660MW煤粉炉混氨燃烧特性研究

作     者：张鹤严 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾春霞

授予年度：2024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：煤粉炉 氨气 燃烧 温度 NO 

摘      要：氨气是一种无碳化合物,具有热值高,易于压缩和液化,安全方便储运等优点,且燃烧时只产生水和氮气以及少量氮氧化物,能够代替传统化石燃料从而减少碳排放量,成为新清洁能源。本文以660MW燃煤锅炉为研究对象,基于Fluent仿真模拟软件对锅炉掺氨燃烧特性及燃烧后污染物排放特性进行了研究。 首先,依据某660MW超超临界燃煤锅炉结构参数及设计尺寸,建立锅炉本体模型。使用Gambit软件对锅炉本体模型进行网格划分,对网格进行独立性验证,进行热态模拟以及验证原始工况来确保网格准确性。 然后,研究了10%、15%、20%热量比例下氨气在不同层燃烧器送入炉膛时的燃烧特性以及污染物生成特性。结果表明,当掺氨位置在锅炉燃烧区第三或第四层时,氮氧化物排放量均低于纯煤燃烧工况。特别是第四层掺氨工况,锅炉炉内燃烧状况良好,在10%掺氨工况下,炉内最高温度为1820K,炉膛出口含氧量为3.4%,氮氧化物排放量为2.3ppm,在15%掺氨工况下,炉内最高温度为1825K,炉膛出口含氧量为3.2%,氮氧化物排放量为1.2ppm,在20%掺氨工况下,温度最高为1831K,炉膛出口含氧量为3.1%,氮氧化物排放量为3.5ppm。说明当掺氨位置在燃烧区第四层时,此时各比例掺氨燃烧状态均接近于纯煤燃烧,能有效还原氮氧化物。 最后,研究了10%、20%、30%热量比例下氨气在所有层燃烧器送入炉膛时的燃烧特性以及污染物生成特性。结果表明,综合考虑出口氧量、炉内平均温度、氮氧化物生成量,在20%掺氨工况下最佳,炉内最高温度为1800K,炉膛出口含氧量为3.3%,氮氧化物排放量最低为5.3ppm。但是,在所有层燃烧器掺氨工况下,各个工况下温度与含氧量均低于单层掺烧工况,氮氧化物排放量高于单层掺烧工况,说明单层掺烧工况优于全层掺氨工况。 掺氨燃烧导致混合物着火位置延后,炉内燃烧温度降低,且在炉内含氧量较低位置,氨气与一氧化氮充分发生还原反应,减少氮氧化物排放,采用合理空气分级,在氮氧化物浓度较高位置注入氨气,可以实现氮氧化物排放量低于纯煤燃烧。煤炭掺混氨气燃烧,可以实现高效、低碳及低污染燃烧。研究结果可为相关低碳与氨气燃烧提供参考。