600MW四角切圆锅炉空气分级燃烧降低NOx排放的数值模拟

摘要

煤粉锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物是我国主要的大气污染源之一，它对人类的健康和环境危害极大，2013年席卷中国的雾霾更是令NOx恶名昭著，控制NOx的排放已经成为电力工业发展所面临的一大重要课题。锅炉分级燃烧技术是一种控制NOx排放的有效手段，本文对其进行一系列探索研究。
　　本文首先根据炉膛的结构和流动特点，将整个炉膛分区划分网格，并且针对不同部分的特点，对网格的疏密进行不同处理，并且采用一种减少数值模拟中伪扩散的网格划分方式。
　　炉内数值模拟过程中，气相湍流流动采用Realiazble k-ε双方程模型，气固两相流动采用随机颗粒轨道模型，辐射换热采用P1辐射模型，挥发份析出采用双竞争反应热解模型，挥发份燃烧采用混合分数PDF法，焦炭燃烧采用扩散—动力模型。采用有限差分法来离散微分方程，对控制方程的求解采用SIMPLE算法，在直角坐标系下的非均匀交错网格系统中求解。得到了炉膛内烟气温度场和燃烧产物的组分浓度分布，并对均匀配风工况下的温度、氧量和NOx排放浓度与试验值进行对比，结果表明:模拟值与试验值吻合较好，验证了数值模型的可靠性。
　　论文对不同过量空气系数下NOx排放特性进行了模拟研究，结果表明:过量空气系数对NOx排放影响较大，随着氧量的增加，锅炉NOx排放浓度呈线性增加。在一定范围内，主燃区空气过量系数越小，NOx生成量越少。深度分级条件下，主燃区燃烧器风量对NOx排放浓度的影响不大。
　　论文还模拟了燃尽风的影响，包括燃尽风分级风率和燃尽风上下摆角，结果表明:(1)分级风率越大，主燃区的过量空气系数就越小，有利于延长烟气在主燃区的停留时间，可以减少NOx排放量，但是分级风率达到一定值以后，继续提高分级风率对减少NOx排放作用不大，而且会造成不完全燃烧热损失的增加。(2)燃尽风下摆相当于燃尽风高度降低，减少烟气在主燃区的停留时间，会引起NOx排放增加，但不完全燃烧热损失减小，燃尽风上摆刚好相反。在过量空气系数较小和分级风率较大情况下，上下摆对NOx排放影响不大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 我国的能源现状

1．1．2 我国的环境现状与政策

1．1．3 NOx的危害

1．2 四角切圆煤粉锅炉简介

1．3 国内外研究现状

1．4 论文研究内容与意义

第二章 NOx反应机理及降低措施

2．1 NOx生成机理及控制原理

2．1．1 热力型NOx生成机理及控制原理

2．1．2 燃料型NOx排放机理及控制原理

2．2 各种炉内降低NOx的技术手段

2．2．1 低过量空气系数

2．2．2 燃料分级燃烧

2．2．3 烟气再循环

2．3 空气分级燃烧技术介绍

2．3．1 空气分级燃烧原理

2．3．2 空气分级燃烧技术的分类

2．3．3 空气分级燃烧对锅炉的影响

2．4 本章小结

第三章 煤粉燃烧与污染物排放的数学模型与数值方法

3．1 FLUENT软件简介

3．2 数学模型与控制方程

3．2．1 气相湍流模型

3．2．2 煤粉颗粒运动模型

3．2．3 煤粉颗粒燃烧模型

3．2．4 挥发份气相燃烧

3．2．5 辐射模型

3．2．6 NOx生成模型

3．3 本文中模拟所选取的模型

3．4 本章小结

第四章 四角切向燃煤锅炉基准工况的数值模拟

4．1 锅炉概况

4．2 燃烧器主要技术说明

4．3 煤粉性质分析

4．4 锅炉网格划分

4．5 模型的简化

4．6 边界条件

4．6．1 气相边界条件

4．6．2 颗粒相边界条件

4．7 基准工况的燃烧模拟结果分析

4．7．1 速度场

4．7．2 温度场

4．7．3 O2、CO、CO2浓度场

4．7．4 NOx浓度场

4．8 模拟结果与试验结果的对比

4．9 本章小结

第五章 NOx的影响因素的数值模拟

5．1 过量空气系数的影响

5．1．1 温度场

5．1．2 O2、CO、CO2浓度场

5．1．3 NOx浓度场

5．2 分级风率的影响

5．2．1 温度场

5．2．2 NOx浓度场

5．3 燃尽风上下摆角的影响

5．3．1 温度场

5．3．2 NOx浓度场

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研成果