超細煤粉再燃技術(shù)降低NOx的數(shù)值模擬.pdf

1、火電廠燃煤產(chǎn)生的NOx的排放日益嚴重地危害著人類生存的環(huán)境和人類自身的健康，這是一個迫切需要解決的問題。為此，國內(nèi)外開發(fā)了許多控制NOx排放的技術(shù)，其中燃料再燃是一種很有效的方法。 燃料再燃原理是在爐內(nèi)貧氧燃燒段噴入再燃燃料以還原生成的NOx。早期的研究工作都把天然氣作為再燃燃料，后來再燃燃料由氣體擴展到了煤粉，這更適合我國國情：(1)我國具有豐富的煤炭儲量，用煤粉作為再燃燃料是節(jié)省投資的好方法；(2)我國的火電廠以燃煤為主，采

2、用煤粉作為再燃燃料不需要增加第二種燃料，設(shè)備相對簡單。目前關(guān)于煤粉再燃方面的研究工作仍處于探索階段。 本文對燃煤鍋爐超細煤粉再燃過程進行了三維數(shù)值模擬，提出了降低NOx排放的方法。主要工作與結(jié)論如下： 建立了數(shù)值模型，采用非預(yù)混燃燒模型描述燃燒過程，用Realizablek-ε雙方程模型描述氣相的湍流流動，用混合分數(shù)—概率密度函數(shù)描述氣相湍流燃燒狀況，采用隨機的顆粒軌道模型描述固相顆粒的運動軌跡，用單方程模型描述揮發(fā)份析

3、出情況，選用P-1模型計算輻射傳熱，用后處理方法模擬NOx生成。 利用上述數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算方法對文獻中所述物理問題進行描述，將模擬后所得計算結(jié)果與文獻中試驗結(jié)果進行了比較，兩者吻合較好。證明了上述數(shù)學(xué)模型的有效性。繼而應(yīng)用上述數(shù)學(xué)模型模擬了鍋爐的常規(guī)燃燒過程。 通過對鍋爐的常規(guī)燃燒過程進行數(shù)值模擬，從煤種、空氣過量系數(shù)和顆粒粒度等方面考察了NOx排放情況。結(jié)果顯示，NOx的排放濃度隨著空氣過量系數(shù)的增大而明顯增大；NO

4、x的排放濃度與煤粉顆粒的關(guān)系中，存在一個煤粉粒度臨界值。 在對常規(guī)燃燒鍋爐改進的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬方法，研究了超細煤粉再燃技術(shù)中部分因素對NOx排放濃度的影響。結(jié)果表明，對于本文所改造的鍋爐，最佳再燃區(qū)溫度為1600K；最佳再燃燃料投射位置為900mm；再燃區(qū)過量空氣系數(shù)為0.8；綜合考慮脫氮率和燃燒效率，超細煤粉再燃燃料比宜在10﹪～20﹪之間；此外再燃煤粉粒徑的減小可以提高NOx還原率，但當(dāng)再燃煤粉粒徑小于20μm時，煤粉

5、粒徑對NOx的排放量的影響已不太明顯，所以再燃煤粉粒徑一般選為20μm。 將超細粉再燃和常規(guī)燃燒兩種工況的燃燒結(jié)果進行比較可以看出，與常規(guī)燃燒相比，超細煤粉再燃燒大大降低了NOx排放，在確保鍋爐安全和燃燒效率的前提下，脫氮率可提高15﹪以上。本文提出了對常規(guī)燃燒鍋爐進行超細煤粉再燃的改造方案，對進一步應(yīng)用于工程實際有參考價值。 本文創(chuàng)新點： (1)本文基于三維模型進行了系統(tǒng)的超細煤粉再燃的數(shù)值模擬研究，得到了再燃