【摘要】：我國的大氣污染為典型的煤煙型污染。采用旋流燃燒器的鍋爐在燃用低揮發(fā)分煤時,NOx排放較高。采用燃盡風技術降低NOx排放來滿足環(huán)保要求時,難以形成中心回流區(qū),使低揮發(fā)分煤的著火和穩(wěn)燃變差,并導致水冷壁結渣及高溫腐蝕、鍋爐效率下降等問題。針對上述問題,本文利用IFA-300二維恒溫式熱線(熱膜)風速儀和溫度示蹤裝置進行了冷態(tài)單相模化試驗,利用Fluent軟件對爐內(nèi)燃燒和NOx生成特性進行了數(shù)值模擬,開發(fā)出了深度分級條件下適用于燃用低揮發(fā)分煤的中心給粉旋流燃燒技術及參數(shù),并將研究成果應用于5臺燃用低揮發(fā)分煤的300MW鍋爐,通過工業(yè)冷態(tài)空氣動力場和工業(yè)熱態(tài)試驗,研究了燃燒器出口中心回流區(qū)及射流邊界、爐內(nèi)的燃燒和NOx生成特性。通過冷態(tài)單相�；囼�,針對燃用低揮發(fā)分煤中心給粉燃燒器,對內(nèi)二次風擴口長度和內(nèi)二次風旋流強度進行優(yōu)化,得出了能形成中心回流區(qū)的燃燒器運行及結構參數(shù),緊靠其出口區(qū)域均能形成一個穩(wěn)定的、沿燃燒器軸線基本對稱的“心”型回流區(qū),起始點均與外二次風出口存在一定距離。在不同燃盡風量、內(nèi)外二次風率比及內(nèi)外二次風葉片角度下,回流區(qū)的最大長度介于燃燒器模型外二次風擴口直徑的1.7~2.1倍之間,最大直徑介于外二次風擴口直徑的0.8~1.0倍之間,射流擴展角介于64°~93°之間。在300MW鍋爐上冷態(tài)動力場工業(yè)試驗表明:在不同燃盡風量及外二次風葉片角度下,回流區(qū)的最大長度介于外二次風擴口直徑的1.4~1.9倍之間,最大直徑介于外二次風擴口直徑的0.8~1.4倍之間,射流擴展角介于67°~96°之間,可保證低揮發(fā)分煤的及時著火和穩(wěn)定燃燒。通過實驗室單相�；囼灴芍�:隨燃盡風量、內(nèi)外二次風率比和外二次風葉片角度增大,或內(nèi)二次風葉片角度減小,均使得相應的旋流數(shù)降低,回流區(qū)尺寸減小,軸向、徑向及切向速度峰值和相對回流率均呈減小趨勢,最大相對回流率介于1.3~3.6之間。一、二次風氣流的混合程度減弱,一次風濃度呈增加趨勢,而最大混合速度呈減小的趨勢,在沿射流方向的測量截面上,軸向最大混合速度介于0.7~1.4之間。通過對某燃用無煙煤和貧煤混煤的300MW鍋爐進行熱態(tài)模擬,給出了鍋爐負荷、燃盡風率及爐膛出口氧量對爐內(nèi)燃燒和NOx生成特性的影響。模擬結果與工業(yè)試驗結果吻合情況較好。采用深度分級條件下適用于燃用低揮發(fā)分煤的中心給粉燃燒器后,在合理的燃盡風量和爐膛出口氧量下,爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定,NOx排放下降。300MW時當燃盡風率為17.74%和27.50%,燃燒器噴口區(qū)域溫度場均較為對稱,而當燃盡風率為0、7.74%和37.74%,溫度場出現(xiàn)略微的偏斜,此時二次風率偏離了燃燒器正常運行范圍。隨燃盡風率減小或爐膛出口氧量增大,在燃燒后期主燃區(qū)氧氣供應更為充足,濃度下降變慢,氧氣濃度明顯升高,一氧化碳濃度降低,NOx濃度升高;主燃區(qū)上部和燃盡區(qū)下部溫度均升高。在300MW負荷下,隨燃盡風率從0增大至27.50%,飛灰可燃物含量從3.87%升高至4.57%,增幅僅為0.7%,而NOx排放量從1008.8mg/m3(O2=6.0%)降低至845.1mg/m3(O2=6.0%),降幅達19.4%。采用美國巴威公司旋流燃燒技術的300MW鍋爐,燃用無煙煤和貧煤混煤時NOx排放量高達1250mg/m3(O2=6.0%)以上,燃用貧煤和煙煤混煤時NOx排放量高達950mg/m3(O2=6.0%)以上,并且存在結渣。將適用于燃用低揮發(fā)分煤的中心給粉旋流燃燒技術應用于4臺燃用無煙煤和貧煤混煤的300MW鍋爐和1臺燃用貧煤和煙煤混煤的300MW鍋爐,主蒸汽壓力、溫度均達到設計值,NOx大幅下降、飛灰可燃物含量基本不變、結渣得到緩解。進行了工業(yè)熱態(tài)試驗,給出了燃盡風量、外二次風葉片角度及鍋爐負荷對爐內(nèi)燃燒和NOx生成特性的影響。當燃用無煙煤和貧煤為7:3混煤時,(1)300MW負荷下隨燃盡風量增大或當外二次風葉片角度在25°~40°的范圍內(nèi)隨角度減小,煙氣升溫速率均高達1650°C/m以上,著火點位置介于0.2≤X≤0.4m之間(X為距一次風出口截面沿燃燒器軸向方向的長度),氧氣消耗速率均加快,一氧化碳濃度升高,X≥0.8m區(qū)域NOx濃度降低并趨于平緩。隨燃盡風量增大,主燃區(qū)溫度降低,而燃盡區(qū)溫度升高;飛灰可燃物含量從5.18%升高至6.84%,NOx排放量從833.4mg/m3(O2=6.0%)降低至769.9mg/m3(O2=6.0%),鍋爐效率從91.53%略微降低至90.99%;(2)150MW負荷時,煙氣升溫速率高達1004°C/m,著火點位置在X=0.532m附近;飛灰可燃物含量為3.91%,NOx排放量為743.7mg/m3(O2=6.0%),鍋爐效率為91.29%;可不投油穩(wěn)定運行。當燃用貧煤和煙煤為1:1混煤時,300MW負荷時煙氣升溫速率高達1511°C/m,著火點位置在X=0.331m附近;飛灰可燃物含量為4.78%,NOx排放量為593.4mg/m3(O2=6.0%),鍋爐效率為91.81%;可在150MW負荷下不投油穩(wěn)定運行。
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【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK229.6
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本文編號：2409904