【摘要】：半焦是由煙煤或者褐煤在中低溫下干餾得到的可燃固體產(chǎn)物。如若半焦能夠在煤粉鍋爐上與煤粉的混合燃燒中得到大比例的摻燒,不僅能夠擴大電廠煤粉鍋爐中與煤粉混合燃燒的燃料范圍,而且有利于煤炭分質(zhì)利用下游產(chǎn)品。但是半焦著火溫度高,想要在大規(guī)模摻燒的同時保證半焦的燃盡率,需要較高的燃燒溫度,這與降低爐內(nèi)氮氧化物排放的要求是相違背的。因此研究使用分級燃燒技術(shù)來實現(xiàn)半焦煤粉混合燃燒的低NO_x排放尤為必要。本文使用CFD數(shù)值模擬的方法來研究300MW四角切圓鍋爐半焦煤粉摻混燃燒的NO_x排放情況。首先采用濃淡煤粉直流射流實驗系統(tǒng),在半焦摻混比例為45%情況下,研究半焦摻混煤粉的燃燒狀況,得到的相關(guān)燃燒數(shù)據(jù)與運用Fluent軟件在相同的工況下得到的模擬數(shù)據(jù)相對比,從而驗證本文中使用的數(shù)理模型的可靠性。在模型得到驗證的基礎(chǔ)下,本文改變不同參數(shù),研究了300MW鍋爐在變摻混比、變粒徑、變?nèi)急M風(fēng)率、變再燃燃料比和調(diào)整半焦煤粉燃料層的情況下,NO_x的排放規(guī)律。首先對鍋爐燃燒進行了不同半焦摻混比例下的數(shù)值模擬,研究表明隨著半焦摻混比例的增加,爐膛中心溫度升高,摻混半焦的煤粉燃料在爐內(nèi)的著火距離(從一次風(fēng)噴口到燃料達到著火溫度的距離)也在增大,同時爐內(nèi)NO_x排放量增大以及燃盡率降低。并且當(dāng)半焦摻混比例達到60%時,半焦的著火距離大幅度提高。在半焦摻混煤粉比例一定的情況下,針對不同半焦粒徑的摻混燃燒進行了數(shù)值模擬研究,結(jié)果表明在半焦摻混比例一定的情況下,隨著半焦顆粒粒徑的降低,主燃區(qū)CO濃度增大,半焦著火距離減小。并且隨著半焦顆粒粒徑的降低,爐膛出口燃盡率增大并最終保持穩(wěn)定。在半焦摻混煤粉比例一定情況下,針對爐膛不同的燃盡風(fēng)率情況下的半焦煤粉燃燒進行了數(shù)值模擬,研究表明隨著燃盡風(fēng)率的增加,爐內(nèi)的溫度也不斷的降低,主燃區(qū)的CO濃度升高,爐內(nèi)NO_x生成量也隨之降低。當(dāng)燃盡風(fēng)率為15%,半焦的摻混比例為60%時的爐膛出口NO_x排放量為483.7mg/Nm~3,燃盡率為96.2%,既能滿足燃料達到比較高的燃盡率,又能保證燃燒的低NO_x排放。在燃料分級條件下,半焦作為再燃燃料,半焦煤粉混合燃料作為主燃區(qū)燃料(其中半焦混合60%)時,研究了不同再燃燃料比對NO_x排放的影響。研究表明,隨著再燃燃料比的增大,再燃區(qū)NO濃度增長率降低,其中再燃燃料比25%時增長率最低,這不僅僅是由于爐內(nèi)的溫度降低的原因,還因為半焦焦炭對NO_x的還原作用,從而降低NO_x的排放。在燃料分級條件下,研究了當(dāng)半焦占據(jù)三層燃料層,剩下兩層都是煙煤燃料層時,半焦和煤粉分布在不同燃料層的燃燒狀況。研究表明當(dāng)半焦燃料層分布在主燃區(qū)上部,煤粉燃料分布在主燃區(qū)下部時,既能獲得較高的氮氧化物還原率,又能兼顧煤粉半焦的燃盡及經(jīng)濟性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM621.2;X773
【圖文】：

圖 1-1 課題的研究思路本課題的主要研究內(nèi)容如下：（1）把濃淡煤粉實驗臺在半焦摻混比例為 45%時的燃燒狀況實驗數(shù)據(jù)工況設(shè)置一致的 Fluent 數(shù)值模擬得到的燃燒狀況數(shù)據(jù)作對比，并對該工實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進行了誤差分析來驗證本文中提出的數(shù)值模擬所使數(shù)學(xué)模型的可靠性。（2）在空氣分級燃燒的基礎(chǔ)下，模擬了不同的半焦摻混比例，不同的顆粒粒徑，不同的燃盡鳳率在爐內(nèi)的燃燒狀況，同時分析了各個工況因爐內(nèi)組分濃度分布，NOx排放以及燃盡率的影響。（3）在燃料分級燃燒的基礎(chǔ)上，模擬分析了半焦作為再燃燃料時再燃比對 NOx排放的影響以及半焦分布在不同燃料層的半焦煤粉分級燃燒，同時分析各個工況的組分濃度分布以及燃盡率的變化，獲得有效降低 N放又能保證煤粉燃盡率的混半焦燃燒方案。

- 20 -網(wǎng)格劃分文的研究對象是整個加熱爐。在網(wǎng)格劃分中，將爐膛劃分為：燃燒器燒器下端到冷灰區(qū)、燃燒器上端到低火焰角區(qū)、火焰角區(qū)和火焰角上文使用 Gambit 軟件對爐膛模型劃分網(wǎng)格，由于鍋爐在燃燒區(qū)域的噴吹四角切圓，劃分的網(wǎng)格形式也應(yīng)與四角切圓流場相貼合，并且燃燒區(qū)動換熱最為劇烈，且容易產(chǎn)生偽擴散，因此工作量和難度都增加了。是由流體的橫向擴散和有限差分截斷誤差引起的。垂直流動方向存在差；時間和體積導(dǎo)數(shù)的有限差分產(chǎn)生截斷誤差。使用 Gambit 劃分燃燒器區(qū)域網(wǎng)格時，該區(qū)域的橫截面使用 Pave 方法格。沿著爐膛邊緣排列四邊形網(wǎng)格，并一直延伸到區(qū)域內(nèi)部，直到網(wǎng)整個區(qū)域。由于 Pave 方法生成的四邊形網(wǎng)格能與爐膛邊緣很好的擬（a） （b）圖 3-1 爐膛的幾何模型(a)和燃燒器噴口沿爐膛高度布置圖(b)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文規(guī)則的網(wǎng)格數(shù)量少，增加了網(wǎng)格質(zhì)量，生成的發(fā)射型網(wǎng)格相符合，因此降低了偽擴散的影響�？紤]到了燃燒器噴口烈，因此在一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)射流入口加密了網(wǎng)格格增加模擬的準(zhǔn)確性。同時沿著爐膛高度使用 Cooper 的方，提高網(wǎng)格的質(zhì)量，進一步降低偽擴散的影響。在使用劃分網(wǎng)格完成后，還對該網(wǎng)格進行了網(wǎng)格無關(guān)性分析，得 160 萬時既能滿足網(wǎng)格的質(zhì)量要求又能保證模擬的精確度燃燒器橫截面網(wǎng)格如圖 3-2 所示。

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本文編號：2742995