其燃烧特性,有利于提高燃烧效率,为低挥发分煤粉高效低NOx排放燃烧提供了一种有效途径,也为后面的进一步试验研究提供了坚实的理论基础和依据。
　　本文在煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究的基础之上,通过在空气深度分级情况下,结合煤粉细度,采用贫煤在一维炉煤粉燃烧炉上进行了分级燃烧试验,并借助成熟的CFD技术,对燃烧过程中NOx排放及Cfh的影响规律进行深入分析研究。结果表明,深度分级燃烧可以有效降低NOx的排放水平,虽对燃烧经济性有一定影响,但是结合煤粉细度的提高的情况下,可以达到高效低NOx排放燃烧的目的,获得经济和环保的双重效益。
　　本文还开展了低挥发分煤W型锅炉二次风配平的数值模拟优化工作,初步了解了二次风箱内的流场特性,对二次风调平方法进行了一种新的尝试,这对进一步模拟研究具有一定借鉴意义。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题的国内外研究及应用现状

1.3 本文研究工作的主要内容

2 煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究

2.1 实验条件

2.2 煤粉细度对煤粉热解特性的影响

2.3 煤粉细度对燃烧特性的影响

2.4 煤粉细度对反应动力学参数的影响

2.5 煤粉细度对煤焦空隙结构的影响

2.6 本章小结

3 深度分级对煤粉燃尽和NOx排放的模拟与试验

3.1 NOx的生成机理简介

3.2 试验与模拟

3.3 空气深度分级数值模拟、试验研究结果与分析

3.4 本章小结

4 低挥发分煤W型锅炉二次风配平数值模拟

4.1 设备概况

4.2 数学模型与计算方法

4.3 结果分析

4.4 本章小结

5 全文总结与建议

5.1 全文总结

5.2 进一步研究的建议与构想

致谢

参考文献