新型雙流化床鍋爐爐內(nèi)氣固流動與NOx生成特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了滿足環(huán)保需求，人們采用優(yōu)化一二次風(fēng)、提高二次風(fēng)風(fēng)口位置、加裝SNCR等技術(shù)措施對CFB鍋爐進(jìn)行了低NOx排放改造，取得了不錯的效果。但在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要污染物排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)時，很難在同時控制 NOx、SO2排放的情況下還能不犧牲煤的燃燒效率。這是因為低 NOx排放需要還原性燃燒氣氛，而爐內(nèi)脫硫下低 SO2排放需要氧化性燃燒氣氛，使得爐內(nèi)同時進(jìn)行的反應(yīng)過程對燃燒氣氛需求產(chǎn)生矛盾。為了解決這一矛盾，在解耦燃燒理論基礎(chǔ)上，提出

2、了一種新型低排放雙流化床鍋爐。通過設(shè)計循環(huán)床與鼓泡床的組合，利用鼓泡流化床對原煤的預(yù)處理作用，將揮發(fā)分與焦炭的燃燒分離，從而解耦NOx與SO2控制區(qū)，達(dá)到低NOx排放的目的。
　　本文首先運(yùn)用數(shù)值模擬方法分別探討了顆粒擬流體與DDPM-KTGF模型下不同顆粒粒徑分布對流化床氣固流動的影響。根據(jù)其計算結(jié)果可知：在顆粒擬流體模型下選用對象顆粒的平均粒徑能夠獲得較好的模擬效果，而DDPM-KTGF模型下可以選用對象顆粒的寬篩分粒徑，相比

3、顆粒擬流體方法對真實床料顆粒在密相區(qū)與稀相區(qū)運(yùn)動的模擬更具代表性。
　　選用真實密相區(qū)灰粒徑分布作為床料與真實循環(huán)灰粒徑分布作為邊界入射條件對雙流化床氣固流動特性進(jìn)行模擬。其結(jié)果顯示：循環(huán)床密相區(qū)床料顆粒出現(xiàn)了類似浪涌的運(yùn)動形態(tài)、稀相區(qū)顆粒流動出現(xiàn)了流化床典型的“環(huán)-核”結(jié)構(gòu)；床料顆粒能夠以預(yù)期方式通過鼓泡床溢流口運(yùn)動至循環(huán)床，同時雙床連接通道應(yīng)當(dāng)設(shè)計垂直段防止偶發(fā)性的顆粒反竄現(xiàn)象；在鼓泡床引入循環(huán)灰的情況下，粒徑小于0.1mm的

4、顆粒通過鼓泡床上方通道運(yùn)動至循環(huán)床稀相區(qū)，粒徑大于0.1mm顆粒則通過溢流口運(yùn)動至循環(huán)床密相區(qū)。
　　運(yùn)用煤燃燒及 NOx生成的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，搭建一維化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)，研究了影響燃料型 NOx生成的關(guān)鍵因素。雙流化床與 CFB對照組的計算結(jié)果顯示：在相同條件下，CFB的NOx爐膛出口排放值為224.48mg/Nm3，而雙流化床的NOx排放值為97.29mg/Nm3，雙流化床對于燃料型NOx的減排幅度達(dá)到了56.66％。CFB驗證

5、組的計算結(jié)果顯示：反應(yīng)區(qū)域氧氣濃度是影響 NOx生成關(guān)鍵，低氧濃度可抑制燃料N向NOx轉(zhuǎn)化；反應(yīng)區(qū)域高濃度氫氣能夠促進(jìn)燃料N向NOx轉(zhuǎn)化；揮發(fā)分熱解與燃燒的區(qū)域是燃料N向NOx轉(zhuǎn)化的主要區(qū)域，該區(qū)域的氧濃度是控制最終NOx排放值的關(guān)鍵。
　　通過氣固流動數(shù)值模擬，驗證了雙流化床結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性。雙流化床燃燒及NOx生成的計算，得到了影響燃料型NOx生成的關(guān)鍵因素，驗證了雙流化床對NOx的減排作用，為后續(xù)進(jìn)一步設(shè)計優(yōu)化工作提供了參考