超超临界燃煤锅炉炉膛热力计算方法的研究

华北电力大学（保定）硕士学位论文超（超）临界燃煤锅炉炉膛热力计算方法的研究姓名：石丽国申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：阎维平20081215超(超)临界燃煤锅炉炉膛热力计算方法的研究作者：石丽国学位授予单位：华北电力大学(保定)相似文献(10条)1.会议论文任建兴.李芳芹.朱群志.仇中柱.吴江.李琦芬300MW燃煤锅炉炉内NOz生成的数值模拟2007在各类污染物中，NOx是造成大气环境污染的主要污染物之一，选择国内具有代表性的300MW燃煤锅炉作为对象，通过数值模拟的方法研究燃煤锅炉炉内NOx的生成与分布规律。在正常配风条件下模拟锅炉炉内燃用无烟煤、试验煤种、烟煤时的燃烧状况，得出炉内温度场、NOx浓度场以及随煤种特性变化NOx的生成规律，并通过实际测试得到了验证。2.会议论文李芳.毕明树.贾艳艳燃煤锅炉空气分级燃烧过程的数值模拟2006有效降低NOx排放量是对燃煤电站锅炉的重要要求.建立了对燃煤锅炉空气分级燃烧过程进行了数值模拟的数学模型,应用CFD计算软件FLUENT6.0,进行了一系列数值计算,分析了燃烧工况对NOx、碳黑、CO等的排放量以及锅炉热效率的影响.结果表明,随着分级风量和一级燃烧区长度的增加,NOx的排放量减少;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.通过模拟计算,以提出降低NOx排放的优化方法,确定了在保证锅炉热效率前提下有效降低NOx排放的空气分级优化比例、一级燃烧区长度以及空气过量系数.经实验考核,计算结果与实验结果的偏差不大于10％.空气分级燃烧优化技术有益于燃煤锅炉的设计和运行。3.学位论文殷捷分级燃烧控制大型燃煤锅炉NOx生成的试验研究2007燃煤锅炉是电力行业应用最为广泛的动力设备，在人类生产和生活中具有广泛而重要的应用。近年来，随着人们对环境污染问题的日益关注，燃煤锅炉的氮氧化物排放也成了电力行业急待解决的环境问题。空气分级燃烧和燃料再燃是国内外应用较为广泛的低NOx技术。本文根据空气分级原理，改变锅炉的负荷条件，一、二次风风门开度，并测定了在这些工况下的NOx排放浓度，烟气中的飞灰含碳量以及空气预热器出口烟气温度，通过分析比较，总结出锅炉在各不同负荷条件下的最佳运行条件，降低了嘉兴电厂SG-1025/18.3-540/540-1四角切圆煤粉锅炉的NOx排放。并且通过改变煤粉的粒径进行试验，得到了使用超细煤粉代替普通粒径煤粉对于使用空气分级燃烧的锅炉的NOx排放浓度，烟气中的飞灰含碳量以及空气预热器出口烟气温度的影响。然后利用计算流体力学(CFD)软件对此锅炉燃烧情况进行数值模拟，研究炉内流动、传热传质和燃烧过程，得到了炉内的速度场、温度场，给出炉内的NOx分布，与实际情况进行比较，验证了数值模拟的正确性。在此基础上，通过模拟预测了采用超细煤粉再燃对于降低此锅炉NOx排放的可行性。通过以上的现场试验以及数值模拟，得到了：采用空气分级燃烧能降低此锅炉的NOx排放浓度，且分级程度越强越有利于NOx排放的降低。在300MW下，最优的空气分级配风工况的NOx排放比原始工况下降了24﹪。采用超细煤粉代替普通煤粉进行空气分级燃烧能进一步降低NOx排放。在现有基础上，采用空气分级燃烧的方法比超细煤粉再燃的方法能更有效的降低此锅炉的NOx排放浓度。4.期刊论文李芳芹.魏敦崧.马京程.蒋诚.任建兴.章德龙燃煤锅炉空气分级燃烧降低NOx排放的数值模拟-燃料化学学报2004,32(5)为了降低燃煤电站锅炉的NOx排放量,在阐述空气分级配风方法降低NOx生成机理的基础上,应用CFD计算软件FLUENT6.0,对一台330MW电站锅炉采用空气分级配风方式,对其炉内燃烧过程进行了冷态、热态的数值模拟.分析比较了NOx排放的测试数据与模拟数据.结果表明,旋流燃烧器对冲布置的锅炉炉内空气呈对称分布,炉内温度沿炉膛高度先升高,然后又略有降低.炉内燃烧区温度最高,O2体积分数最低,NOx密度最高,随着炉膛高度的增加,温度和NOx密度逐渐降低.对现有锅炉在不进行结构改造和不增加设备投资情况下,通过对某些燃烧器功能的适当调整,运用空气分级技术达到了降低NOx的目的.5.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。6.期刊论文许永宏一种燃煤锅炉烟管中烟气温度的数值模拟-中国高新技术企业2009,(23)文章对DZL2-1.25-AⅡ锅炉的烟管中烟气温度进行了数值模拟,并与烟管的热力计算温度结果进行了比较.在烟管传热的数值模拟中,使用k-ε双方程湍流模型,利用一种标准压力下烟气的物性数据,对不同煤种的烟气通过设置不同壁面温度的方法,能够对烟管中烟气温度的热力计算结果进行较为准确的模拟.此模型有助于进一步研究烟管中烟气温度与模拟烟管壁面温度以及不同煤种的关系.7.会议论文丁力.杨晨600MW燃煤锅炉一维数值模拟2006本文应用小室模型对600MW燃煤锅炉炉内流动、燃烧、传热及污染物排放进行了一维数值仿真研究,得出了炉内温度和各个不同组分沿炉膛高度的分布。通过在不同负荷下的仿真计算,说明了该模型能够反映不同负荷下炉膛内的热流密度分布的不同,从而弥补了零维模型和三维模拟的不足。8.学位论文王全钢基于数值模拟的燃煤锅炉炉内结渣区域监测的研究2006本文以华北电网有限公司大港发电厂328.5MW锅炉为研究对象，根据其结构参数、运行参数，利用FLUENT数值计算软件对其在BMCR工况下炉膛内布置吹灰器区域不同部位结渣的工况进行数值模拟。根据选定的数学模型和计算方法，经过大量数值计算，得到了该炉炉膛布置吹灰器区