燃煤鍋爐中NOx與飛灰分布特性的數(shù)值模擬及試驗驗證.pdf

1、現(xiàn)有SCR脫硝技術(shù)存在脫硝效率低、氨逃逸率高、催化劑堵塞積灰、受熱面腐蝕磨損、催化劑使用率低等問題。目前，由于進(jìn)入脫硝系統(tǒng)煙氣的主要參數(shù)（如速度、溫度、NOx以及飛灰分布等）不好確定，常使用簡化的均勻入流代替非均勻入流，并忽略飛灰顆粒的影響，由此引發(fā)噴氨策略以及導(dǎo)流構(gòu)件等設(shè)計不合理，從而造成上述問題。本研究則基于計算流體力學(xué)平臺，建立了從鍋爐爐膛到至尾部煙道的全系統(tǒng)模型，數(shù)值計算了墻式對沖燃燒鍋爐和四角切圓燃燒鍋爐爐內(nèi)煤粉燃燒和污染物生

2、成過程，獲取爐內(nèi)燃燒數(shù)據(jù)以及省煤器出口處煙氣參數(shù)，尤其是氮氧化物的分布特性，并將現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行了比對;在考慮飛灰顆粒的基礎(chǔ)上，對四角切圓燃燒鍋爐全系統(tǒng)進(jìn)行氣固兩相流動數(shù)值模擬，獲取了飛灰顆粒的運動特性，為脫硝系統(tǒng)的設(shè)計提供可靠氣固兩相參數(shù)。
　　分別數(shù)值計算某660MW墻式對沖燃燒鍋爐和某330MW四角切圓燃燒鍋爐BMCR工況下爐內(nèi)的煙氣流動、傳熱、燃燒過程以及全場的流動，分析其爐內(nèi)燃燒特性和全場流動特性。燃燒過程的模

3、擬為下一步氮氧化物的排放研究提供可靠的計算基礎(chǔ)。計算結(jié)果表明，墻式對沖燃燒鍋爐的燃燒射流旋轉(zhuǎn)，在噴口不遠(yuǎn)處形成回流區(qū)，對沖射流至爐膛中心匯聚然后上升，沿爐膛深度方向溫度基本對稱;爐內(nèi)燃燒器區(qū)域產(chǎn)生大量CO，CO2則在燃盡風(fēng)區(qū)上部大量生成;煙氣充滿了整個鍋爐爐膛和尾部煙道，氣相和顆粒相的混合傳熱一直貫穿在在整個流動過程中。四角切圓燃燒鍋爐的四角射流在爐內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)流，主流螺旋上升，燃燒區(qū)域形成了環(huán)狀高溫區(qū)和高速區(qū);沿爐膛高度方向上O2和CO

4、呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，CO2分布規(guī)律幾乎與O2分布規(guī)律相反;爐內(nèi)四個角落都形成了一個漩渦，螺旋上升煙氣受反切燃盡風(fēng)的阻礙作用，主旋流強度減小;氣流經(jīng)水平煙道和尾部煙道內(nèi)受熱面的阻流和傳熱作用，至省煤器出口處煙氣溫度和速度大大降低。
　　在燃燒計算基礎(chǔ)上，首先后處理計算不同類型鍋爐其爐內(nèi)氮氧化物的生成，采用等勢特征面方法分析研究NOx生成規(guī)律，采用通量分析省煤器出口處的NOx分布。然后研究變負(fù)荷下四角切圓鍋爐全場的NOx分布特性，

5、并對比現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，得到實際運行過程中的NOx分布。研究結(jié)果顯示，墻式對沖鍋爐其燃燒器噴口附近高溫和高氧濃度等勢面范圍較大，NOx在此處生成較多，而回流區(qū)內(nèi)部NOx生成則較少;全場NOx分布不均，特別是在省煤器出口處，NOx通量沿深度方向分布極為不均。四角切圓鍋爐其爐內(nèi)形成環(huán)狀高溫等勢面，向火側(cè)NOx產(chǎn)生較多，沿爐膛高度方向NOx分布不均，省煤器出口處NOx通量沿寬度方向分布較為均勻，但沿深度方向極為不均;而低負(fù)荷下NOx排放相對較高。

6、
　　以四角切圓鍋爐為研究對象，現(xiàn)場采集并分析飛灰數(shù)據(jù)，對飛灰顆粒從鍋爐爐膛到尾部煙道全系統(tǒng)進(jìn)行氣固兩相流動的數(shù)值模擬，獲得飛灰顆粒全場流動特性。結(jié)果顯示，不同粒徑下的飛灰顆粒對氣流的跟隨性較好，在爐內(nèi)螺旋上升，大粒徑顆粒受慣性作用較大，導(dǎo)致冷灰斗區(qū)域存在部分顆粒，在省煤器內(nèi)部更趨于遠(yuǎn)鍋爐后墻側(cè)分布。不同負(fù)荷飛灰顆粒的全場流動特性各不相同，省煤器出口處存在分布較雜的不同粒徑顆粒，且低負(fù)荷下飛灰顆粒在爐內(nèi)停留時間更長。負(fù)荷變化時，尾