【摘要】：我國(guó)的大氣污染為典型的煤煙型污染。采用旋流燃燒器的鍋爐在燃用低揮發(fā)分煤時(shí),NOx排放較高。采用燃盡風(fēng)技術(shù)降低NOx排放來(lái)滿(mǎn)足環(huán)保要求時(shí),難以形成中心回流區(qū),使低揮發(fā)分煤的著火和穩(wěn)燃變差,并導(dǎo)致水冷壁結(jié)渣及高溫腐蝕、鍋爐效率下降等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題,本文利用IFA-300二維恒溫式熱線(熱膜)風(fēng)速儀和溫度示蹤裝置進(jìn)行了冷態(tài)單相�；囼�(yàn),利用Fluent軟件對(duì)爐內(nèi)燃燒和NOx生成特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,開(kāi)發(fā)出了深度分級(jí)條件下適用于燃用低揮發(fā)分煤的中心給粉旋流燃燒技術(shù)及參數(shù),并將研究成果應(yīng)用于5臺(tái)燃用低揮發(fā)分煤的300MW鍋爐,通過(guò)工業(yè)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)和工業(yè)熱態(tài)試驗(yàn),研究了燃燒器出口中心回流區(qū)及射流邊界、爐內(nèi)的燃燒和NOx生成特性。通過(guò)冷態(tài)單相模化試驗(yàn),針對(duì)燃用低揮發(fā)分煤中心給粉燃燒器,對(duì)內(nèi)二次風(fēng)擴(kuò)口長(zhǎng)度和內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化,得出了能形成中心回流區(qū)的燃燒器運(yùn)行及結(jié)構(gòu)參數(shù),緊靠其出口區(qū)域均能形成一個(gè)穩(wěn)定的、沿燃燒器軸線基本對(duì)稱(chēng)的“心”型回流區(qū),起始點(diǎn)均與外二次風(fēng)出口存在一定距離。在不同燃盡風(fēng)量、內(nèi)外二次風(fēng)率比及內(nèi)外二次風(fēng)葉片角度下,回流區(qū)的最大長(zhǎng)度介于燃燒器模型外二次風(fēng)擴(kuò)口直徑的1.7~2.1倍之間,最大直徑介于外二次風(fēng)擴(kuò)口直徑的0.8~1.0倍之間,射流擴(kuò)展角介于64°~93°之間。在300MW鍋爐上冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)表明:在不同燃盡風(fēng)量及外二次風(fēng)葉片角度下,回流區(qū)的最大長(zhǎng)度介于外二次風(fēng)擴(kuò)口直徑的1.4~1.9倍之間,最大直徑介于外二次風(fēng)擴(kuò)口直徑的0.8~1.4倍之間,射流擴(kuò)展角介于67°~96°之間,可保證低揮發(fā)分煤的及時(shí)著火和穩(wěn)定燃燒。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室單相模化試驗(yàn)可知:隨燃盡風(fēng)量、內(nèi)外二次風(fēng)率比和外二次風(fēng)葉片角度增大,或內(nèi)二次風(fēng)葉片角度減小,均使得相應(yīng)的旋流數(shù)降低,回流區(qū)尺寸減小,軸向、徑向及切向速度峰值和相對(duì)回流率均呈減小趨勢(shì),最大相對(duì)回流率介于1.3~3.6之間。一、二次風(fēng)氣流的混合程度減弱,一次風(fēng)濃度呈增加趨勢(shì),而最大混合速度呈減小的趨勢(shì),在沿射流方向的測(cè)量截面上,軸向最大混合速度介于0.7~1.4之間。通過(guò)對(duì)某燃用無(wú)煙煤和貧煤混煤的300MW鍋爐進(jìn)行熱態(tài)模擬,給出了鍋爐負(fù)荷、燃盡風(fēng)率及爐膛出口氧量對(duì)爐內(nèi)燃燒和NOx生成特性的影響。模擬結(jié)果與工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果吻合情況較好。采用深度分級(jí)條件下適用于燃用低揮發(fā)分煤的中心給粉燃燒器后,在合理的燃盡風(fēng)量和爐膛出口氧量下,爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定,NOx排放下降。300MW時(shí)當(dāng)燃盡風(fēng)率為17.74%和27.50%,燃燒器噴口區(qū)域溫度場(chǎng)均較為對(duì)稱(chēng),而當(dāng)燃盡風(fēng)率為0、7.74%和37.74%,溫度場(chǎng)出現(xiàn)略微的偏斜,此時(shí)二次風(fēng)率偏離了燃燒器正常運(yùn)行范圍。隨燃盡風(fēng)率減小或爐膛出口氧量增大,在燃燒后期主燃區(qū)氧氣供應(yīng)更為充足,濃度下降變慢,氧氣濃度明顯升高,一氧化碳濃度降低,NOx濃度升高;主燃區(qū)上部和燃盡區(qū)下部溫度均升高。在300MW負(fù)荷下,隨燃盡風(fēng)率從0增大至27.50%,飛灰可燃物含量從3.87%升高至4.57%,增幅僅為0.7%,而NOx排放量從1008.8mg/m3(O2=6.0%)降低至845.1mg/m3(O2=6.0%),降幅達(dá)19.4%。采用美國(guó)巴威公司旋流燃燒技術(shù)的300MW鍋爐,燃用無(wú)煙煤和貧煤混煤時(shí)NOx排放量高達(dá)1250mg/m3(O2=6.0%)以上,燃用貧煤和煙煤混煤時(shí)NOx排放量高達(dá)950mg/m3(O2=6.0%)以上,并且存在結(jié)渣。將適用于燃用低揮發(fā)分煤的中心給粉旋流燃燒技術(shù)應(yīng)用于4臺(tái)燃用無(wú)煙煤和貧煤混煤的300MW鍋爐和1臺(tái)燃用貧煤和煙煤混煤的300MW鍋爐,主蒸汽壓力、溫度均達(dá)到設(shè)計(jì)值,NOx大幅下降、飛灰可燃物含量基本不變、結(jié)渣得到緩解。進(jìn)行了工業(yè)熱態(tài)試驗(yàn),給出了燃盡風(fēng)量、外二次風(fēng)葉片角度及鍋爐負(fù)荷對(duì)爐內(nèi)燃燒和NOx生成特性的影響。當(dāng)燃用無(wú)煙煤和貧煤為7:3混煤時(shí),(1)300MW負(fù)荷下隨燃盡風(fēng)量增大或當(dāng)外二次風(fēng)葉片角度在25°~40°的范圍內(nèi)隨角度減小,煙氣升溫速率均高達(dá)1650°C/m以上,著火點(diǎn)位置介于0.2≤X≤0.4m之間(X為距一次風(fēng)出口截面沿燃燒器軸向方向的長(zhǎng)度),氧氣消耗速率均加快,一氧化碳濃度升高,X≥0.8m區(qū)域NOx濃度降低并趨于平緩。隨燃盡風(fēng)量增大,主燃區(qū)溫度降低,而燃盡區(qū)溫度升高;飛灰可燃物含量從5.18%升高至6.84%,NOx排放量從833.4mg/m3(O2=6.0%)降低至769.9mg/m3(O2=6.0%),鍋爐效率從91.53%略微降低至90.99%;(2)150MW負(fù)荷時(shí),煙氣升溫速率高達(dá)1004°C/m,著火點(diǎn)位置在X=0.532m附近;飛灰可燃物含量為3.91%,NOx排放量為743.7mg/m3(O2=6.0%),鍋爐效率為91.29%;可不投油穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)燃用貧煤和煙煤為1:1混煤時(shí),300MW負(fù)荷時(shí)煙氣升溫速率高達(dá)1511°C/m,著火點(diǎn)位置在X=0.331m附近;飛灰可燃物含量為4.78%,NOx排放量為593.4mg/m3(O2=6.0%),鍋爐效率為91.81%;可在150MW負(fù)荷下不投油穩(wěn)定運(yùn)行。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK229.6
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本文編號(hào)：2409904