基于600MW机组的生物质气化气与煤混燃模拟研究

作     者：徐皓鹏 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈汉平

授予年度：2017年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：生物质气 混燃比 对冲锅炉 燃烧特性 污染物排放 数值模拟 

摘      要：人们对电力的需求伴随着我国经济的高速的发展正在不断增大。目前燃煤发电是我国电力的主要来源,不仅消耗着大量不可再生的煤炭资源,而且所排放的污染物对环境也造成了严重的影响。生物质在我国不仅分布非常广且资源十分多,使用生物质气化气与煤混合燃烧进行发电有着建设成本低、原料成本可控、节能减排效果好、通用性好、对原系统影响小等诸多优点,适用于大规模电站,且高温气化气中携带的大量未凝结焦油可直接燃烧利用,减小能量损失。但由于生物质气化混燃系统较为复杂,通过实验进行研究往往难以实现,因此使用计算机对生物质气化混燃进行模拟是一种较为有效的方法。本文通过Aspen Plus和Fluent两个数值模拟软件,以模拟的方式对生物质气化与煤混燃系统进行研究。首先使用Aspen Plus软件对循环流化床气化炉和HG1952/25.4-YM1型对冲锅炉的集成系统建模,利用该模型研究了当量比、碳转化率、预热空气温度和循环倍率对生物质气化特性的影响,并对比了锅炉BMCR工况的各参数的模拟值与实际值,误差较小,这证明了建立的模型准确可靠。随后,本文研究了不同混燃比时低、中、高(7.168MJ/kg、5.347MJ/kg、3.708MJ/kg)三种热值生物质气对锅炉燃烧及换热的影响,结果发现:随着混燃比不断上升,烟气的体积流量逐渐升高,烟气温度逐渐下降,排烟温度逐渐提升,热损失不断变大,锅炉效率降低,气体组分中水蒸气含量上升,氧气含量下降,NO和SO也均下降;而混燃的生物质气热值越低,烟气的体积流量则升高越明显,烟气温度也就下降越大,而排烟温度却会提升越高,热损失也逐渐变得更大,锅炉热效率就会更低。最后,使用Fluent软件模拟600MW对冲锅炉内生物质气与煤粉混燃过程,选择realizable k-ε湍流模型、欧拉-拉格朗日气固两相流模型、随机轨道离散项模型、两步竞速煤粉挥发模型、扩散/动力焦炭燃烧模型、P1辐射换热模型与后处理NO生成模型,以Aspen Plus模拟的中热值生物质气为代替燃料,研究了0%、10%、20%的混燃比对燃煤锅炉燃烧特性和污染物排放特性的影响,并得出如下结论:混入生物质气与煤燃烧,对锅炉煤粉颗粒运动轨迹和速度场影响不大;混燃比增加,有利于促进锅炉的燃烧,但锅炉产生的烟气量不断增加,致使锅炉整体燃烧温度降低;混燃比每增加10%,燃烧温度降低50℃;随着混燃比增加,锅炉内O含量整体下降,燃烧更加剧烈,CO迅速发生反应并完全反应,CO生成量上升,而SO和NO的浓度整体下降。生物质气化混燃不仅能节约煤炭资源,利用多余废弃生物质,并且能降低锅炉燃烧产生的污染物。本文的研究和结论对促进生物质气化与煤粉混燃技术的发展具有一定现实意义。