燃煤锅炉低NOx燃烧系统的数值模拟与试验研究

【摘要】在我国,以煤为主的能源结构,决定了火电在我国电力生产中的主要地位。氮氧化物(NOx)是燃煤电厂主要排放的污染物之一。现阶段,由于国家对燃煤污染物NOx排放的严格控制,火电厂必须采取有效措施来降低NOx的排放。炉内低NOx燃烧技术中,空气分级燃烧以其较为简单的结构布置、较高的脱硝效果,成为电站锅炉低NOx燃烧采取的基本方式,同时也是炉内进行低NOx改造的优先选择。本文在详细分析煤粉燃烧过程中NOx生成特性的基础上,采用数值模拟与现场试验相结合的方法,根据燃煤锅炉空气分级燃烧系统的结构特点,在保证锅炉安全、经济和稳定运行的前提下,进行了深化炉内低NOx燃烧方式以及优化炉内燃烧方面的研究。主要研究内容如下：首先,针对某300MW墙式燃煤锅炉出现NOx排放量较高的问题,通过分析并结合该机组炉型及结构特点,提出去除部分卫燃带及部分三次风上移来降低炉内NOx生成的改造方案；在数值模拟研究中,着重考虑CO及焦炭对NOx的综合还原效果,提出了改进型NOx模型,将数值模拟结果与现场实测数据进行对比,炉内温度分布、炉膛出口NOx浓度值等主要参数均吻合较好,表明了数值模拟方法的可靠性。在此基础上,对提出的低NOx改造方案进行了数值模拟优化,在对炉内燃烧稳定性、煤粉燃烧效率以及锅炉运行安全性影响较小,并尽量降低改造工作量的前提下,确定改造方案并进行了工程实施。改造后的现场调试试验结果表明,锅炉NOx排放量降低了28.5%,同时炉内结渣较轻。其次,对某600MW超临界机组四角切圆燃煤锅炉进行了数值模拟研究,结果表明,具有LNCFS深度空气分级低NOx燃烧系统的燃煤锅炉,在炉内具有较低的NOx浓度水平；燃尽区内,SOFA风的集中送入,使NOx的浓度出现反弹,并且影响了炉膛出口最终的NOx排放。为了进一步提高炉内的低NOx燃烧效果,结合该机组炉型及结构特点,提出将SOFA风喷口沿炉高两级布置的方案,并通过数值模拟研究了喷口布置方式对NOx生成的影响规律。数值模拟结果表明,将SOFA风喷口沿炉高两级布置,并且分阶段送入,在两级燃尽风之间建立低氧浓度区域,不仅可以减少煤粉在燃尽过程中的NOx生成,同时还可促进焦炭对已生成NOx的异相还原作用,从而提高燃尽区内的低NOx燃烧效果。兼顾低NOx效果以及煤粉燃烧效率,下级SOFA风占SOFA风总量的60%时,炉膛出口NOx浓度较现有燃烧技术能降低23.8%,且炉膛出口飞灰可燃物升幅较小。最后,针对某300MW四角切圆燃煤锅炉,由于燃用非设计煤种,在运行中出现的燃烧不稳、再热气温偏低、灰渣含碳量过高以及热偏差较大等问题进行分析,并提出了初步的改造方案。通过数值模拟,对提出的改造方案进行研究,建立结渣模型并嵌入FLUENT软件平台中,与炉内燃烧过程进行耦合计算,优化选取卫燃带的敷设面积以及布置方式,来提高燃烧稳定性以及再热汽温；优化确定下两层一、二次风集中布置,来减少灰渣含碳量；确定采用增大OFA反切角度来减小热偏差。数值模拟结果表明,敷设卫燃带后,炉内NOx生成略有增加；增大OFA反切角度,对炉内NOx生成影响较小。改造后的测试试验结果表明,炉内燃烧稳定性大幅提高,且再热汽温可基本达到设计参数；灰渣含碳量可降至较低水平；增大OFA反切角度,可实现对热偏差的有效控制,且对锅炉NOx排放影响较小。
【作者】白涛；
【导师】孙保民；
【作者基本信息】华北电力大学，热能工程，2014，博士
【关键词】燃煤锅炉；空气分级；低NOx燃烧；燃烧优化；数值模拟；

【参考文献】
[1]薛景丽.高职院校师资队伍建设现状分析及对策研究[D].内蒙古师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[2]马居征.澳柯玛电器鲁中市场营销策略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[3]冯昊.我国特护用品企业核心竞争力研究[D].西安科技大学,工商管理,2014,硕士.
[4]张旭.洪堡与孔子教育思想比较研究[D].西南交通大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[5]王琼.炭气凝胶的制备及其在离子液体中电化学性能[D].大连理工大学,2010.
[6]杨帮宇,彭建春,龚演平,黄泽荣.线路潮流转归分量及其在固定成本分摊中的应用[J].电力系统自动化,2009,14:46-50.
[7]李景丽.316LN奥氏体不锈钢的固溶热处理组织及热老化性能研究[D].燕山大学,材料学,2013,硕士.
[8]白日午,王喜顺,王晓香,王旭.BRW－1H高精度比色红外光纤温度计的研制[J].冶金自动化,1995,05:10-14.
[9]张耀.基于DSP的五自由度气浮台姿态控制系统设计[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[10]宋枫溪,杨静宇,刘树海,张大鹏.基于多类最大散度差的人脸表示方法[J].自动化学报,2006,03:378-385.
[11]丁连宇,杨德礼.一类可修非周期Fork-Join排队网络分析[J].自动化学报,1997,03:122-126.
[12]王霞英.基于MATLAB GUI指纹图像特征提取与对比的研究[D].中北大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[13]钱志江,程昱川,周旭峰,许高杰.一种银/还原石墨烯复合物的制备及其在表面增强拉曼散射中的应用[A].中国光学学会、中国化学会.第十七届全国分子光谱学学术会议论文集[C].中国光学学会、中国化学会:,2012:2.
[14]王瑞.家长式领导对员工关系行为的影响[D].华中师范大学,应用心理,2014,硕士.
[15]李乐.制度道德与当前中国行政道德建设[D].河海大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[16]刘剑.英诺森三世与十字军运动[D].河北师范大学,世界史,2014,硕士.
[17]刘小静.“V1谁谁V2”格式的相关研究[D].华中师范大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[18]刘刚毅.白芨沟露天煤矿北帮最终边坡稳定性分析与评价[D].内蒙古科技大学,矿业工程（专业学位）,2014,硕士.
[19]隋少卉.磷酸化蛋白质组学定性与定量分析技术的研究及在肝细胞磷酸化蛋白质组学中的应用[D].中国人民解放军军事医学科学院,2007.
[20]一江.《石油学报》举办创精品研讨会[J].石油地球物理勘探,1997,05:748.
[21]孙涛.基于ATMEGA128的侦察机器人运动控制系统设计[D].湘潭大学,计算机技术,2011,硕士.
[22]于韶君.俄语带-cя动词的功能语义研究[D].首都师范大学,俄语语言文学,2004,硕士.
[23]吴小晶.水性环氧—醇酸树脂纳米杂化材料制备与性能[D].河北大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[24]陈若钊.瓦斯抽采管路内的爆炸流场模拟研究[D].辽宁石油化工大学,物理化学,2014,硕士.
[25]张智琪.2012年奥运会中国女排与主要对手一攻扣球效果的对比研究[D].西安体育学院,体育,2013,硕士.
[26]付海涛.高炉鼓风机和透平机同轴机组回收能量的计量方法[J].冶金自动化,2012,02:58-60+65.
[27]张艳琼.大型船舶物料搬运系统路径规划问题研究[D].华中科技大学,系统工程,2013,硕士.
[28]刘姣.新世纪以来宁夏女作家的小说创作[D].宁夏大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[29]杜曼玲.供应链过程管理的分析方法与技术实现[D].北京交通大学,2010.
[30]宋丽萍.区域创新系统绩效评价及创新能力提升路径研究[D].中国地质大学,管理科学与工程,2014,博士.
[31]杨泽芳.基于主成分分析法的港口竞争力综合评价研究[D].大连海事大学,物流工程,2012,硕士.
[32]康艳红.基于Logistic-SVM的农户信用评价组合模型研究[D].吉林大学,金融,2014,硕士.
[33]段艳艳.基于支持向量机的矿井风温预测[D].西安科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[34]裴瑞玲.《搜神记》完成体研究[D].山西大学,汉语言文字学,2004,硕士.
[35]林天源.我国上市公司社会责任会计信息披露研究[D].山东财经大学,会计学,2013,硕士.
[36]李庆华,童健华,孟中楼,张薇.基于数据挖掘的入侵特征建模[J].计算机工程,2004,08:51-53.
[37]丁雪.弗雷格概念理论研究[D].河北大学,逻辑学,2014,硕士.
[38]庞伟.石家庄市深化义务教育均衡发展策略研究[D].河北师范大学,教育学原理,2012,硕士.
[39]王进华.二次型最优控制问题中的权矩阵与最优控制律[J].控制与决策,2007,08:943-945+950.
[40]叶志洲.基于QFT的SWATH船纵向运动控制研究[D].厦门大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[41]秦声峰.瑞安市县域人才资源发展现状分析与对策研究[D].南京农业大学,农业椎广,2012,硕士.
[42]王仕豪.公共卫生服务创新视野下的全科医生制度研究[D].上海交通大学,公共管理,2013,硕士.
[43]周晖.基于超级电容器的石墨烯—氢氧化物复合材料制备、性能及机理研究[D].南京理工大学,材料学,2013,硕士.
[44]朱敬生.有氧运动联合雷氏蛛毒对小鼠H_(22)肝肿瘤的干预研究[D].湖南师范大学,运动人体科学,2014,硕士.
[45]李振东.基于供应链视角的大型零售企业关系营销研究[D].兰州理工大学,企业管理,2014,硕士.
[46]辛宇,杨静,谢志强.一种面向语义重叠社区发现的Block场取样算法[J].自动化学报,2015,02:362-375.
[47]罗素芳.GnRHa对化疗引起卵巢功能损害的保护作用的meta分析[D].广西医科大学,妇产科学（专业学位）,2013,硕士.
[48]陈鑫,魏海军,吴敏,曹卫华.基于高斯回归的连续空间多智能体跟踪学习[J].自动化学报,2013,12:2021-2031.
[49]周露.基于价值评估模型对上市企业内在价值研究[D].上海海洋大学,产业经济学,2014,硕士.
[50]郭书亮.堤基管涌模型试验及形成机理研究[D].河北工程大学,水工结构工程,2012,硕士.