循环流化床锅炉SNCR脱硝数值模拟研究

发布时间：2017-08-07 12:12

  本文关键词：循环流化床锅炉SNCR脱硝数值模拟研究

  更多相关文章： 循环流化床 数值模拟 选择性非催化还原 非均匀入口

【摘要】：循环流化床锅炉作为一种洁净煤燃烧装置被广泛的运用。但是随着国家对环保要求的提高,循环流化床锅炉的NO_x原始排放浓度已经不能满足环保要求,加装脱硝装置成为了一种必然的趋势。由于循环流化床锅炉中有适于SNCR脱硝反应的旋风分离器,因此SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉中被普遍应用。在实际过程中,若不考虑SNCR脱硝区域入口的速度、NO_x浓度等烟气参数的不均匀性,会极大地影响SNCR脱硝反应。本文以某电厂300MW循环流化床锅炉为研究对象,采用数值模拟手段,研究炉内燃烧过程对还原剂喷入位置、喷射量等的影响规律,并与实际运行情况进行比较分析,提出具体的优化方法。首先对循环流化床锅炉的煤燃烧和NO_x生成进行数值模拟,构建了三维双欧拉数学模型。计算结果表明,炉膛出口分三路连接三个高温旋风分离器,三个高温旋风分离器入口(即还原剂喷入点)处,烟气速度的不均匀性系数分别为0.22、0.26和0.26,NO_x浓度的不均匀性系数分别为0.26、0.42和0.47,烟气速度和NO_x浓度的乘积即NO_x通量的不均匀性系数分别为0.30、0.59和0.65,呈现出明显的不均匀性。在燃烧计算的基础上,进行SNCR脱硝的数值模拟。采用非均匀入口条件时,以燃烧计算获得的烟气速度场和NO_x浓度场作为高温旋风分离器的入口边界条件,当氨氮摩尔比为1.4时,计算得到的脱硝效率为61.1%,现场实测的氨氮摩尔比为1.4时的脱硝效率为62.7%,两者的相对误差为2.6%。采用均匀入口条件时,以燃烧计算获得的烟气速度和NO_x浓度的平均值作为高温旋风分离器的入口边界条件,当氨氮摩尔比为1.4时,计算得到的脱硝效率为75%,与现场实测的脱硝效率的相对误差为19.6%。计算结果表明,采用非均匀入口条件比采用均匀入口条件能更加准确的模拟SNCR脱硝反应。在SNCR脱硝数值模拟的基础上,根据高温旋风分离器入口烟气参数的不均匀性,改变现有的还原剂喷入点位置和还原剂喷入量,即将高温旋风分离入口沿高度等分为六个截面,在每个截面的中心高度外侧布置一个还原剂喷枪,根据每个截面的NO_x通量分配每个喷枪的还原剂喷入量。采用非均匀入口条件进行模拟计算,当氨氮摩尔比为1.4时,计算得到的脱硝效率为70.5%,比改进前的脱硝效率提高了9%以上。
【关键词】：循环流化床 数值模拟 选择性非催化还原 非均匀入口
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK229
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 主要符号表8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 循环流化床锅炉基本特点和国内发展现状13
• 1.2.2 循环流化床流动和燃烧数值计算发展现状13-14
• 1.2.3 NO_x生成原理14-15
• 1.2.4 NO_x控制技术15-16
• 1.2.5 循环流化床NO_x排放控制措施16-17
• 1.2.6 循环流化床SNCR脱硝实验及数值模拟研究发展现状17-18
• 1.3 论文研究目的及内容18-20
• 第二章 循环流化床流动燃烧和NO_x生成的理论模型与计算方法20-32
• 2.1 基本控制方程20-21
• 2.1.1 连续性方程20
• 2.1.2 动量守恒方程20-21
• 2.1.3 能量守恒方程21
• 2.2 颗粒受力模型21-23
• 2.3 颗粒动理学理论及模型23-24
• 2.3.1 颗粒拟温度方程23
• 2.3.2 颗粒压力模型23-24
• 2.3.3 颗粒粘度模型24
• 2.4 湍流模型24-26
• 2.5 化学反应模型26-29
• 2.5.1 煤热解模型26-27
• 2.5.2 焦炭非均相反应模型27-28
• 2.5.3 气相均相反应模型28-29
• 2.6 相间传热模型29-30
• 2.7 NO_x生成模型30-31
• 2.8 本章小结31-32
• 第三章 循环流化床锅炉煤燃烧及NO_x生成的数值模拟研究32-46
• 3.1 计算模型32-34
• 3.2 边界条件及初始值34-35
• 3.2.1 煤质分析34
• 3.2.2 边界条件设定34-35
• 3.3 循环流化床炉膛内气固两相流的流动特性35-38
• 3.3.1 颗粒浓度分布特性35-37
• 3.3.2 颗粒速度分布特性37-38
• 3.4 循环流化床炉膛内燃烧特性38-40
• 3.5 循环流化床炉膛内NO_x生成特性40-43
• 3.6 本章小结43-46
• 第四章 旋风分离器SNCR脱硝数值模拟及优化研究46-70
• 4.1 气相湍流模型46-47
• 4.2 尿素溶液液滴模型47-48
• 4.2.1 颗粒的力平衡47
• 4.2.2 颗粒的湍流扩散47-48
• 4.3 SNCR脱硝反应模型48-50
• 4.3.1 反应速率模型48-49
• 4.3.2 尿素液滴挥发和热解模型49-50
• 4.3.3 SNCR反应模型50
• 4.4 计算模型及网格划分50-52
• 4.5 边界条件设定52-53
• 4.6 现有SNCR脱硝系统数值模拟53-61
• 4.6.1 还原剂喷口布置53
• 4.6.2 基于非均匀入口的气相流场模拟结果与分析53-56
• 4.6.3 基于非均匀入口的现有SNCR脱硝系统计算结果分析56-58
• 4.6.4 基于均匀入口的现有SNCR脱硝系统计算结果分析58-59
• 4.6.5 模型验证59-61
• 4.7 基于非均匀入口的SNCR脱硝优化方法研究61-67
• 4.7.1 喷口布置及还原剂喷射量分配对脱硝效率的影响62-64
• 4.7.2 喷射速度及雾化粒径对脱硝的影响64-66
• 4.7.3 氨氮摩尔比对脱硝效率的影响66-67
• 4.8 本章小结67-70
• 第五章 总结与展望70-74
• 5.1 结论70-71
• 5.2 创新点71
• 5.3 展望71-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士期间发表论文78-80
• 致谢80

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本文编号：634594