燃煤锅炉中NO_x与飞灰分布特性的数值模拟及试验验证

发布时间：2018-03-14 03:10

本文选题：数值模拟　切入点：燃烧　出处：《东南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：现有SCR脱硝技术存在脱硝效率低、氨逃逸率高、催化剂堵塞积灰、受热面腐蚀磨损、催化剂使用率低等问题。目前,由于进入脱硝系统烟气的主要参数(如速度、温度、NOx以及飞灰分布等)不好确定,常使用简化的均匀入流代替非均匀入流,并忽略飞灰颗粒的影响,由此引发喷氨策略以及导流构件等设计不合理,从而造成上述问题。本研究则基于计算流体力学平台,建立了从锅炉炉膛到至尾部烟道的全系统模型,数值计算了墙式对冲燃烧锅炉和四角切圆燃烧锅炉炉内煤粉燃烧和污染物生成过程,获取炉内燃烧数据以及省煤器出口处烟气参数,尤其是氮氧化物的分布特性,并将现场测试数据与模拟结果进行了比对；在考虑飞灰颗粒的基础上,对四角切圆燃烧锅炉全系统进行气固两相流动数值模拟,获取了飞灰颗粒的运动特性,为脱硝系统的设计提供可靠气固两相参数。分别数值计算某660 MW墙式对冲燃烧锅炉和某330 MW四角切圆燃烧锅炉BMCR工况下炉内的烟气流动、传热、燃烧过程以及全场的流动,分析其炉内燃烧特性和全场流动特性。燃烧过程的模拟为下一步氮氧化物的排放研究提供可靠的计算基础。计算结果表明,墙式对冲燃烧锅炉的燃烧射流旋转,在喷口不远处形成回流区,对冲射流至炉膛中心汇聚然后上升,沿炉膛深度方向温度基本对称；炉内燃烧器区域产生大量CO,CO2则在燃尽风区上部大量生成；烟气充满了整个锅炉炉膛和尾部烟道,气相和颗粒相的混合传热一直贯穿在在整个流动过程中。四角切圆燃烧锅炉的四角射流在炉内形成旋转流,主流螺旋上升,燃烧区域形成了环状高温区和高速区;沿炉膛高度方向上O2和CO呈现先增加后降低的趋势,CO2分布规律几乎与O2分布规律相反；炉内四个角落都形成了一个漩涡,螺旋上升烟气受反切燃尽风的阻碍作用,主旋流强度减小;气流经水平烟道和尾部烟道内受热面的阻流和传热作用,至省煤器出口处烟气温度和速度大大降低。在燃烧计算基础上,首先后处理计算不同类型锅炉其炉内氮氧化物的生成,采用等势特征面方法分析研究NOx生成规律,采用通量分析省煤器出口处的NOx分布。然后研究变负荷下四角切圆锅炉全场的NOx分布特性,并对比现场试验数据,得到实际运行过程中的NOx分布。研究结果显示,墙式对冲锅炉其燃烧器喷口附近高温和高氧浓度等势面范围较大,NOx在此处生成较多,而回流区内部NOx生成则较少：全场NOx分布不均,特别是在省煤器出口处,NOx通量沿深度方向分布极为不均。四角切圆锅炉其炉内形成环状高温等势面,向火侧NOx产生较多,沿炉膛高度方向NOx分布不均,省煤器出口处NOx通量沿宽度方向分布较为均匀,但沿深度方向极为不均；而低负荷下NOx排放相对较高。以四角切圆锅炉为研究对象,现场采集并分析飞灰数据,对飞灰颗粒从锅炉炉膛到尾部烟道全系统进行气固两相流动的数值模拟,获得飞灰颗粒全场流动特性。结果显示,不同粒径下的飞灰颗粒对气流的跟随性较好,在炉内螺旋上升,大粒径颗粒受惯性作用较大,导致冷灰斗区域存在部分颗粒,在省煤器内部更趋于远锅炉后墙侧分布。不同负荷飞灰颗粒的全场流动特性各不相同,省煤器出口处存在分布较杂的不同粒径颗粒,且低负荷下飞灰颗粒在炉内停留时间更长。负荷变化时,尾部烟道内飞灰颗粒分布也发生变化,四角处存在高颗粒浓度区。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK229.6

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