410th锅炉煤粉再燃低NOx控制的数值模拟研究

410t/h锅炉煤粉再燃低NOx控制的数值模拟研究作者：秦岭学位授予单位：浙江大学相似文献(10条)1.学位论文贾艳艳四角切圆燃煤锅炉超细煤粉再燃技术数值试验研究2008本文在对煤粉燃烧产生NOx污染物的原理、控制技术进行归纳总结与分析的基础上，以我国典型的四角切圆燃烧煤粉锅炉为研究对象，建立合理的数学模型和几何模型对超细煤粉再燃过程进行全尺寸三维数值模拟，系统地研究了再燃燃料特性和燃烧参数对NOx排放、飞灰含碳量和锅炉热效率的影响规律。论文的主要工作和结论如下。(1)建立了模拟煤粉燃烧前期流场的数学模型，气相的湍流流动选择Realizablκ-ε模型，气相湍流燃烧使用混合分数概率密度函数模型，煤粉颗粒相流动采用随机轨道方法，挥发分析出模型为双竞争反应热解模型，焦炭燃烧采用动力/扩散控制燃烧模型，用P-1辐射模型计算辐射传热。对四角切圆燃煤锅炉炉内热态流场进行了数值模拟，确定了其网格划分的最优方案，并且计算结果与实测结果基本相符，证明了上述数学模型和几何模型的有效性。(2)采用上述数学模型与NOx后处理模拟方法对四角切圆锅炉空气分级燃烧过程进行了数值模拟，探讨了OFA(火上风)风率和OFA喷口高度对NOx排放、飞灰含碳量和锅炉热效率的影响，结果表明，增加OFA风率可以降低NOx排放值，OFA喷口高度h对于NOx减排存在一个最佳值。NOx浓度的数值计算结果与实测结果吻合，表明了采用NOx后处理模拟方法研究氮氧化物排放情况的可靠性。(3)煤粉再燃技术是在空气分级的基础上实现燃料分级，利用上述数学模型与三个煤粉再燃还原NOx模型对超细煤粉再燃过程NOx生成特性与飞灰含碳量进行了数值模拟，将模拟后所得计算结果与试验结果进行了比较，证明了动力/扩散控制焦炭燃烧模型对UBC预测的有效性，评估了三个煤粉再燃还原NOx模型的有效性及适用范围。结果表明，改进模型大大提高了模拟NOx的精确度。另外，通过分析超细煤粉再燃过程NOx的生成特性，表明了超细煤粉再燃具有一种减少NOx排放量较大的综合潜力。(4)利用合适的煤粉再燃还原NOx模型对全尺寸锅炉的不同粒度的超细煤粉再燃过程进行了三维数值模拟，考察了再燃区长度、再燃燃料投射位置、再燃煤粉粒径、再燃量及再燃区过量空气系数对NOx排放、飞灰含碳量和锅炉热效率的影响。提出了燃烧工艺参数优化配置方案：对于不同粒度的安徽烟煤再燃煤粉，再燃燃料喷口相对高度h0存在同一最佳值，为0.210左右，再燃区过量空气系数存在同一最佳值，在0.8～0.9之间，此时NOx的脱除率达到最高；超细煤粉再燃量宜在10％～20％之间选择；在实际的工程应用中，可以在保证燃尽要求的基础上增大再燃区长度；再燃煤粉的平均粒径宜在20μm～30μm之间选择。结果同时表明，以超细煤粉作为再燃燃料，对NOx还原效果明显改善，并能大幅度降低飞灰含碳量，提高锅炉燃烧效率与热效率。(5)利用合适的煤粉再燃还原NOx模型对全尺寸锅炉的不同煤种的超细煤粉再燃过程进行了三维数值模拟，综合研究了燃料特性与燃烧工艺参数对NOx排放、飞灰含碳量和锅炉热效率的影响。结果表明：在相同的条件下，褐煤再燃还原NOx的效果最好，其次是安徽淮南烟煤、神府烟煤、贫煤，无烟煤效果最差；在相同的条件下，褐煤再燃带来的飞灰含碳量最低，其次是安徽淮南烟煤、神府烟煤、贫煤，无烟煤再燃炉膛出口飞灰含碳量最高；对于不同煤种的超细再燃煤粉，再燃燃料喷口相对高度h0存在同一最佳值，再燃燃料喷口最佳位置主要与主燃料的种类有关；当以不同煤种的超细煤粉为再燃燃料时，其对应不同的最佳再燃区过量空气系数。(6)通过分析上述结果，得到了主燃料煤粉干燥无灰基挥发分含量Vdaf与再燃燃料喷口相对高度最佳值h0op之间的关系h0op=0.361Vdaf-0.155和再燃煤粉干燥无灰基挥发分含量Vdaf与再燃区过量空气系数最佳值SR2op之间的关系SR2op=0.336+3.66×10-2Vdaf-5.87×10-4Vdaf2当对锅炉实施煤粉再燃技术时，可根据主燃料煤粉和再燃煤粉干燥无灰基挥发分含量由上述关系式估算出其对应的再燃燃料喷口相对高度最佳值和再燃区过量空气系数最佳值，为燃烧参数的优化提供了便利的途径。(7)基于前文得到的优化参数对400t/h四角切圆煤粉炉设计了4个改造方案，空气分级、天然气再燃、超细烟煤粉再燃与超细褐煤粉再燃。模拟得出了各方案的温度场及出口温度、组分浓度场及组分出口平均浓度、NOx浓度场及其排放浓度、碳黑(soot)的排放浓度与飞灰含碳量。形成了从NOx脱除率、锅炉燃烧效率、锅炉热效率和锅炉结渣四个角度出发，评价不同改造方案优劣的方法。结果表明，超细褐煤粉再燃是4个改造方案中最理想的改造方案，NOx脱除率高，炉膛出口温升较小，排烟热量损失较小，并降低了炉膛出口不完全燃烧产物排放量和飞灰含碳量，增加了锅炉的燃烧效率与热效率，得到了比天然气再燃更低的碳黑排放量，更大程度的抑制了锅炉结渣，控制了环境污染。超细褐煤粉是三种再燃燃料当中最为理想的再燃燃料，它有优越的燃尽性，与天然气相比成本低并且对NOx有更强的还原性。(8)利用基于35t/h全尺寸锅炉数值试验得到的优化参数对容量更大(400t/h)、燃烧器喷口布置更复杂的锅炉设计了改造方案，分析改造方案的模拟结果可以看出，改造方案可以获得高效率、低污染的燃烧效果，从而在一定程度上说明了本文得到的优化燃烧参数放大的准确性。本文计算结果可用于更大型号的锅炉燃烧参数的优化。本文的创新点是：(1)通过深刻分析超细煤粉再燃过程NOx的生成/还原机理与超细煤粉再燃条件下的热解特性，基于焦炭N转化为NO模型，提出了考虑还原性组分H2对NO的还原和燃料再燃对HCN含量的影响的煤粉再燃还原NOx改进模型，使NOx浓度的计算结果最大偏差由26％降低到9％。(2)基于全尺寸锅炉超细煤粉再燃过程的三维数值模拟，全面分析了再燃煤粉特性和燃烧工艺参数对NOx排放及脱除率、飞灰含碳量和锅炉热效率的影响规律，得到了锅炉燃烧综合效果较好时各参数的优化配置。并提出了最佳再燃燃料投射位置与主燃料煤粉干燥无灰基挥发分含量的定量关系式，最佳再燃区过量空气系数与再燃煤粉干燥无灰基挥发分含量的定量关系式。(3)针对大型四角切圆燃烧煤粉锅炉设计了改造方案，全方位定量分析比较了空气分级、天然气再燃、超细烟煤粉再燃与超细褐煤粉再燃4种改造方案，给出了各方案炉内详细的温度场，组分浓度场，NOx、碳黑等污染物的排放状况，并通过分析颗粒统计数据，确定了炉膛出口飞灰含碳量。提出了从NOx脱除率、锅炉燃烧效率、锅炉热效率和锅炉结渣四个角度出发，评价不同改造方案优劣的方法，从而确定了最优的改造方案和最佳的再燃燃料。2.期刊论文文军.齐春松.王月明.魏铜生.徐党旗.杨忠灿.张波细煤粉再燃技术在我国燃煤锅炉上的首次工程应用-热力发电2004,33(8)针对北京市某台65t/h煤粉炉的实际情况,国电热工研究院根据多年的研究成果,在低Nox燃烧器和空气分级燃烧技术的基础上,设计了细煤粉再燃脱硝系统,应用后使该炉Nox排放浓度降低了56.5%.实践证明,该系统结构简单,运行操作方便,投资费用和运行成本低,是一种适合我国国情的高效低Nox燃烧技术,具有较广的应用前景.3.期刊论文董若凌.周俊虎.杨卫娟.周志军.岑可法.DONGRuoling.ZHOUJunhu.YANGWeijuan.Zhouzhijun.CENKefa煤粉再燃对锅炉CO及N2O排放控制的试验研究-环境科学学报2005,25(6)结合CO和N2O的生成及分解机理,利用2.11WM燃煤半工业炉进行了煤粉再燃试验,研究了煤粉再燃技术对锅炉CO和N2O排放的控制效果.试验发现,随再燃比的增加和再燃区过量空气系数的减少,CO和N2O的脱除效果增强;过高或过低的一级燃烧区过量空气系数均不利于CO的脱除;N2O的脱除随一级燃烧区过量空气系数的增大而增大.煤粉炉应用煤粉再燃技术可以实现CO和N2O的同时脱除,因而可开发该技术在燃煤锅炉中的多种污染物联合控制能力.4.学位论文张志刚采用超细煤粉再燃锅炉降低NO,x排放的数值模拟2005燃煤锅炉排放的NO,x是大气主要污染物之一,采用超细煤粉再燃技术可以有效降低燃煤锅炉的NO,x排放.本文针对863项目示范工程元宝山电厂3'#锅炉,采用Pdf模型,模拟了锅炉采用超细煤粉再燃技术前后NO,x的排放情况.用区域化方法生成结构化网格,与非结构网格相比,提高了收敛速度,减小了伪扩散.结果表明:与常规工况相比,采用超细煤粉再燃技术后,NO,x排放可降低50%左右;分析不同再燃工况下的炉膛温度分布、燃烧热损失和NO,x分布得到:在超细煤粉量取总燃料量的15%,再燃区过量空气系数取0.905时,可以获得最佳降低NO,x效果.数值模拟结果为制定再燃方案提供了参考和指导.5.学位论文李芳燃煤锅炉分级燃烧过程的数值模拟2005污染物NOx的排放日益严重地影响着环境、气候和人类的健康，火电厂燃煤产生的NOx是排放的主要来源。为了解决电站锅炉排放的NOx对环境的污染问题，许多控制NOx排放的技术应运而生，其中锅炉分级燃烧就是其中一种。本文针对空气分级燃烧和天然气再燃过程进行了一系列探索性的研究。建立了煤粉扩散燃烧和污染物NOx生成-还原模型，采用计算流体力学方法，对煤粉锅炉空气分级燃烧进行了数值模拟，研究了一级二级空气的配比、一级燃烧区长度、过量空气系数等参数对NOx排放和锅炉热效率的影响：(1)NOx的排放量随着分级风量的增加而减少，但在分级风量大于20％后，不完全燃烧产物迅速增加；一级燃烧区长度的增大使得NOx的排放量明显减少，这是增大了NOx在还原区的停留时间所致；在过量空气系数逐渐增大的过程中，NOx的排放呈现先增大后减少的趋势；NOx的排放量随着煤粉细度的变小而增大。(2)通过对锅炉是否进行空气分级燃烧时NOx排放的比较，发现锅炉空气分级燃烧能有效地降低NOx的排放量。当空气分级比在80～90％，一级燃烧区长度在3～3.5m以及空气过量系数为1.3～1.5时，综合效果较好。为了在保证锅炉热效率的同时降低NOx的排放，在空气分级燃烧技术的基础上引出了再燃烧技术，并对天然气再燃燃烧过程进行了数值模拟，探讨了再燃量、再燃区长度、再燃区过量空气系数等参数对NOx排放和锅炉热效率的影响趋势：(1)NOx的排放量随着再燃量的增加而减少，在再燃量大于20％后，NOx的降低幅度变得不明显；再燃区长度的增加使得NOx的排放量明显减少；在再燃区过量空气系数增大的过程中NOx的排放量逐渐增大。当再燃量为10～20％，再燃区长度为2～4m以及再燃区空气过量系数为0.8～0.9时，综合效果较好。(2)通过对天然气再燃与煤粉再燃对锅炉NOx排放的比较，发现天然气再燃时，NOx的脱除率要高于煤粉再燃。(3)通过对锅炉再燃燃烧与空气分级燃烧技术的比较，结果表明，二者各有优劣。在排放标准严格或燃用低挥发份劣质煤种时，再燃技术综合效果较好。6.期刊论文樊融.张海.吕俊复.李建锋.岳光溪.徐秀清三次风细煤粉再燃脱硝技术的可行性-电站系统工程2007,23(5)对于我国为数众多带中储式制粉系统的燃煤锅炉,如何将三次风系统进行细煤粉再燃技术改造以降低NOx的排放是一个重要课题.给出了多种实现三次风细粉再燃脱硝的措施和方法,进行了细致的技术分析,并讨论了再燃脱硝技术开发时必须注意的若干问题.分析结果表明,将三次风系统进行综合改造后形成的三次风再燃脱硝技术,在燃用高挥发分烟煤和褐煤时是可行的.7.学位论文斯东波超细煤粉再燃和深度空气分级技术的试验研究与数值模拟2008氮氧化物(NOx)是电站燃煤锅炉排放的主要污染物之一，为了满足国家日益严格的排放标准，如何有效降低我国大批燃煤锅炉的氮氧化物排放是当前能源环保领域关注的焦点之一。超细煤粉再燃和空气分级是两种典型的炉内燃烧脱硝技术，具有脱硝率较高，经济性较好的特点。其中超细煤粉再燃技术可以取得50％以上的脱硝效率，而且可以避免飞灰含碳量的升高；而燃用烟煤的超临界和超超临界锅炉在使用深度