氧氣-再循環(huán)煙氣煤粉鍋爐燃燒過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本論文研究的目的是在煤粉鍋爐空氣燃燒模擬的計算流體力學(xué)(CFD)模型及其FORTRAN程序基礎(chǔ)上開發(fā)適用于氧氣／再循環(huán)煙氣(O2／RFG)氣氛下煤粉燃燒的CFD模擬模型,并將其應(yīng)用于一臺由空氣燃燒改造成O2／RFG燃燒的600 MW墻式燃燒煤粉鍋爐的數(shù)值研究。通過對O2／RFG和O2／N2氣氛下爐內(nèi)燃燒和NO生成特性的比較研究驗證了模型的可行性,在此模型基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬進一步研究了O2／RFG氣氛下鍋爐的主要運行參數(shù)如煙氣再循環(huán)率和

2、過量氧氣系數(shù)的變化對爐內(nèi)燃燒特性的影響,并對O2／RFG氣氛下NOx生成特性及其控制進行了系統(tǒng)的研究。
　　 采用CFD方法,對具有相同絕熱火焰溫度的空氣燃燒和入口O2濃度為30％的O2／RFG燃燒時爐內(nèi)燃燒過程的數(shù)值模擬顯示,兩種氣氛下爐內(nèi)溫度水平相近、總體分布相似、主燃燒區(qū)域O2濃度分布相吻合,并且爐膛出口的平均溫度相差很小,表明這兩種氣氛下爐內(nèi)燃燒狀況和熱量分配相同；O2／RFG氣氛下噴口附近溫度上升明顯較快,說明煤粉在O

3、2／RFG氣氛下燃燒著火和穩(wěn)定性更好；與空氣氣氛相比,O2／RFG氣氛下爐膛出口處O2濃度較高,爐內(nèi)NO生成及排放顯著降低。
　　 對O2／RFG燃燒時煙氣再循環(huán)率和過量氧氣系數(shù)變化對爐內(nèi)燃燒特性影響的數(shù)值研究表明,隨著煙氣再循環(huán)率的降低,爐內(nèi)煤粉燃燒明顯改善、溫度水平顯著提高,表明降低煙氣再循環(huán)率可以明顯改善爐內(nèi)燃燒；隨著煙氣再循環(huán)率的降低,爐膛出口平均溫度和平均O2濃度呈增加趨勢。通過降低OFA氧氣量的方式降低入爐過量氧氣系

4、數(shù)后,爐內(nèi)主燃燒區(qū)域的溫度總體分布相差不大,爐內(nèi)煤粉燃燒穩(wěn)定、著火位置相近,說明過量氧氣系數(shù)的降低并沒有顯著影響煤粉在爐內(nèi)的燃燒特性；主燃燒區(qū)和爐膛出口的溫度略有下降,爐膛出口處O2濃度明顯降低。
　　 對O2／RFG氣氛下NO生成特性及其控制的數(shù)值研究表明,煙氣再循環(huán)率的變化導(dǎo)致的爐內(nèi)燃燒工況的變化顯著影響爐內(nèi)NO的生成特性；與空氣氣氛下相比,O2／RFG氣氛下生成及排放的NO均要明顯降低；在燃燒穩(wěn)定的情況下,煙氣再循環(huán)率的降

5、低導(dǎo)致爐內(nèi)NO生成減少而有利于排放的降低。通過改變主燃燒區(qū)和OFA過量氧氣系數(shù)分配對氧氣分級作用的研究表明,在O2／RFG燃燒條件下,爐內(nèi)氧氣分級仍可有效降低NO的生成。對再循環(huán)煙氣中NO濃度影響的研究表明,隨著再循環(huán)煙氣中NO濃度的增加,整體上燃燒器區(qū)域NO生成濃度有明顯增加；高NO濃度主要出現(xiàn)在旋流煤粉燃燒器軌跡區(qū)的外圍,體現(xiàn)出低NOx旋流燃燒火焰中心區(qū)強烈的還原作用依然很有效；計算得到的NO排放量與循環(huán)進入的NO濃度之間呈現(xiàn)著很好