工業(yè)煤粉鍋爐低氮燃燒器的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)工業(yè)燃煤鍋爐普遍存在燃燒效率低下和污染嚴(yán)重的問(wèn)題，其平均熱效率僅為60％～65％。煤作為我國(guó)最主要的能源，對(duì)其燃燒效率的提升和污染物排放量的控制顯得十分的重要。針對(duì)工業(yè)燃煤鍋爐污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，國(guó)家和各省市都出臺(tái)了相關(guān)政策，用以推動(dòng)工業(yè)燃煤鍋爐的升級(jí)與低氮改造。低氮改造主要包括增加脫硝裝置和使用低氮燃燒器。由于脫硝裝置購(gòu)置和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用昂貴，因此許多企業(yè)將目光轉(zhuǎn)向了低氮燃燒器的研發(fā)。低氮燃燒技術(shù)在電站鍋爐上的應(yīng)用比較成熟，而在工業(yè)煤粉

2、鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和模擬研究比較少，因此對(duì)該領(lǐng)域的研究顯得尤為緊迫。論文從低氮燃燒技術(shù)在工業(yè)煤粉鍋爐上應(yīng)用的角度出發(fā)，使用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)研究，尋找影響低氮燃燒技術(shù)效果的因素，及各因素對(duì)其影響的顯著性與趨勢(shì)。
　　論文構(gòu)建了簡(jiǎn)單旋流模型用以研究工業(yè)煤粉鍋爐旋流燃燒的基本特性。并在工業(yè)示范煤粉鍋爐的原始結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了預(yù)燃室燃燒模型，研究了旋流角度、預(yù)燃長(zhǎng)徑比、預(yù)燃室空氣系數(shù)這三個(gè)因素對(duì)燃燒和NOx排放量的影響情況

3、。并在預(yù)燃室模型的基礎(chǔ)上，研究了不同中心逆噴風(fēng)管長(zhǎng)度對(duì)低氮燃燒效果的影響。數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)與相關(guān)文獻(xiàn)提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為符合，論文的數(shù)值模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確，結(jié)論有一定的參考價(jià)值。
　　研究發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單旋流燃燒模型中存在一個(gè)臨界旋流角，使得β角高于和低于臨界旋流角時(shí)，旋流燃燒模型的溫度分布、速度分布呈現(xiàn)兩種形態(tài)。同時(shí)出口煙氣溫度、出口NOx濃度、揮發(fā)分析出的特性都有較大的變化。對(duì)于本文所設(shè)計(jì)的旋流模型，臨界旋流角為38°。對(duì)不同的旋流模型，

4、臨界旋流角的值可通過(guò)對(duì)爐膛出口壓力的檢測(cè)來(lái)進(jìn)行測(cè)定。逐漸增大β角，并測(cè)定爐膛出口的壓力大小，當(dāng)爐膛壓力突然出現(xiàn)較大變化時(shí)對(duì)應(yīng)的β角大小即為臨界旋流角值。β角大于臨界旋流角時(shí)，煤粉燃燒效率達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的高值，隨β角增大其變化不大。爐膛出口煙氣NOx的濃度變化以45°β角為分界點(diǎn)，β角小于45°時(shí)，出口NOx濃度隨β角的增大而增大;β角大于45°時(shí)，出口NOx濃度隨β角增大而下降。
　　預(yù)燃室燃燒模型中，旋流角度對(duì)揮發(fā)分的析出位置由較

5、為顯著的影響，較大的旋流角度能使揮發(fā)分在預(yù)燃室中就已大量析出，使得煤粉著火的位置發(fā)生在預(yù)燃室中，充分利用預(yù)燃室的空間;預(yù)燃室長(zhǎng)徑比對(duì)燃燒和NOx排放量都沒(méi)有顯著影響，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以減少這一因素的考慮;預(yù)燃室空氣系數(shù)對(duì)NOx排放量有極顯著的影響，對(duì)出口煙溫和爐膛壁面吸熱功率也有較為顯著的影響。隨著預(yù)燃室空氣系數(shù)的降低，出口的NOx濃度大幅度的下降，出口煙氣溫度逐漸降低，爐膛壁面吸熱功率逐漸提高。在預(yù)燃室空氣系數(shù)小于0.6之后，繼續(xù)降