隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,國(guó)家對(duì)環(huán)境的重視程度日益提高,現(xiàn)在更是大力發(fā)展核能、風(fēng)能、太陽能等新能源,以期待有一天能夠取代污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)能源。最近幾年以來霧霾天氣頻繁出現(xiàn),現(xiàn)已不僅僅局限于北方,南方地區(qū)也大范圍受到霧霾天氣影響,因此國(guó)家不斷提高排放標(biāo)準(zhǔn),來降低人們對(duì)大氣污染物的排放。雖然電廠CFB鍋爐NOx的排放比傳統(tǒng)燃煤鍋爐低,但是已不能滿足國(guó)家日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),因此本文對(duì)電廠現(xiàn)有CFB鍋爐進(jìn)行煙氣再循環(huán)改造,并通過電廠試驗(yàn)和三維仿真對(duì)其進(jìn)行深入研究,以此方法證明模擬仿真的準(zhǔn)確性和循環(huán)改造方案的可行性和優(yōu)越性,為后續(xù)電廠進(jìn)行降低NOx排放的鍋爐改造提供了一定的理論基礎(chǔ)。根據(jù)電廠CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸和實(shí)際安裝位置,確定除去部分部件外的鍋爐進(jìn)出口以及給料口的位置和大小,忽略部件為油槍、水冷壁等。分別對(duì)鍋爐密相區(qū)和稀相區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,密相區(qū)為鍋爐爐膛主燃燒區(qū)域,因此對(duì)密相區(qū)進(jìn)行加密處理,然后利用FLUENT軟件對(duì)鍋爐燃燒以及鍋爐NOx的排放進(jìn)行仿真計(jì)算。通過仿真結(jié)果和電廠鍋爐實(shí)際運(yùn)行中監(jiān)控室所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,三維仿真所得到的溫度場(chǎng)以及NOx排放結(jié)果均與電廠數(shù)據(jù)相吻合,其中仿真所得到的結(jié)果不僅溫度控制在1300K左右,其爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)的分布也滿足電廠鍋爐結(jié)構(gòu),而且仿真所得NOx的排放值也在現(xiàn)有電廠排放范圍內(nèi),即低于300mg/Nm~3(標(biāo)干,SNCR前)。因此所設(shè)計(jì)的鍋爐三維模型和進(jìn)行三維仿真所用的方程模型能夠滿足計(jì)算要求。針對(duì)鍋爐NOx的排放要求,對(duì)電廠鍋爐進(jìn)行煙氣再循環(huán)改造試驗(yàn),從而達(dá)到降氧抑氮的效果。從水平煙道段利用引風(fēng)機(jī)接引部分清潔煙氣至一次風(fēng)引風(fēng)機(jī)入口處,從而利用一次風(fēng)室進(jìn)入爐膛參與爐膛內(nèi)煤粉燃燒。采用煙氣再循環(huán)技術(shù)時(shí),煙氣再循環(huán)率為20%,鍋爐過量空氣系數(shù)1.2保持不變,因此相應(yīng)減少部分進(jìn)入爐膛的一次風(fēng),從而使得所引入的清潔煙氣既能起到冷卻的作用又能降低進(jìn)入爐膛的含氧量,形成相對(duì)的低氧燃燒,從而降低NOx的生成。鍋爐燃燒應(yīng)為一次風(fēng)、二次風(fēng)等的協(xié)同作用,因此進(jìn)行煙氣再循環(huán)改造以后,也對(duì)二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的優(yōu)化改進(jìn),從而使得整個(gè)鍋爐系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。監(jiān)測(cè)改造后鍋爐NOx排放濃度,通過計(jì)算可得:改造后鍋爐各負(fù)荷下NOx的排放值降低了大約25%。對(duì)進(jìn)行煙氣再循環(huán)改造前后不同負(fù)荷下的鍋爐進(jìn)行CFD仿真,包括330MW、210MW、140MW和70MW,其中330MW為滿負(fù)荷運(yùn)行,70MW時(shí)鍋爐處于超低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。將相同負(fù)荷下改造前后所得CFD仿真結(jié)果進(jìn)行比較,例如仿真所得溫度場(chǎng)、溫度的分布范圍以及NOx的排放濃度,著重對(duì)比改造前后NOx排放值的變化,其中NOx值均為未進(jìn)行脫硝前的數(shù)值,這與電廠報(bào)告保持一致。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),改造后的鍋爐在四種負(fù)荷下其溫度場(chǎng)仍保持相似的變化趨勢(shì),且溫度都控制在950℃左右,滿足電廠實(shí)際運(yùn)行中的需求。并且改造后相同負(fù)荷下鍋爐NOx的排放值明顯降低。由仿真結(jié)果可得,鍋爐改造前后負(fù)荷較大時(shí),鍋爐NOx的排放值也相對(duì)較大,與電廠實(shí)際運(yùn)行中給煤粒和供風(fēng)量相對(duì)應(yīng)。三維仿真所得到的仿真結(jié)果為電廠降低NOx排放提供了一定的理論支撐,同時(shí)也為電廠進(jìn)一步降低污染物的排放奠定了一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM621.2;X773
【部分圖文】：

第 1 章 緒論1.1 研究背景與意義隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷提高，國(guó)家逐漸由大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)向可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)進(jìn)行發(fā)展。到目前為止，能源以及環(huán)境問題仍然是現(xiàn)代社會(huì)所面臨的兩大難題，截至2017 年，我國(guó)消耗的一次能源中煤炭始終位居首位，盡管已從 2010 年 80%的比重顯著下降，但在能源結(jié)構(gòu)中的比重仍然略高于 60%，這在一定程度上體現(xiàn)了我國(guó)對(duì)煤炭行業(yè)的依賴程度。國(guó)家日益注重風(fēng)能、核能等的發(fā)展，以期待將來能夠取代煤炭所占的地位[1], 僅 2017 年我國(guó)就消耗煤炭量為 38.6 億噸，2018 年預(yù)計(jì)降幅為 3000 萬噸左右，即消耗量為 38.3 億噸左右，2017 年我國(guó)煤炭消費(fèi)量增長(zhǎng)0.4%，這是自 2013 年“對(duì)污染宣戰(zhàn)”以來煤炭消費(fèi)量首次增長(zhǎng)。圖 1.1 表示的是我國(guó)各類型發(fā)電量占比統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)[2]。

第 2 章 流化床鍋爐仿真的理論基礎(chǔ)CFB 鍋爐爐膛內(nèi)發(fā)生各種流動(dòng)反應(yīng)，其中包括揮發(fā)分析出和燃燒、焦氣固流動(dòng)等。通過對(duì)煤粉的燃燒過程進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，能了解其燃燒的過程，以計(jì)算機(jī)模擬的方法來研究煤粉的燃燒過程以及燃燒中 NOx 的放。其基本思路是以守恒定律為基礎(chǔ)來建立流體湍流流動(dòng)和燃燒過程的組，然后通過結(jié)合仿真中所建立的數(shù)學(xué)模型，來解析煤粉燃燒和排放的 NOx 生成機(jī)理煤粉燃燒過程中，NOx 的生成途徑根據(jù)其生成機(jī)理可以分為三種：燃、熱力型 NOx 以及快速型 NOx，熱力型 NOx 所占比例最多可達(dá) 90%Ox 所占比例最小，而熱力型 NOx 只有在達(dá)到一定溫度時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，最0%[48]。圖 2.1 表示了三種 NOx 的產(chǎn)生與溫度之間的關(guān)系。

圖 2.2 燃料型 NOx 生成機(jī)理燃燒過程中一部分氮會(huì)隨著揮發(fā)分的釋放而一起釋放出來，其余殘余在焦炭中的氮被稱為焦炭氮。揮發(fā)分氮和焦炭氮形有一定的差別，其中揮發(fā)分中的氮化合物以 HCN 和 NH3 H3的比例又受到煤種的影響，其中煤粉中揮發(fā)分越高，此比分越多，煤粉胺 N 的含量越高，而經(jīng)過熱解時(shí)胺 N 主要轉(zhuǎn)現(xiàn)氧化氣氛時(shí)，HCN 和 NH3會(huì)被氧化成 NOx，而出現(xiàn)還原氣被還原為 N2。圖 2.3 和圖 2.4 分別表示 HCN 和 NH3的反應(yīng)

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本文編號(hào)：2829933