环形分离二次风对29MW工业煤粉炉流动及燃烧的影响

作     者：陈庆伟 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈智超

授予年度：2020年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 080703[工学-动力机械及工程] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：分离二次风 煤粉 燃烧 氮氧化物 空气分级燃烧 

摘      要：煤炭在我国能源结构中占据主导地位,然而煤炭燃烧会产生NOx等污染物,造成酸雨、光化学污染等环境问题。针对燃煤锅炉污染物排放过高的问题,哈尔滨工业大学提出了一种新型低氮煤粉燃烧技术,其独特的分离二次风布置结构可以实现炉内径向空气分级燃烧,能够有效的控制锅炉氮氧化物排放。但关于分离二次风布置方式的相关研究目前尚少。本文应用Fluent软件对某采用了新型高效低氮煤粉燃烧技术的29MW工业煤粉炉进行数值模拟,并通过工业实验验证了模型的合理性。主要研究了分离二次风喷口单层布置时喷口数目及位置不同、两层错列布置时喷口位置及内外两层风率比不同对炉内流动、燃烧以及氮氧化物生成特性的影响。当分离二次风喷口单层布置时,模拟结果表明喷口所在圆周直径d和喷口数目n对炉内影响较大。分离二次风喷口所在圆周直径d增加会使得炉内1300k以上的高温区域面积增大并降低NOx排放,d由1.15D增加至2.14D时炉膛出口氮氧化物含量下降8.47mg/m(O=9%)。但d值过大会使得高温区域过于接近水冷壁,容易引起水冷壁结渣和高温腐蚀。综合考虑,当单层布置16个喷口时,推荐喷口所在圆周直径设置为1.57D～1.71D之间。分离二次风喷口数目n增加,有利于控制氮氧化物生成。n由16变化至32,炉膛出口氮氧化物含量下降12%(O=9%),温度峰值也会随之下降3m,容易损害炉膛下部水冷壁。推荐喷口布置在1.57D时,喷口数目采用24或28个。喷口两层错列布置时,分离二次风分级混入预燃室射流,有利于降低NOx排放。两层错列布置32个喷口与单层布置16个相比较,氮氧化物下降33.12mg/m(O=9%),与单层布置32个喷口相比,高温区域位置分布更为合理。分离二次风喷口所在圆周直径不同时,d值越大的结构越有利于降低炉膛出口氮氧化物浓度,但喷口所在圆周直径过大,容易对水冷壁造成损坏。当d=1.57D、d=1.86D时,炉膛出口氮氧化物浓度为184.3mg/m(O=9%),是最值得推荐的选择。分离二次风内外两层风率不同时,保持内外两层风率比为1:1时炉内空气混合更为均匀,高温区域面积相对最大,炉膛出口处氮氧化物含量最低。综合所有因素,推荐分离二次风喷口呈两层错列布置,内层喷口布置在1.57D、外层喷口布置在1.86D,保持内外两层风率比为1:1。